关键词：门禁系统，CAN总线，非接触IC卡，TCP/IP
1.引言
随着计算机、控制和通信技术的飞速发展，人们已经不再满足于过去的那种被动式防范系统，提出了许多新的安防理念，门禁系统正是这些理念的产物之一。本文介绍在研究门禁系统的原理和构成基础上自行开发的一套门禁系统。在该系统中，我们采用现场总线技术中发展较快的CAN总线实现系统的通讯，并以非接触IC卡技术实现身份识别。其中，CAN总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，因其高性能、高可靠性和方便设计等特点，使CAN的应用越来越广，被公认为几种最有前途的现场总线技术之一。非接触IC卡是上世末本世初才发展起来的一项新的技术，由于其操作方便、保密性好、数据不易丢失等特点，正在越来越多的系统中得以应用。
2.基于CAN总线的门禁系统的设计框架
根据门禁系统涉及的技术要求，该门禁系统主要包括，硬件部分的控制器设计和读卡器设计，软件部分的读卡器程序设计和门禁控制器程序设计等。系统的设计框架如下图1。在构成整个门禁系统中，正确而及时的通讯是保障系统安全运行的关键，本系统中我们以CAN总线网络形式构成系统，从而实现了服务器和单个门控器间的联接，而CAN总线的基本原理正是构成单个CAN智能节点和组成CAN网络的理论基础。
图1 系统设计框架
门禁控制系统是由上位机、门禁主控器、IC读卡器、通讯控制器、以及执行部件等构成的，系统构成如图2所示。
 |
|||
|
|||
（1）为了节约成本，服务器（即上位机）可采用一台当前的主流配制586计算机代替，其上主要是安装一些后台软件和数据库，负责数据管理和各门禁控制器通讯。
（2）通讯部分的任务是实现服务器和门禁主控器之间的正确通讯，其主要的通讯方式是CAN总线，然后再经过RS232和主控器交换数据。其中的CAN通讯卡是采用研华公司生产的PCL841卡，该卡是研华公司比较成熟的产品，性能可靠，并提供了各种功能函数库，方便后台软件编程。
（3）锁具，用于门禁控制系统的锁具主要有下列三类： 电锁（Electric Lock），磁锁（Magnetic Lock），电击锁（Electric Strike Lock）。本文使用磁锁作为其锁具。
（4）门磁信号是通过安装在门锁上的传感器获得的，而出门按钮采用是普通按钮。
3.CAN智能节点的设计
CAN智能节点主要是完成信息的发送与接收，把由门禁主控制器发送过来的RS232格式数据转换成CAN协议的数据，并送到CAN网络上，同时也把CAN网络上的数据转换成RS232送到门禁主控器上，实现主控部分和服务器的通讯。
CAN智能节点主要由单片机、CAN控制器SJA1000、RAM、光电隔离和CAN总线物理接口等组成的，其硬件原理如图3。智能节点的工作过程为：上电复位后，由89C51对CAN控制器进行初始化并启动看门狗，然后根据电路的不同状态进行不同的工作，当由RS232接收数据后在89C51中进行解析，写入CAN控制器，由CAN控制器将数据发送出去。当CAN网络上有数据时，首先由CAN发送器将数据接收过来，在CAN控制器内对数据ID进行解析，如果ID符合后就接收，ID不符合就放弃。
图3 CAN智能节点原理图
CAN节点的软件采用C51编程，其功能是把RS232的数据转换成CAN格式的数据，并通过CAN总线发送出去，故程序主要由RS232数据的接收和发送、CAN数据的接收和发送、错误处理和主控程序等部分。
图 4 CAN智能节点的设计主程序
4.门禁主控器设计
门禁主控器是整个门禁系统的控制部分，是系统执行的核心部件，其功能为：由韦根通讯，从IC读卡器获得持卡者的ID，并把获得的数据同存储在主控器中E2PROM内的数据进行比较，以判断持卡者身份和权限是否合法，并执行相应的操作；当持卡者身份和权限合法时，给门锁发命令开门，并维持开门时间在4~10s内，同时记录当前时间及开门者ID；通过串行口与CAN通讯口连接，获得主机命令和数据，从而实现对保存在E2ROM内的数据进行更新，修改可以进入者的权限和ID；通过CAN通讯节点定时的将保存在E2ROM内的数据上传至主机保存。通过CAN通讯节点和主机进行通讯，实现系统校时；通过CAN通讯节点和主机通讯，定时上传当前门磁状态，以实现对门的监控。
由图5可以看出，主控器共有9个部分构成的，它们分别是：
（1）微处理器：它是门禁主控器的CPU，是系统进行数据处理、计算、发命令的核心部件，采用8位单片机89C52实现。
（2）看门狗：仍然采用IPM813实现，它可以实现上电复位和系统监控，保证系统软件不致跑飞。
（3）门磁信号的读入：这是为了获得当前门状态，其信号的采集可以从门锁上的状态传感器获得。
（4）DS1302是一种高性能、低功耗并且自带RAM的时钟芯片。
（5）外部RAM：采用62256芯片，实现外部数据暂存。
（6）外部ROM：采用SST28FS040芯片实现的外部数据的掉电保存，该芯片是一种512k×8位的CMOS型扇区擦除、字节编程的EEPROM，其数据最大可以保存100年以上，1,000,000 编程/擦除周期，采用并行通讯格式。
（7）串行通讯口：采用的是MAX232实现RS232串口通讯的。
（8）韦根通讯：这是把需要传输的数据在CPU中转换成韦根26的格式，然后由IO口发送出去。
（9）执行部件：是通过继电器或达林顿管驱动门锁。
图5 门禁系统主控原理图
门禁主控软件是采用汇编语言编制，系统主要处理来自IC读卡器的数据和来自上位机的数据与命令，并对这些数据进行处理。其中接收数据是采用中断调用的，这里的数据接收主要有两个方面：通过韦根通讯方式来自IC卡的数据和通过RS232的上位机命令和数据。
读卡器数据的处理主要是对读卡器传输过来的持卡者ID同EEPROM中的列表进行比较，如有则根据该参数判断有无权限，如有开门，并发回开门信号并将当前数据写入进门记录；如没有则发出错误命令。其中的权限可以根据设置设定32个节假日和上、下班时间该持卡者有无进门权限，而查找是采用拆半查找算法。
5. 门禁通信系统的设计
在整个门禁系统中，为了实现各个节点之间的正确通讯，除了采用CAN通讯之外还采用了RS232和韦根通讯（如图6）。如前章所介绍，在构造系统中我们设计了实现CAN通讯硬、软件，而韦根通讯可以直接利用单片机I/O口上，按一定规律模拟即可实现，RS232是一种串行通讯方式。
图6 门禁系统的通讯方式
4.门禁系统的应用
系统组成包括门禁机和后台监控管理软件两大部份。服务器采用一台普通戴尔586机器，整个系统结构如图7。CAN总线是由上位机到各门禁控制器的通讯主线，本系统采用CAN2.0A协议，在一条总线上最多可以挂接110个结点。每个门上都接有读卡器、电磁锁、门磁信号、开门按钮等设备，从而完成出入门的管理，以及信号的接入等功能。发卡器是专用于初始IC卡的，它是由管理工作站通过RS323连接一台发卡器完成的。各个门禁主控器通过CAN智能节点接入CAN网络，实现主控器与服务器的通讯。
图7系统运行逻辑图
系统经过近半年的运行表明，整个系统设计比较合理，性能可靠，得到用户好评。同时由于采用了CAN总线作为主通讯线，基于CAN的良好可扩充性，也为系统进一步扩充提供了极大的方便。
结束语
在整个系统的设计中，采用了模块化的设计方法，这不仅实现了网络门禁系统，而且也为系统的进一步扩展，以及开发其它应用系统作准备，本系统的CAN智能节点、IC读卡器等完全不需修改就可以直接可以应用于其它系统。从目前的情况看，门禁控制的需求在很长时间的一段时期内只会有增无减，而且需求会不断增加并趋于个性化。今后的开发任务将是不断的增加新产品，开发出满足不同功能的个性化门禁系统。另外在系统设计中，我们采用的许多芯片都是国外公司生产的，国内目前也没有相关的同类产品，每一个IC人，都应该更加勤奋努力，研究出我们自己的完全国产化门禁系统以及其它电子产品，为华夏增光。
参考文献
[1] 邬宽明.CAN总线原理和设计. 北京：航空航天大学出版社, 1996.11
[2] 阳宪惠. 现场总线技术及其应用（M）. 北京:清华大学出版社,1999
[3] 刘辉. 基于CAN总线的智能火灾报警系统的设计与实现. 工业控制计算机, 2001.24（6） :23-25
