智能楼宇校园一卡通门禁管理系统设计

智能楼宇校园一卡通门禁管理系统设计

摘要：目前校园寝室安全管理问题一直是一个难题，为了排查校外人员，方便学生进出寝室大门。所以设计了一种在门外刷校园卡进门的门禁系统方案。此系统以STC89C52RC单片机为核心，实现读卡器对校园卡内信息的读取，若信息正确则系统完成对电子门的开闭。读卡器与单片机之间的通信协议采用韦根协议。其中用三极管驱动继电器控制电子锁，通过电子锁的开闭控制开启电子门。

关键词：STC89C52RC单片机；Wiegand协议；校园一卡通；门禁系统

1系统总设计

1.1 设计思路

门禁系统以可靠方便安全为原则，这需要系统能够稳定运行，并且能够做到判别进出人员的身份信息，能够使学生正常进出寝室楼的同时，还要保证能够防范非楼内人员恶意操作拆卸主控板进入寝室楼內。所以针对这个情况，我们要将门禁系统的主控板安装在寝室楼内，楼外人员无法获知主控板的位置，不能够对主控板产生破坏，再由单片机软件程序来实现其他防护功能。为了完成门禁系统可靠的原则，门禁控制系统以校园卡为身份识别媒介，通过Wiegand 26数据接收电路配合单片机的外部中断查询数据的方式，保障数据接受的准确，接收读卡器发送的校园一卡通内事先设置的信息，进行学生宿管的身份识别，控制是否开门。因此，整个系统应具有学生通过刷卡开门和使用看门狗定时器防止程序异常的功能。

1.2 STC89C52RC单片机介绍

<一>STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。

主要特性如下：

（1）. 增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051。

（2）. 工作电压：5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）（3）. 工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz 。

（4）. 用户应用程序空间为8K字节。

（5）. 片上集成512字节RAM 。

（6）. 通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。

（7）. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。

（8）. 具有EEPROM功能。

（9）. 具有看门狗功能。

（10）. 共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2 。

（11）. 外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。

（12）. 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART 。

（13）. 工作温度范围：-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）。

（14）. PDIP封装。

<二>STC89C52RC单片机的工作模式

（1）掉电模式：典型功耗<0.1μA,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序

（2）空闲模式：典型功耗2mA

（3）正常工作模式：典型功耗4Ma～7mA

（4）掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备

正是因为以上STC89C52RC单片机具有的丰富的功能，所以STC89C52RC单片机可以满足校园一卡通门禁系统的需要。STC89C52RC单片机的稳定的工作状态和其外部中断获取数据的方式，也为校园一卡通门禁系统提供了强有力的保证。

1.3 Wiegand 26协议

本系统要是能实现需要读卡器与单片机之间通信采用Wiegand 26[1]协议。

Wiegand协议是由摩托罗拉公司制定的一种国际上统一标准的协议，其中26-Bit是一个广泛使用的工业标准，几乎所有的门禁控制系统都接受Wiegand 26协议。

Wiegand数据输出由两根线组成，分别是DATA0和DATA1，两根线分别输出数据0和数据1，输出数据0时，DATAO线上出现低电平，输出数据1时，

DATA1线上出现低电平。

Wiegand信号波形图如图1所示。

图1中，当DATA1数据位变为低电平时，代表一位数据1,当DATAO数据位变为低电平时，代表一位数据0，低电平维20～200μs，两个脉冲的时间间隔在 200μs~200ms之间。

Wiegand 26协议输出格式为:

E XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX 0二进制

第1位为2-13位的偶校验位;

第2~9位对应校园电子卡HID的低8位;

第10~25位对应校园电子卡的PID号码;

第26位为14~25位的奇校验位;

以上数据从左到右顺序发送，高位在前，低位在后。

所以我们采用Wiegand 26协议进行单片机与读卡器之间的数据通信。

2硬件设计

门禁系统的硬件组成主要包括STC89C52RC单片机模块、韦根26数据接收模块和电子锁驱动模块三部分。

2.1 STC89C52RC单片机模块

STC89C52RC单片机[2]是整个门禁系统的核心，其最小系统[3]原理如图2所示，包括复位电路、振荡电路，以及门禁系统与读卡器及电子锁的接口。

其中P0.0和P0.1作为Wiegand数据输人接口，P0.2作为控制读卡器LED 的接口，P0.3能够控制读卡器蜂鸣器的接口，P0.4可以控制使能读卡器接口，P0.5是电子锁控制接口，P3.2则作为外部中断使用，用于检测Wiegand 26数据是否通过读卡器进入。