基于ARM的门禁系统设计文档格式.docx

1、门禁系统一般有以下类型：1. 不联网门禁：适用场合：已装修好不便于重新布线，平安性能要求不高的场合。2. RS-485 联网门禁：小区、学校、仓库等人数稍多，门需统一管理，平安性能要求一般的场合。3. CAN-bus 联网门禁：通信性能稳定性要求高，传输速度要求快、传输距离要求远的场合，如金融机构、政府企事业机关等。4. TCP/IP 以太网联网门禁：适合安装在大工程、人数多、速度快、跨地域的工程中。由于本系统的技术要求和应用场所是中距离通信场合，综合以上四种类型及本系统对平安性的要求不是很高的根底上，RS-485 联网系统可以胜任。1. 感应卡的选择常见的门禁系统有：密码门禁系统、非接触 I

2、C 卡（感应式IC 卡）门禁系统和指纹虹膜掌型生物识别门禁系统等。密码门禁系统由于其本身的平安性弱和便捷性差已经面临淘汰；生物识别门禁系统平安性高，但本钱高；现在国际最通用的还是非接触IC 卡门禁系统。非接触IC 卡由于其较高的平安性，便捷性和性价比高成为门禁系统的主流。所以该系统使用非接触IC 卡。非接触IC 卡RS-485 门禁考勤系统示意图如图1-1所示。图 1-1 非接触IC 卡RS-485 门禁考勤系统示意图第2章硬件设计技术文档本设计为门禁考勤系统，顾名思义，其兼具门禁和考勤的功能。下面为本系统的硬件设计说明。2.1 门禁考勤系统的功能框图见图2-1图 2-1 门禁考勤系统的功能框

3、2.2 硬件电路分析2.2.1 电路原理图见图2-2图 2-2 门禁考勤系统电路原理图2.2.2 硬件使用的资源LPC2368 是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的 32/16 位ARM7TDMI-STM CPU 的微控制器，并带有512 kB 的嵌入高速Flash 存储器。128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32 位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16 位Thumb 模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。其特别适合于串行通信的场合。LPC2368 内部由512K 的Flash，58K 的片内SRAM，包括32K 的局部总线SRAM、8K 的U

4、SB 使用的SRAM、16K 的以太网SRAM 和2K 的电池SRAM。此门禁考勤系统只使用了片内 Flash、局部总线SRAM 和2K 的电池SRAM，没有外部扩展存储器。如表2-1 所示，为LPC2368I/O 口的使用和分配表。表 2-1 LPC2368I/O 口的使用和分配表功能模块使用LPC2368引脚引脚功能看门狗复位P124给SP706S喂狗串口UARTO（RS-232C和RS-485）接口P0.2（TXDO）串口UARTO的输出输入P0.3（RXDO）P1.22（GPIO）RSM485CHT的收发控制读卡器模块P0.10（TXD2）微控制器与读卡模块的UART通信接口P0.11

5、（RXD2）P0.27（SDAO）微控制器与读卡模块的C通信接口P0.28（SCLO）P2.11（INT）按键和门内开关四个独立按键门内开门开关输入指示灯门关闭指示灯门翻开指示灯继电器和蜂鸣器继电器控制端高电平有效直流蜂鸣器控制低电平有效门磁检测检测门磁状态低电平为门开SD卡接口引脚具体说明见表2-3ZLG7290接口P0.0（SDAO）此接口出去次三接口外，还有电源和地接口2.2.3 各个局部单元电路原理及其分析1. 电源电路系统设计为 3.3V 应用系统，但是LPC2300 系列ARM 微控制器需要2种类型的电源，分别是3.3V 和，而与PC 机通信使用的RS-485 收发器RSM485C

6、HT和继电器都是5V 器件，所以设计5V 电源为系统前级电源，3.3V 为后级电源。对于LPC2300 系列ARM 的1.8V 内核供电，本系统使用片内的DC-DC，由于本系统没有使用AD/DA 功能，所以不区分模拟电源和数字电源。如图 2-3a、b所示，首先由CON30 电源接口输入9V 直流电源，二极管D11 防止电源反接，经过C11、C12 滤波，再通过LM2575 将电源稳压至5V，然后通过L2、C111、C110 组成的滤波电路，输出稳定的低纹波5V 电压，再使用LDO 芯片（低压差电源芯片）稳压输出3.3V 电压。考虑到系统长时间处于工作状态，从节能方面考虑采用了开关电源LM257

7、5 设计。系统使用的电源是 9V 直流电源，由CON30 电源接口输入，接头上的电源极性为外正内负。当系统上电后，POWER 指示LED1 应点亮。LDO 芯片采用了，其特点为输出电流大，输出电压精度高，稳定性高。图 2-3 系统前后级电源和RTC 电源电路LPC2300 系列ARM 集成有RTC 外设，其单独供电，此次设计中提供了两种供电方式，系统电源和外部电池供电，如图2-3c所示。系统电源方式便于调试系统时使用，电池供电方式在实际应用中使用。2. 时钟系统、RTC 时钟电路系统采用 ARM 嵌入式工业控制模块T2368 中的最小系统，其中使用外部12.000MHz 无源晶振作为主时钟源。

8、对于实时时钟RTC功能，在CPU的RTCK1 和RTCK2 脚之间接一个32.768KHz 的晶振。3. 看门狗复位电路由于 ARM 芯片的高速、低功耗、低工作电压等特性导致其噪声容限低，对电源的纹波、瞬态响应性能、时钟源的稳定性、电源监控可靠性等诸多方面也提出了更高的要求。使用了专用微处理器电源监控芯片SP706S 以提高系统的可靠性，同时该芯片还带有硬件看门狗电路。如图 2-4 所示，在电路中将看门狗复位信号输出脚 WDO 通过R32 连接到 SP706S 的手动复位输入脚 MR 上，信号nRST 连接到CPU 的复位脚nRST。可通过定时翻转 P1.24 的电平来喂狗，一旦在1.6 秒内

9、未翻转P1.24 的电平，那么SP706S 内部的看门狗溢出，WDO 脚输出低电平， MR 脚被WDO 脚拉低为低电平，导致SP706S 在RST脚输出200ms 的复位脉冲令CPU 复位，同时SP706S 内部清零看门狗让其重新计数。图 2-4 系统复位电路当复位按键RST 按下时，SP706S 的RST脚输出低电平复位系统。4. 串口 UART0RS-232C 和 RS-485接口由于系统是 3.3V ，所以使用了SP3232E 进行RS-232C 电平转换，SP3232E 是3V 工作电源的RS-232C 转换芯片。如图2-5 所示，CON2 为UART0接口，可以在串口调试阶段使用，在

10、实际应用中，那么要使用CON3 的RS-485接口。RS-485 收发器采用嵌入式隔离RS-485 收发器RSM485CHT，如图2-5c所示。RSM485CHT 隔离收发器模块，是集成电源隔离、电气隔离、RS-485接口芯片，总线保护器件于一身，其为5V 工作电源器件。电路设计中采用保守方法，参加了PESD1CAN 隔离，是系统稳定性更高。RS-232C 与RS-485 功能可以通过跳线JP2 来切换，如图2-5b。JP2跳线器说明见表2-2。图 2-5 UART0（RS-232C AND RS-485）接口JP2功能备注控制器的UART0与CON2RS-232C连接模式1串口调试时使用控制

11、器的UART0与CON3RS-485C连接模式2实际应用中使用5. JTAG 接口电路和ISP 跳线电路采用 ARM 公司提出的标准20 脚JTAG 仿真调试接口，JTAG 信号的定义及与T2368 的连接如图2-6a所示。其中RTCK 引脚加上拉电阻，使系统重启后，LPC2368 内部的JTAG 接口使能，可以直接进行JTAG 仿真调试，同时P29:0引脚不为跟踪功能；当要使用 ISP 功能时，将PC 的串口与CON2 相连，并将跳线JP2 设置为第一种模式，使用UART0 通信。同时把JP1如图2-6 JTAG 接口电路c短接，是ISP 的硬件条件得到满足。图 2-6 JTAG 接口电路6

12、. 读卡模块现在，门禁考勤系统一般都使用非接触式无线智能卡，Mifare 卡就是其中的一员，可以实现一卡通功能，具有数据传送速度快、防碰撞、保密性高等特点。读卡器采用 ZLG500S 系列读卡模块ZLG522S/LT，ZLG522S/LT 为3.3V 供电，具有I2C 和UART 两种通信接口，和天线一体化，主动检测卡片进入的模块。此系统中，将两种接口都引出来，但只使用UART 接口，如图2-7b所示。图 2-7 读卡模块7. 按键、门内开关和指示灯此系统中设计了四个独立按键、一个门内开关按钮接口和门状态指示灯红：门关；绿：门开、下位机向PC 机发送信息指示灯通信时闪烁，如图2-8a（b）所示

13、。图 2-8 按键、门内开关和指示灯电路8. 继电器和蜂鸣器此系统应用继电器做开门开关；且有蜂鸣器提示声。继电器采用 HUIGANG 继电器，其为5V 工作器件，而系统为3.3V 系统，所以在设计上采用了NPN 三极管来实现3.3V 系统控制5V 的器件，用控制高电平闭合，驱动电路如图2-9a所示；直流蜂鸣器，用P1.27 控制低电平蜂鸣，驱动电路如图2-9b所示。两个驱动中的二极管起到继流的作用。图 2-9 继电器和蜂鸣器驱动电路9. SD 卡接口系统使用LPC2368 为控制器，使用该内部自带SD/MMC 卡控制器来访问SD 卡。LPC2368 与SD/MMC 卡卡座的连接引脚LPC236

14、8 微控制器与SD/MMC 卡卡座接口电路如图2-10 所示。图中，微控制器与 SD/MMC 卡卡座的连接引脚如表2-3 所示。表 2-3 LPC2368 与SD/MMC 卡卡座的连接引脚LPC2368 引脚引脚名称卡座引脚含义SDPWR-卡供电控制引脚。P0.21 为低电平时给卡供电SDDATA0DAT0/DO双向的数据信号DAT0SDDATA1DAT1/IRQ双向的数据信号DAT1SDDATA2DAT2双向的数据信号DAT2SDDATA3DAT3/CS双向的数据信号DAT3SDCMDCMD/DI双向的命令/响应信号SDCLKCLK/SCK微控制器向卡发送的用于同步双方通信的时钟信号SD_C

15、DCARD_INSRET卡完全插入到卡座中检测线。完全插入时，卡座输出低电平，否那么输出高电平SD_WPCARD_WP看是否写保护检测。写保护时，卡座输出高电平；否那么输出低电平图 2-10 SD/MMC 卡的SD 总线接口电路接口电路包括以下局部：1SD 总线如图 2-10 所示，LPC2368 的、P0.20 根据引脚功能，直接连接到卡座的相应接口，其中数据线DAT0DAT3 双向数据线、P2.13 和命令线P0.20 分别接上拉电阻。2 SD/MMC 卡ESD 保护电路如图 2-10 所示，在卡座的数据总线DAT0DAT3、时钟线CLK 和命令线CMD 上，使用了一个ESD 保护器件PE

16、SD5V0L6U，作用是：当SD/MMC卡插入或拔出时，保护卡不受高压静电的损害。3 卡供电控制卡的供电采用可控方式，这是为了防止 SD/MMC 卡进入不确定状态时，可以通过对卡重新上电使卡复位而无需拔卡。可控电路采用P 型MOS 管2SJ355，有微控制器的GPIO 口P0.21 进行控制。采用 2SJ355 的目的是当它开通时，管子上的压降比拟小。4 卡检测电路包括：卡是否完全插入到卡座中和卡是否写保护。检测信号由卡座的两个引脚以电平的方式输出。当卡插入到卡座并插入到位时，卡座的CARD_INSERT第10 脚由于卡座内部触点连接到GND，输出低电平；当卡拔出时，该引脚由于上拉电阻R83

17、的存在而输出高电平，该输出由微控制器的输入引脚GPIO来检测。卡是否写保护的检测与卡是否完全插入到卡座中的检测原理是一样的。10. TinyARM2300 接口图 2-11 底板与核心板接口电路以上介绍的是此系统的底板电路设计，下面是底板与核心板T2368 的接口排针，如图2-11 所示。此系统只使用了T2368 中的LPC2368最小系统，所以只给出此最小系统的原理图，如图2-12 所示。T2368 中的以太网接口没有使用，不区分模拟地和数字地。图 2-12 T2368 核心板的最小系统电路图11. 外部测试板、外部接口和剩余 IO 引出插针如所示，其有继电器指示灯，门磁模拟和门内开门开关三

18、局部组成。如图 2-13b所示，其为此次设计的外部接口和几个测试点，P1.25 为门磁检测输入端，BELL_1 和GND 为外部按铃接口，RelayA 和RelayB 为继电器输出接口，BELL_2 为门内开门开关接口。图 2-13a和c为剩余IO 引出排针和与ZLG7290 相连的接口，为系统的更新和升级做好准备。图 2-13 外部接口和剩余IO 引出接口注：由于此次制板为单面腐蚀制板，所以图2-11 中的ab在此次制板中没有引出。第3章软件设计说明3.1 软件任务软件设计分为下位机和上位机两大块。下位机软件任务：以 LPC2368 芯片为主微控制器，对硬件的各个模块各模块参见硬件技术文档进

19、行控制，制作一个具有刷卡开门和记录功能的门禁考勤系统，编程实现如下功能：1. 按时间和权限刷卡开门及在不同时间段内考勤功能；2. 记录刷卡事件、 记录考勤信息、 添加用户发卡功能；3. 与 PC 机通讯使用RS-485 总线，可以将用户数据下载到下位机系统中、 将记录信息导出到 SD 卡上；上位机软件任务：上位机软件的任务主要是与下位机通过定义的 RS-485 协议，进行通信，进而实现以下功能：1. 将用户数据下载到下位机系统中；2. 显示刷卡信息、 发卡功能；3. 设定时间权限和考勤时间段、 查看刷卡记录功能；4. 开门功能： 设置刷卡后的允许开门时间长度即刷卡开门后，在这个时间内门没有翻开

20、，那么系统将门关闭；3.2 下位机软件设计资源分配本设计应用前后台系统，使用到的LPC2368 片内外设和I/O 口使用参见硬件技术文档。下面介绍一下微控制器片内局部存储器的使用和分配。3.2.1 512K 片内Flash 局部扇区和电池SRAM 分配片内 Flash 局部扇区分配如图3-1 所示，池SRAM 地址分配如图3-2 所示。图 3-1 片内Flash 局部扇区分配 图 3-2 电池SRAM 地址分配 3.2.2 后台任务和中断优先级分配后台任务和中断优先级分配如下表 3-1 所示：表 3-1 VIC 中断功能和优先级分配中断源VIC 优先等级串口UART0与上位机通信GPIOP0口

21、的EINT3中断收键1TIMER21中断收键延时，2继电器工作2UART2与ZLG522S/LT 读卡器通信3RTC1检查门磁，点亮门状态灯，并将门状态发送到上位机，2门处于开状态过长，那么关闭门，3） 更新开门时间权限段和考勤时间段43.3 下位机软件设计3.3.1 下位机软件设计整体思想系统中有四种模式，分别为：刷卡开门考勤模式、发卡模式、RS-485 协议处理模式、将记录数据导出到SD 卡中。通过按键KEY1 的值来判断系统该工作在那种模式和切换模式。对于处理上位机命令、中断延时收键和RTC 中断的功能那么在后台处理。3.3.2 主程序的流程框架作为前台的主函数，首先对使用到的 GPIO

22、 口、各个模块和外设进行初始化，然后进入模式选择循环，其流程框图如图3-3 所示。3.3.3 主要功能模式刷卡开门和考勤模式程序设计1. 刷卡开门和考勤模式主程序设计此模式是此设计的主要功能，系统通过读卡器读出进入读卡范围内的Mifare 卡序列号，然后查询系统中的用户数据库，然后进行用户权限级别和时间权限的判断，从而进行相应的处理记录刷卡信息和考勤信息。用户权限是指权限是大权限，还是小权限，大权限用户那么不受时图 3-3 主程序流程框图间的约束，随时可以刷卡开门；小权限用户那么在设定的时间段内才可以开门。此权限在发卡的时候确定。时间权限是指，小权限用户在哪个时间段内可以刷卡开门。此时间段可以

23、通过上位机来随时设置。此模式主程序流程框图如图 3-4 所示。图 3-4 刷卡开门和考勤模式主程序流程框图2. 主要子函数的程序设计系统模式中主要子函数有：主控制器和 ZLG522S/LT 读卡模块与Mifare卡通信、用户查询函数、刷卡记录函数与考勤处理和记录函数。1主控制器和ZLG522S/LT 读卡模块与Mifare 卡通信调用ZLG522S模块的操作软件包，主要是读卡器对Mifare 卡的一系列操作此模式中对卡片的请求使用“标准模式。2用户查询函数、刷卡记录函数与考勤处理和记录函数用户信息、刷卡事件记录和考勤事件记录，是三个结构体，同时开门时间权限和考勤段的设置也是一个结构体，如程序清

24、单3-1 所示。用户查询函数作用是在读到Mifare 卡序列号后，查询“用户信息存储区，如果有此用户，那么返回True 和此用户信息的首地址，否那么返回False。刷卡记录函数的作用是将刷卡的信息记录在存储器中，程序流程图如图3-5 所示。考勤记录函数的作用是将考勤的信息记录在存储器中，其程序流程图和刷卡记录函数的流程图类似，不再赘述。程序清单3-1 定义的结构体struct infoUser1 /* 用户信息6 个字 */uint32 cardNO;char name8;char phoneNO11;char limet;struct eventRcd1 /* 刷卡事件记录结构体6 */ui

25、nt32 active;uint32 datas;uint32 times;struct attdRcd1 /* 考勤事件记录结构体5 */struct timeamr1 /* 开门权限设置结构体 */uint8 alhour;uint8 almin;uint8 purview; /* 开门时间权限3：no；1：yes */uint8 check; /* 考勤阶段标志3： */* 1：yes 第一阶段；2：yes 第二阶段*/考勤处理函数的功能，是判断现在是否为考勤时间段，如果在那么进行考勤，否那么不考勤。此系统中，设置了两个考勤时间段，并且可以用上位机来设置。其功能实现思想，是在每个考勤时间段内，将用户第一次刷卡做为考勤信息，且同时在卡片的指定存储块内设置一个标志，当此用户再次刷卡时，就不对