Wiegand-RS 485转换器的硬件设计

Ｗｉｅｇａｎｄ－ＲＳ４８５转换器的硬件设计

作者：赵小强景小妮

来源：《现代电子技术》2008年第19期

摘要：Wiegand(韦根)协议和RS 485协议是安防系统运用最广泛的数据通信接口协议。提出了一种Wiegand协议和RS 485协议转换的硬件设计方法，以 LPC922单片机作为控制核心，选用RS 485接口协议芯片，实现Wiegand协议和RS 485协议转换。实验结果表明，所设计的转换器实现了Wiegand和RS 485的双向通信，实现了Wiegand数据的远距离传输，传输距离可达500 m以上。

关键词：Wiegand协议;转换器;RS 485协议;接口电路

中图分类号：TN919文献标识码：B文章编号：1004373X(2008)1907202

Hardware Design of Wiegand-RS 485 Converter

ZHAO Xiaoqiang,JING Xiaoni

(Xi′an Institute of Post and Telecommunications,Xi′an,710061,China)

Abstract：Wiegand protocol and RS 485 protocol are widely used in the current security system,a hardware design method of Wiegand and RS 485 is proposed,in which RS 485 protocol chip is used and LPC922 processor is selected as the center controller.The experiment results present the designed converter can realize long distance communication between Wiegand and RS

485,converter′s communication distance can reach to 500 above.

Keywords：Wiegand protocol;converter;RS 485 protocol;interface circuit

1 引言

Wiegand(韦根)协议和RS 485协议都是在门禁系统广泛应用的数据通信协议。Wiegand协议具有简单、通用的优点，但Wiegand协议通信的距离较短，一般短于80 m，而在某些应用场合(如需集中管理门禁控制器的场合)，读卡器到控制器的距离会远大于80 m，这就无法直接

使用Wiegand接口的读卡器。Wiegand读卡器的缺点就是RS 485读卡器的优点。由于RS 485传输的信号为差分信号，大大提高了抗干扰的能力，使RS 485读卡器的数据传输距离大大提高，通常采用通信波特率为19 200 b/s的情况下可达500 m。但由于至今为止也没有一个让各厂家广泛接受的基于RS 485的通信协议，所以RS 485读卡器应用的广泛度远远不及Wiegand 读卡器。

为了让广泛应用的Wiegand读卡器适用于读卡器与控制器距离较远的场合，需延长Wiegand信号的传输距离，Wiegand/RS 485协议转换器就是实现此目的放大器。

2 系统总体设计方案

2.1 Wiegand至RS 485转换器应用连接框图

Wiegand至RS 485转换器的应用连接图如图1所示。在读卡器端和控制器端各有一个转换器，读卡器端的转换器把读卡器输出的Wiegand信号转换为RS 485信号，然后通过RS 485总线传输给控制器端的转换器，再由控制器端的转换器还原为Wiegand信号传给控制器，信号是由读卡器到控制器单向传输的。

2.2 Wiegand至RS 485转换器结构框图

Wiegand至RS 485转换器的结构框图如图2，主要包括Wiegand接口、MCU(信息处理单元)和RS 485接口三部分，MCU使用PHILIPS P89LPC922单片机。

2.3 Wiegand至RS 485转换器硬件电路设计方案

Wiegand接口的Data0和Data1可以接到MCU的两个I/O脚上，采用查询的方式接收数据，但这样接收并不可靠。比较好的方法是将Data0和Data1接到MCU的两个中断引脚上，采用中断的方式接收数据。RS 485是串行通信协议，因此和MCU的连接通过串口就可以实现通信，如图3所示。

2.4 Wiegand至RS 485转换器软件设计方案

为了便于程序调试，软件设计过程要分模块：Wiegand接收为一个模块，Wiegand发送为一个模块，RS 485发送为一个模块，RS 485接收为一个模块。主函数中直接调用这四部分。程序不仅要可以实现预期功能，可读性、可维护性都要好，因此程序设计中的函数名，变量名要代表实际意思。

3 硬件电路分析

3.1 电源电路原理图

Wiegand至RS 485转换器要求的工作电压是9~15 V，SP485芯片的工作电压是5 V，单片机的工作电压是3.3 V。所以工作电压必须经LM7805转化为5 V的电压，再经SPX1117-3.3 V 低压差(LDO)稳压器转化为3.3 V的电压才可以供单片机使用。电路如图4所示，电路具有过压过流和反向电压保护功能。

3.2 Wiegand接口电路

电路原理图如图5所示。J2是Wiegand数据接口。上拉电阻R9，R10和R13可以实现没有数据传输时单片机的接口引脚处于高电平状态，INT0和SCL引脚为开漏结构，外加5 V电压;而INT1引脚不具有输出高阻的状态,为了降低功耗，防止额外的电流流入VDD，外接电源采用3.3 V。

3.3 MCU的接口电路

RS 485与MCU的接口电路如图6所示。电路图U4，U5，U6是光耦，U7是RS 485收发器，LED2是接收数据指示灯，LED3是发送数据指示灯，上拉电阻和下拉电阻都是限流作

用。当单片机RE/DE=0时，光电耦合器的发光二极管发光，光敏三极管导通，输出高电压(＋5 V)，选中U7的DE端，允许发送。当单片机RE/DE=1时，光电耦合器的发光二极管不发光，光敏三极管不导通，输出低电压(0 V)，选中U7的RE端，允许接收。U7的RO端(接收端)和DI端(发送端)的原理与上述类似。当有数据接收时，RXD端有数据变化，当数据为0时，LED2导通发光，这样就可以直观的看到是否接收到数据。LED3原理与LED2相同，不同的

是其为发送指示灯。