基于GPRS的智能电梯门禁系统设计

　　 1 引言

　　近年来，中国各大城市楼市蓬勃发展以及人们对住宅楼，办公楼的便利化、安全化和智能化的要求不断增大，而目前人们所乘坐的电梯处于全开放状态，不仅给小孩带来安全隐患或给不法分子留下作案机会，缺乏安全，而且给物业管理带来不便。同时人们在乘坐电梯时，有可能按错楼层键，致使电能浪费，缺乏智能化。针对以上问题，设计了一种基于GPRS、STC12C5A60S2 新一代单片机和MF RC500 高性能的电梯门禁系统，电梯门禁系统能够通过短信方式开启门禁,而且能使其工作在普通刷卡模式，也能工作在按次数、时段或时效刷卡模式，卡片具有次数和时效等相关信息。该电梯门禁系统还能记录用户进出信息，方便物业管理的同时也达到自动化、便利化和安全化的要求。

　　2 电梯门禁读写器功能分析

　　智能电梯门禁系统主要由物业管理计算机、GPRS模块、射频卡读写器、Mifare 1射频卡组成。用户通过物业管理计算机领取登记过的用户相关信息射频卡后可以开启电梯门禁，或通过短信方式接收相关信息来开启电梯门禁。用户刷卡时，把授权的楼层信息通过CAN 总线传递给电梯主控制器，用户无需其它操作，直接可达目的地。而建立射频卡与终端设备的桥梁就是射频卡读写器。频卡读写器在此过程中起到承上启下的核心作用，其性能和数据处理能力直接影响到电梯门禁系统的工作质量。
　
　　3 硬件电路设计

　　射频卡读写器硬件结构如图1 所示，主要由主控CPU、GSM 模块、射频卡收发模块、CAN 总线模块、时钟电路、显示报警电路等组成。主控CPU 采用宏晶公司的STC12C5A60S2，它采用最新第六代加密技术，比传统的单片机速度快8-12 倍，具有高速、低功耗、抗干扰等特点，同时内置28KB 容量的E2PROM、60KB 容量的应用程序存储空间、1280 字节片内RAM数据存储区以及含有MAX810 复位电路和高速SPI 串行通信端口，编程支持ISP 下载功能，使用非常方便[1]。 

　　图1. 门禁系统硬件结构框图

　　射频读卡芯片选用MF RC500。MF RC500 是Philips 公司开发的非接触式读卡器芯片系列的一种，该读卡器利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56MHz 下所有类型的被动非接触式通信方式和协议，支持ISO14443A 所有层，内部自带的发射部件能够直接驱动天线，操作距离达到10cm，不需要增加额外的驱动电路。同时还具有方便的并行接口，可直接连接到任何8 位微处理器，给读卡器/终端的设计提供了极大的灵活性[2]。

　　由于可以设置STC12C5A60S2 中的AUXR 寄存器来允许或禁止使用内部扩展的1024 字节RAM 数据存储区，因而可以防止MF RC500 和微处理器内部的RAM 发生总线冲突。所以与主控CPU 的接口可以采用总线扩展方式，即用单片机的P0 口和MF RC500的D0～D7 相连，用P5.2、P4.2、WR、RD、ALE 等作为控制线分别与MF RC500 的NCS、RSTPD、NWR、NRD、ALE 等相连。采用总线扩展方式对射频卡芯片内部寄存器操作犹如对微处理器对内部寄存器操作一样，非常简便。另外，MF RC500 支持三种总线控制信号，分别为独立的读和写选通信号，共用的读和写选通信号和带握手的共用读和写选通信号，这三种信号的选择由控制脚上的逻辑电平决定。本设计使用独立读和写选通信号，并采用复用地址总线，即将MFRC500 的A2 接地，A1 和A0 接电源信号。

　　GPRS 模块主要采用Qisda 公司的M33 模块，利用STC12C5A60S2 微处理器的双串口特性，能快速高效的与其通讯。

　　CAN 控制器选用微星科技公司生产的MCP2515。它是一款独立控制局域网协议控制器，完全支持CANV2.0B 技术规范，且自带两个验收屏蔽寄存器和六个验收滤波寄存器，可以滤掉不想要的报文[3]；另外它通过业界标准串行外设接口（SPI）与STC12C5A60S2的SPI 串行通信端口相连，从而减少了MCU 的软件和硬件的开销。在CAN 总线通信接口中，MCP2515控制器通过与高速CAN 收发器MCP2551 相连，实现读写器设备与电梯主控制器数据通讯，远端的电梯主控器可以随时了解读写器的状态。

　　时钟芯片选用RS5C372A。RS5C372A 是由理光公司生产的一款低功耗实时时钟芯片。它与同类型其它芯片相比具有准确的时间调整功能，保证在晶振有误差的情况下，对内部的时钟寄存器进行相应设置，即能实现时间的准确。

　　LCD 采用的是不带字库的12232 液晶显示模块，所使用的驱动器是SED1520，SED1520 可直接与8 位微处理器相连，集行、列驱动器和控制器于一体，因此使用起来十分方便。