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          防復制電梯IC卡智能控制系統(tǒng)設計 

          作者:常國權 張捐凈 時間:2017-10-27 來源:電子產品世界 收藏
          編者按:為了實現對電梯的安全性、可靠性和智能化管理,采用IAP15F2K61S2單片機、MFRC500射頻芯片、繼電器、實時時鐘、存儲器模塊等設計了一種智能電梯刷卡控制系統(tǒng),該系統(tǒng)識別不同權限的IC卡實現對電梯按鍵的智能控制,并采用動態(tài)加密、存儲滾動碼等方式防止IC卡被復制,從而保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。經過在多個小區(qū)的實際使用證明,該系統(tǒng)安全可靠、操作方便,達到了實際使用要求。

          作者 常國權 張捐凈 安陽工學院計算機科學與信息工程學院(河南 安陽 455000)

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201710/370664.htm

          *基金項目:2016河南省高等學校重點科研資助項目(編號:16A520034)

          常國權(1973-),男,碩士,副教授,研究方向:嵌入式技術應用與開發(fā)。

          摘要:為了實現對電梯的安全性、可靠性和智能化管理,采用、射頻芯片、繼電器、實時時鐘、存儲器模塊等設計了一種智能電梯刷卡控制系統(tǒng),該系統(tǒng)識別不同權限的IC卡實現對電梯按鍵的智能控制,并采用動態(tài)加密、存儲滾動碼等方式防止IC卡被復制,從而保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。經過在多個小區(qū)的實際使用證明,該系統(tǒng)安全可靠、操作方便,達到了實際使用要求。

          引言

            隨著我國社會經濟的快速發(fā)展,高層建筑逐漸成為房地產開發(fā)和消費的主體,電梯作為高層建筑必不可少的垂直交通工具,其需求量也日益增長,各種類型規(guī)格繁多的電梯系統(tǒng)已經在高層建筑內投入運行[1]。為了能對高層建筑的電梯實施更有效、更節(jié)能、更安全的規(guī)范化管理,本系統(tǒng)采用射頻芯片、繼電器、實時時鐘、存儲器模塊等設計了一種智能電梯刷卡控制系統(tǒng),該系統(tǒng)采用13.56MHz的IC卡作為存儲用戶信息和信息交換的載體[2],由發(fā)卡器、電梯控制器、上位機管理軟件三部分組成。系統(tǒng)采用動態(tài)加密、存儲滾動碼等方式防止IC卡被復制,一卡一密,復制的UID卡和FUID卡無法使用,電梯控制系統(tǒng)具有比對時間、地址、序列號、存儲刷卡記錄、緊急開放開關等功能;IC卡刷卡可按日期、按消費次數、按權限等使用,系統(tǒng)可以通過RS485網絡連接起來,實現如提取、管理刷卡記錄等功能。該系統(tǒng)可以對電梯實施有效的管理和控制,提高其運行效率,節(jié)省費用開支,實現電梯管理科學化、規(guī)范化和安全化的目的。

          1 系統(tǒng)概述

            該電梯刷卡系統(tǒng)主要由發(fā)卡器、電梯控制器、上位機管理軟件三部分組成。發(fā)卡器設計包括USB通訊接口的設計、LED指示燈系統(tǒng)設計、射頻發(fā)卡系統(tǒng)設計、軟件系統(tǒng)設計及相應的通訊協議設計等,發(fā)卡器和上位機管理軟件按照約定的協議通訊,共同完成對各種用戶卡和管理卡的發(fā)放、回收等工作。

            電梯控制器和發(fā)卡器核心部分采用宏晶科技公司生產的IAP15F2K61S2高速單片機和NXP公司生產的讀卡芯片來設計,電梯控制器還包括時鐘模塊設計、MAX485模塊設計、DC-DC電源轉換模塊設計、AT45DB16存儲器模塊設計、16路繼電器模塊設計、信號驅動模塊、擴展接口模塊、緊急開放模塊以及相應的軟件系統(tǒng)設計等。

            上位機管理系統(tǒng)采用VC++6.0和數據庫開發(fā)而成的,采用USB接口和發(fā)卡器通訊,配合發(fā)卡器可以實現用戶登錄、系統(tǒng)管理、設備管理、用戶管理、刷卡記錄管理、修改權限以及讀卡、發(fā)卡、回收、掛失、解掛等功能。系統(tǒng)的總體結構示意圖如圖1所示。

          2 系統(tǒng)硬件設計

          2.1 系統(tǒng)電源設計

            由于系統(tǒng)的、MFRC500射頻模塊、繼電器和等模塊的工作電壓都是5V,5V電源需要的功率較大,因此,電源設計采用了效率更高、輸入范圍更寬、功能更強的DC-DC轉換器LM2596-5.0。LM2596系列是美國國家半導體公司(現已被TI公司收購)生產的3A電流輸出降壓開關型集成穩(wěn)壓電路,它內含固定頻率振蕩器和基準穩(wěn)壓器,并具有完善的保護電路,包括電流限制及熱關斷電路等,利用該器件只需極少的外圍器件便可構成高效穩(wěn)壓電路[3]。AT45DB16存儲器模塊是3.3V工作電壓,由REG-1117-3.3V電源模塊單獨供電。由于LM2596是寬電壓輸入模塊,因此,系統(tǒng)的輸入電壓的范圍為7.5~40V。D3是防止電源接反保護二極管,LP1、LP2是系統(tǒng)的LED電源狀態(tài)指示燈。系統(tǒng)電源設計原理圖如圖2所示。

          2.2 MFRC500電路接口設計

            綜合成本、性能等各方面考慮,主控芯片選用宏晶科技公司的IAP15F2K61S2單片機,它是指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051的增強型單片機,它具有高速、高可靠、超低功耗、超級抗干擾等優(yōu)點。內部集成高可靠復位電路,可用在高速通信、智能控制、強干擾等場合[4]。它內部具有2K的RAM、61K的Flash存儲器,支持IAP編程,并可以存儲系統(tǒng)密碼、設備地址、設置參數等。射頻讀卡芯片采用的是NXP公司生產的MFRC500,該芯片為5V工作電壓,和單片機接口支持擴展總線方式和模擬總線方式,此處其采用的是模擬總線方式,單片機的P0口連接MFRC500的D0~D7,地址和數據復用,NWR、NRD及ALE引腳用單片機的通用IO口控制即可[5]。MFRC500具有工作穩(wěn)定、讀卡距離遠(距離可達10cm)等優(yōu)點。MFRC500電路接口設計原理圖如圖3所示。

          2.3 主控繼電器擴展電路接口設計

            為了適應不同樓層的電梯,方便刷卡控制系統(tǒng)的安裝,繼電器控制板采用的是“主控+16路繼電器擴展板”的方式,擴展板之間可以實現級聯擴展樓層范圍,方便管理,最多可以擴展到128路,即最多可以支持128層樓,可以滿足大部分高層建筑的需要。

            為了防止主控板與擴展板以及擴展板與擴展板之間的信號干擾,主控板和擴展板之間采用了光耦隔離,并采用74HC245作為驅動器,防止信號衰減,保持信號穩(wěn)定可靠。IAP15F2K61S2單片機P3.3、P3.4和P3.5引腳分別作為三個光耦的輸入端,光耦輸出信號經過74HC14D進行反相,再經過74HC245驅動后送入擴展板的74HC595芯片實現串轉并。主控繼電器擴展電路接口設計原理圖如圖4所示。



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