發布日期：2022-05-20 點擊率：25
引言
隨著人們生活水平的不斷提高，家庭防盜這一問題也變得尤為突出。傳統的機械鎖因其結構簡單、安全性差等缺陷，已經逐漸被淘汰，電磁鎖由于其保密性高、使用靈話、安全系數高，逐漸進入千家萬戶。如果在一個家居系統中有多個門，就需要一套綜合的門控系統，這樣就可以監控所有樓門的開關。
參考文獻設計的門控系統是以AT89S51單片機為控制核心，系統功耗較大，使用成本較高，所以其應用具有一定的局限性。參考文獻設計的門控系統利用局域網進行組網控制，所以制作成本較高，而且應用范圍有限。針對以上缺點，本系統采用MSP430系列單片機CCA30F5135芯片為控制核心，其不但具有MSP430系列單片機的低功耗性能，而且具有RF無線收發器的功能，RF無線功能可以實現對門進行無線控制，方便用戶使用，而且低功耗特性使得使用成本較低，達到了目前應用的要求。
1 門控系統運行原理
本系統主要由兩部分組成：一部分是中央控制中心，其主要作為管理中心，用戶可以監控所有樓門的開關狀態；另一部分是門控模塊，其作用主要是控制門的開關，并且將門的開關信息傳送給中央控制中心，包括鍵盤電路、顯示電路、報警電路和開鎖控制電路等。
本系統采用電子密碼鎖控制開關門，電子密碼鎖相對于射頻卡成本較低，而且可以隨時更改密碼，安全性較高。當需要開門時，首先從矩陣鍵盤輸入6位數密碼，其初始密碼由程序設定，輸入完密碼后按開門鍵開鎖，如果想清除輸入可以按取消鍵，按鍵時均會有“短滴”聲提示。若輸入的密碼正確，密碼輸入正確指示燈亮，LCD顯示“密碼正確”，并且輸出一個打開電磁鎖的信號；若密碼輸入錯誤，則密碼輸入錯誤指示燈亮，LCD顯示“密碼錯誤”。如果在6 s內無任何操作，則清除所有輸入內容。如果某個門控模塊有密碼輸入情況，門控模塊內部的CC430F5135單片機會通過內部集成的RF無線收發器，將有人輸入密碼開門的信號傳輸給中央控制中心，這樣中央控制中心就能知道所有樓門的情況，中央控制中心通過一個LCD顯示所有的樓門開關情況。如果用戶想打開或者關閉某個門，則只需要通過鍵盤找到門號并輸入相關指令。門控模塊和中央控制中心均以CC430F5135為控制核心，如果在40 s之后無任何操作，單片機就會進入到低功耗模式。
2 系統硬件設計
門禁控制系統的硬件設計包括中央控制中心設計和門控模塊設計，下面就各個部分進行詳細介紹。
2．1 中央控制中心設計
中央控制中心和門控模塊都是以MSP430系列單片機CC430F5135為控制核心，其內部集成的RF無線模塊節省了外部擴展的無線通信模塊，降低了成本。CC430F5135是TI公司MSP430F5xx MCU與低功耗RF收發器相結合的產品，可實現極低的電流消耗，從而使采用電池供電的無線網絡應用無需維修即可工作長達10年以上；此外，微型封裝所包含的高級功能性還可為創新型RF傳感器網絡提供核心動力，以向中央采集點報告數據。CC430F5135為16位超低功耗MCU，具有16 KB閃存、2 KB RAM、CC1101無線電收發器、AES-128和USCI，供電電壓為1．8～3．6 V，正常工作模式消耗電流為160 μA／MHz，低功耗模式3消耗電流為2．0μA。
2．1．1 CC430F5135的RF無線收發模塊外圍電路
CC430F5135內部集成了CC1101無線電收發器，本系統的RF頻率設為315 MHz，信道間隔為540 kHz，數據傳輸速率為250 kbps。在本系統設計中，發送功率最大可以達到-96 dBm，實際應用中還可以根據發射距離的遠近設置發送功率的大小，這樣可以使功耗達到最低。其電路如圖2所示。CC430F5135的供電電源為兩節5號電池，其電壓為+3 V，外接晶振為26 MHz。RF_N和RF_P為RF無線電發射引腳，兩引腳外接天線，其功率可以達到-96 dBm，傳輸距離可以達到200m左右。
2．1．2 LCD顯示模塊
考慮到設備低功耗的要求，所選的顯示模塊必須達到低功耗的目的。本系統采用了LCD12864作為顯示模塊，其供電電壓為4．5～5 V供電，工作電流為3 mA，低功耗、長壽命、高可靠性。模塊內自帶2個液晶顯示驅動芯片，分別控制顯示屏的左區和右區，每個驅動芯片都帶有512字節的RAM。其中LCD12864采用+5V供電，+3V電壓經升壓芯片轉換成+5 V后供給LCD12864。單片機的P1口作為控制LCD12864的控制口，P2口作為數據口與LCD12864進行通信。因為CC430F5135端口輸出電壓為+3 V，而LCD12864的端口電壓為+5 V，兩者的端口不能直接相連，所以需要一個電壓轉換芯片來解決電壓不匹配的問題。本系統采用TI公司的雙電壓供電雙向驅動器SN74 ALVCA24_5來實現電平轉換，一邊是3 V，另一邊是5 V，這樣就較好地解決了3 V與5 V電平的轉換問題。
2．1．3 4×4矩陣鍵盤硬件電路
本系統采用中斷方式來確定按鍵的輸入，因為CC430F5135內部的P0口全部都可以當作外部中斷口，所以只要其中的任一按鍵被按下，那么此時其中兩個端口的電平就會突變，這樣根據內部預先設定好的程序，就可以知道哪個鍵被按下。鍵盤有數字鍵和功能鍵，數字鍵用于密碼的輸入，功能鍵有取消鍵、確認鍵、左移鍵、右移鍵、開門鍵和關門鍵。其中的取消鍵是用于刪除輸入的密碼，確認鍵用丁確定輸入正確，開門鍵和關門鍵起開關門的作用。當中火控制中心需要開關某個門時，就可以按左移鍵或者右移鍵來選擇要開關的門號，選擇成功后按開門鍵或者關門鍵就可以開關門。
2．2 門控模塊設計
門控模塊包括CC430F5135的RF無線收發模塊電路、LCD硬件電路、鍵盤硬件電路、繼電器驅動房門硬件電路和蜂鳴器指示燈硬件電路等。CC430F5135的RF無線收發模塊電路，LCD硬件電路和鍵盤硬件電路與中央控制中心的設計基本相同，在這里就不再介紹。下面主要介紹蜂鳴器指示燈硬件電路和繼電器驅動房門硬件電路。
2．2．1 蜂鳴器指示燈硬件電路
CC430F5135通過控制三極管的開通與關斷去控制蜂鳴器和指示燈的導通與關閉，從而達到指示的目的。CC430F5135單片機的P3．0、P3．1和P3．2口通過控制輸出信號的高低電平來控制三極管8050的導通或截止，從而實現相應的功能。如果P3．0口為高電平，三極管導通，則蜂鳴器發出響聲，如果P3．1和P3．2置高電平，則紅色指示燈或綠色指示燈會亮。其中紅色指示燈的作用是警告密碼輸入錯誤，綠色指示燈則表示密碼輸入正確，并且門會打開。
2．2．2 繼電器驅動房門硬件電路
此電路功能是當輸入密碼正確并按開門鍵或者關門鍵后，可以自動使樓門開通或者關閉。本系統采用CC430F5135控制繼電器開通，進而控制旋轉電機工作去控制門的動作。為了保證繼電器穩定而可靠的工作，選用HJR-3FF-S系列繼電器。此繼電器負載端電壓可以加到250 V(AC)／30 V(DC)，在環境溫度為-30～+60℃時可以工作1×105次以上。其額定工作電壓為+5 V，額定工作電流最大為70 mA，因為CC430F5135的I／O輸出為+3 V，所以不能直接驅動繼電器工作，需加一個三極管8050作為開關來控制繼電器的開關，繼電器通過接收CC430F5135的控制信息完成相應的控制動作。
3 系統軟件設計
門禁控制系統的軟件設計包括中央控制中心的軟件設計和門控模塊的軟件設計。
3．1 中央控制中心軟件設計
在開機運行時，中央控制中心利用無線模塊給所有的門控模塊發送一條指令，要求所有門控模塊將此時其控制的門的開關狀態報告給中央控制中心，這樣中央控制中心就會知道所有門的狀態。如果其中有一個門的狀態改變(開或關)時，這個門的門控模塊會利用內部的RF無線收發模塊將門的狀態信息發送給中央控制中心，這樣就能不斷地刷新中央控制中心的數據。如果用戶想控制一個門的開通或者關閉，則只需要按左移或者右移鍵選擇要打開或者關閉的門號并按確定鍵，選擇開門或者關門功能，此時中央控制中心就會發出一條控制指令給相應的門控模塊，達到開關門的目的。
3．2 門控模塊程序設計
在系統運行時，CC430F5135單片機會一直處于低功耗模式中，這樣可以達到降低功耗的目的。當有按鍵被按下或者發生RF無線接收中斷時，單片機會從低功耗模式中被喚醒，開始判斷鍵盤輸入指令或者接收的控制指令。如果是鍵盤輸入指令，單片機會根據輸入的指令要求執行相應操作。如果輸入密碼正確并且按下開門鍵，單片機的P3．3口會置為高電平，繼電器閉合，門被打開，同時綠色指示燈亮；如果密碼輸入錯誤，單片機會發出長警告音，并且紅色指示燈亮，警告密碼輸入錯誤。在這兩種情況發生時，單片機都會通過無線模塊將有人輸入密碼的信息傳送給中央控制中心。如果是RF無線接收中斷發生，單片機會接收數據指令并判斷指令功能，執行相應操作。
結語
本文設計了一種基于CC430F5135的門禁控制系統。此系統可以實現無線門禁控制，制作成本和使用成本都較低，且達到了目前低功耗的要求。經過測試，系統運行穩定可靠，有較好應用前景，適用于整個樓宇的控制。
1
下一篇： PLC、DCS、FCS三大控
上一篇： 基于單總線的門禁管理
