CN107098233A - 电梯门禁与楼宇对讲的联动系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电梯门禁与楼宇对讲的联动系统，包括电梯门禁系统和楼宇对讲系统，所述楼宇对讲系统包括对讲主机系统和用户分机系统，所述对讲主机系统和所述电梯门禁系统设置在电梯端，所述用户分机系统设置在业主屋内或者物业控制端；所述对讲主机系统用于接收用户输入信息，并根据所述用户输入信息生成授权请求信息，将所述授权请求信息发送给所述用户分机系统；所述用户分机系统生成提示信息，接收授权请求信息，生成楼层信息确认信息，发送所述确认信息给所述对讲主机系统；所述对讲主机系统将所述确认信息发送给所述电梯门禁系统，电梯门禁系统根据所述确认信息控制电梯门禁工作。通过联合控制保证了外来人员能够使用电梯，同时保证了楼层安全。

Description

电梯门禁与楼宇对讲的联动系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种电梯门禁与楼宇对讲的联动系统及一种电梯门禁与楼宇对讲的联动控制方法，属于电梯门禁控制领域。

背景技术

门禁系统和楼宇对讲系统是现代化楼宇中不可或缺的智能设备。随着科技的进步，人们对系统的功能要求越来越高，目前的短距离门禁和有线对讲已经不能满足用户的需求。目前基于射频识别技术的门禁系统主要采用低频和中高频两个频段，虽然功能实现良好，但是存在识别距离比较短的弊端，这就给用户的使用带来了不便；基于生物识别的门禁系统虽然使用便捷，安全系数高，但是造价同样很高，而且对环境要求苛刻，并不适用于普通的智能楼宇和小区当中。另一方面，由于Wi-Fi、射频等无线形式的对讲穿墙效果差，信号不稳定，目前绝大部分楼宇对讲都为有线对讲，有线形式中，总线和网线是主流。有线对讲系统组网时会用到信号放大器，容易造成信号失真，而且，传输线的材质可能导致信号的衰减，对于使用和维护都是不利的。另外，目前的门禁对讲系统一般为单元门禁和楼宇对讲系统组成联动系统，而电梯中的对讲系统一般用于求救，几乎与电梯门禁没有信息交互，造成外来人员无法使用电梯的情况发生。

用户进入电梯时，一般需要拿出卡片刷卡，然后自己选择要到达的楼层，但当双手拿物品被占用时，再拿卡去刷卡使用起来极为不便，不够智能，尤其是乘坐电梯的人较多时，会因为这种刷卡、手动选择楼层的方式而耽误电梯运行，大大降低电梯运行的效率。.

发明内容

本发明为了克服外来人员不能使用电梯，无法实现远程控制电梯门禁系统工作的问题，第一方面提供了一种电梯门禁与楼宇对讲的联动系统，包括电梯门禁系统和楼宇对讲系统，所述楼宇对讲系统包括对讲主机系统和用户分机系统，所述对讲主机系统和所述电梯门禁系统设置在电梯端，所述用户分机系统设置在业主屋内或者物业控制端；所述对讲主机系统用于接收用户输入信息，并根据所述用户输入信息生成授权请求信息，将所述授权请求信息发送给所述用户分机系统；所述用户分机系统接收到所述授权请求信息后生成提示信息，所述用户分机系统还用于接收授权指示信息，生成确认信息，发送所述确认信息给所述对讲主机系统；所述对讲主机系统将所述确认信息发送给所述电梯门禁系统，电梯门禁系统根据所述确认信息控制电梯门禁工作。

进一步地，所述对讲主机系统在接收用户输入信息后，还用于与所述用户分机系统建立语音通话请求；所述用户分机系统还用于在语音通话过程中接收所述授权指示信息然后发送所述确认信息。

进一步地，所述电梯门禁系统包括主控制电路和扩展控制电路，所述主控制电路用于主动获取门禁卡中标签数据和/或接收所述对讲主机系统发送的确认信息生成门禁控制信息，并将所述门禁控制信息发送给所述扩展控制电路，所述扩展控制电路包括电梯继电器电路，所述扩展控制电路用于接收所述门禁控制信息控制所述电梯继电器电路工作。

进一步地，所述门禁卡为超高频卡。

进一步地，所述对讲主机系统和所述用户分机系统包括电源电路、键盘电路和无线通信模块电路，所述对讲主机系统和所述用户分机系统采用无线通信模块电路进行数据传输。

进一步地，所述主控制电路还用于利用防碰撞算法识别多张门禁卡中的一张；所述门禁卡中标签数据包括卡类型数据，所述主控制电路还用于根据所述卡类型数据生成不同的门禁控制信息，所述扩展控制电路根据不同的门禁控制信息控制所述电梯继电器电路执行不同的动作。

进一步地，所述卡类型数据包括单层卡、多层卡；所述扩展控制电路包括第一信号端、第二信号端、第三信号端和第四信号端，还包括第一继电器和第二继电器，所述第一信号端和所述第二信号端分别与所述第一继电器连接的受控端连接，所述第三信号端和所述第四信号端通过导线连接，所述导线和所述第一信号端分别和所述第二继电器的受控端连接；当所述卡类型数据为多层卡时，所述第一继电器导通，所述第二继电器断开；当所述卡类型数据为单层卡时，所述第二继电器导通，所述第一继电器断开。

本发明第二方面提供了一种电梯门禁与楼宇对讲的联动控制方法，其特征在于，包括电梯门禁系统和楼宇对讲系统，所述楼宇对讲系统包括对讲主机系统和用户分机系统，所述对讲主机系统和所述电梯门禁系统设置在电梯端，所述用户分机系统设置在业主屋内或者物业控制端；所述联动控制方法包括以下步骤：

S101所述对讲主机系统接收用户输入信息，并根据所述用户输入信息生成授权请求信息，将所述授权请求信息发送给所述用户分机系统；

S102所述用户分机系统接收到所述授权请求信息后生成提示信息，所述用户分机系统接收授权指示信息，生成确认信息，发送所述确认信息给所述对讲主机系统；

S103所述对讲主机系统将所述确认信息发送给所述电梯门禁系统，电梯门禁系统根据所述确认信息控制电梯门禁工作。

进一步地，所述步骤S101中还包括：所述对讲主机系统在接收用户输入信息后，与所述用户分机系统建立语音通话请求；所述步骤102中具体还包括：在所述用户分机系统在语音通话过程中接收所述授权指示信息然后发送所述确认信息。

进一步地，所述电梯门禁系统包括主控制电路和扩展控制电路；所述步骤103中具体包括：所述主控制电路主动获取门禁卡中标签数据和/或接收所述对讲主机系统发送的确认信息生成门禁控制信息，并将所述门禁控制信息发送给所述扩展控制电路，所述扩展控制电路包括电梯继电器电路，所述扩展控制电路接收所述门禁控制信息控制所述电梯继电器电路工作，所述门禁卡中标签数据包括卡类型数据，所述卡类型数据包括单层卡、多层卡；所述扩展控制电路包括第一信号端、第二信号端、第三信号端和第四信号端，还包括第一继电器和第二继电器，所述第一信号端和所述第二信号端分别与所述第一继电器连接的受控端连接，所述第三信号端和所述第四信号端通过导线连接，所述导线和所述第一信号端分别和所述第二继电器的受控端连接；当所述卡类型数据为多层卡时，所述扩展控制电路控制所述第一继电器导通，所述扩展控制电路控制所述第二继电器断开；当所述卡类型数据为单层卡时，所述扩展控制电路控制所述第二继电器导通，所述扩展控制电路控制所述第一继电器断开。

与现有技术相比，本发明通过将对讲系统和门禁系统联合控制，保证了外来人员在进入电梯中时，能够使用上电梯，通过与对讲系统联合控制，既保证了外来人员能够使用上电梯，也能保证各个楼层的安全。本发明对电子标签的自动扫描，处理器自动判断用户电子标签的权限和相应楼层，无需手动扫卡和选择，提高了电梯门禁系统的运行效率。此外通过对电子标签进行分类，并自动区分多层卡用户和单层卡用户，使用时更加方便，进一步提高了电梯的运行效率。

附图说明

图1为本发明中电梯门禁与楼宇对讲的联动系统的一种实施例的系统结构示意图；

图2为本发明中电梯门禁与楼宇对讲的联动系统的另一种实施例的系统结构示意图；

图3为本发明的系统中的读卡器的电路示意图图；

图4为本发明的系统中的电梯控制原理示意图；

图5为本发明的系统中的继电器选层电路示意图；

图6为本发明的系统中的联动通信电路示意图；

图7为本发明的系统中的标签存储结构示意图；

图8为本发明的系统中主控制板主程序流程示意图；

图9为本发明的系统中主控制板数据处理流程示意图；

图10为本发明的系统中主控制板管理卡数据处理流程示意图；

图11为本发明的系统中主控制板防碰撞处理过程中的标签状态转换图；

图12为本发明的系统中主控制板中Q值防碰撞算法流程示意图；

图13为本发明的系统中扩展控制板程序流程示意图；

图14为本发明的系统中对讲主机程序流程图；

图15为本发明的系统中对讲主机呼叫程序流程图；

图16为本发明的系统中对讲主机读取信息程序流程图；

图17为本发明的系统中对讲分机程序流程示意图；

图18为本发明的系统中对讲分机发送信息程序流程示意图；

图19为本发明中的电梯门禁与楼宇对讲的联动控制方法流程示意图；

图20为本发明中的电梯门禁与楼宇对讲的联动控制方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例一

如图1、图20所示，本发明提供了一种电梯门禁与楼宇对讲的联动系统100，包括电梯门禁系统110和楼宇对讲系统120，所述楼宇对讲系统120包括对讲主机系统121和用户分机系统122，所述对讲主机系统121和所述电梯门禁系统110设置在电梯端，所述用户分机系统122设置在业主屋内或者物业控制端；所述对讲主机系统121用于接收用户输入信息，并根据所述用户输入信息生成授权请求信息，将所述授权请求信息发送给所述用户分机系统122；所述用户分机系统122接收到所述授权请求信息后生成提示信息，所述用户分机系统122还用于接收授权指示信息，生成确认信息，发送所述确认信息给所述对讲主机系统121；所述对讲主机系统121将所述确认信息发送给所述电梯门禁系统110，电梯门禁系统110根据所述确认信息控制电梯门禁工作。本发明的实施例中对讲系统能够通过与电梯门禁系统通信，实现访客来访时，户主可以使用对讲系统为访客开放相关电梯楼层按钮的功能，即联动功能。确认信息中可包括楼层信息，也可不包括，当确认信息中没有包括楼层信息时，这时用户主机系统122根据用户输入信息来判定具体的楼层号信息。当确认信息中包括楼层信息中时，用户主机系统122直接根据确认信息中的楼层信息确认楼层号。

所述对讲主机系统121在接收用户输入信息后，还用于与所述用户分机系统122建立语音通话请求；所述用户分机系统122还用于在语音通话过程中接收所述授权指示信息然后发送所述确认信息。实践中，发送确认信息的操作可在通话结束后，本发明选择在通话过程中，保证了发送确认信息能够及时反馈，如果通话结束后才发送确认信息，由于信息丢失，电梯就无法工作，需要重复的呼叫用户分机系统122，用户体验差，如果在通话过程中发送，能通过语音及时反馈确认信息是否收到，也能及时确认电梯是否进行了选层，保证了实时反馈，安全有效。系统不仅实现了楼宇对讲主机和分机之间的无线数据通信，同时，用户可以通过楼宇对讲分机为访客开放电梯楼层按钮，不仅使整个系统更加人性化，而且系统的复杂度和系统的安装难度都大大降低。

所述电梯门禁系统110包括主控制电路111和扩展控制电路112，所述主控制电路111用于主动获取门禁卡中标签数据和/或接收所述对讲主机系统121发送的确认信息生成门禁控制信息，并将所述门禁控制信息发送给所述扩展控制电路112，所述扩展控制电路112包括电梯继电器电路，所述扩展控制电路112用于接收所述门禁控制信息控制所述电梯继电器电路工作。通过扩展控制电路112实现对电梯门禁的控制，减小主控制电路111的计算负载。

进一步地，所述门禁卡(即电子标签)为超高频卡，工作频率为840～960MHz，读卡距离可以到10米以内，这样的优点是，人们可以把卡放在身上即可(放入衣兜或挂胸前)可以解放双手，不需要刷卡动作。

所述对讲主机系统121和所述用户分机系统122包括电源电路123、键盘电路124和无线通信模块电路125和处理器126，所述对讲主机系统121和所述用户分机系统122采用无线通信模块电路125进行数据传输。实现稳定的无线楼宇对讲。目前楼宇对讲多为有线形式，这样会为布线和系统维护带来麻烦。设计无线形式的对讲，可以避免布线这一环节，这样不仅系统安装简便，而且系统维护起来会很方便。

所述主控制电路111还用于利用防碰撞算法识别多张门禁卡中的一张；所述门禁卡中标签数据包括卡类型数据，所述主控制电路111还用于根据所述卡类型数据生成不同的门禁控制信息，所述扩展控制电路112根据不同的门禁控制信息控制所述电梯继电器电路执行不同的动作。防碰撞算法可采用Q值防碰撞算法，利用防碰撞算法，避免了使用多张卡时，不能识别的情况发生。如果只检测到一张卡，则直接响应，如果有多张卡响应，则通过防碰撞算法随机选择一张卡响应，然后读取卡号和用户区数据，判断卡的类型并执行相关的操作，然后继续读取剩余的卡，直到所有的卡都被识别完。

所述卡类型数据包括单层卡、多层卡；所述扩展控制电路包括第一信号端、第二信号端、第三信号端和第四信号端，还包括第一继电器和第二继电器，所述第一信号端和所述第二信号端分别与所述第一继电器连接的受控端连接，所述第三信号端和所述第四信号端通过导线连接，所述导线和所述第一信号端分别和所述第二继电器的受控端连接；当所述卡类型数据为多层卡时，所述第一继电器导通，所述第二继电器断开；当所述卡类型数据为单层卡时，所述第二继电器导通，所述第一继电器断开。用户卡分为单层卡和多层卡，即只可以去固定的某一层和可以去多层。当系统判定门禁卡为多层卡时，将闭合对应层的第一信号端和所述第二信号端之间的继电器(即第一继电器)，而楼层按钮需要用户自己选择；当系统判定门禁卡为单层卡时，将闭合第一信号端与第二信号端之间和第一信号端和第四信号端(导线)之间两个继电器，这样用户就不必自己选层了。

实施例二

如图2所示，本发明实施例提供了一种电梯门禁与楼宇对讲的联动系统，系统整体分为两部分：楼宇对讲系统和电梯门禁系统，两个系统通过485通信电路连接组成联动系统。楼宇对讲系统包括一部对讲主机和多部分机，电梯门禁系统包括门禁主控制板和扩展控制板。具体地，本系统包括楼宇对讲主机、用户分机、扩展控制板和主控制板，所述楼宇对讲主机包括微处理器(MCU)和与所述微处理器MCU连接的键盘电路、电源电路、无线通信模块，所述用户分机包括MCU、无线通信型模块、电源电路、键盘电路，所述扩展控制板包括处理器(如：C8051F020)继电器电路和电源指示电路，所述继电器电路与电梯门禁控制器连接，所述处理器通过RS485通信连接；所述主控制板包括处理器、读卡电路、时钟电路和存储电路，还包括报警指示电路、电源电路或者继电器电路(这时可不用扩展控制板)。所述读卡电路主动寻找门禁卡(即电子标签)，获取标签中信号后发送给主控制板中的处理器，然后处理进行处理分析，发送信号给扩展控制板的处理器，扩展控制板中的处理器将信号发送给所述继电器电路，对门禁进行控制。当有外来人员进入电梯中时，需要业主配合对电梯门禁进行控制，外来人员通过设置在电梯上的楼宇对讲主机上的键盘电路按门牌号，所述楼宇对讲主机将根据门牌号信息生成通信请求信息，与用户分机建立通信连接，实现信息传递，或者实现语音通话，所述对讲主机生成授权请求信息发送给所述用户分机，用户分机端接收到业主的指示信号后，反馈给对讲主机，对讲主机生成确定信号，通过485电路传递给所述扩展控制板，扩展控制板根据具体确认信息，如，根据确认信息中的楼层信息开启继电器工作，实现对门禁的控制。

电梯门禁系统采用数据处理控制板和执行控制板分离设计，即主控制板和扩展控制板。主控制板的工作流程为：当门禁卡进入读卡模块的识别范围后，读卡模块识别卡片数据、判断卡的类型，根据各种卡的权限，配合时钟电路和存储电路，做出相应的处理，并把处理好的数据发送给扩展控制板。主要电路包括电源电路、读卡电路、时钟电路、存储电路和RS-485通信电路。扩展控制板工作流程为：通过RS-485电路与主控制板相连，接收主控制板发送的确认信息，开放相关的楼层按钮。主要电路为继电器选层电路。

楼宇对讲系统包括对讲主机和用户分机，主机和分机有相同的无线通信模块和电源电路，区别在于键盘电路功能和设计方案不同。另外，对讲主机需要有对外的通信电路用于与门禁系统联动。

读卡电路是门禁系统中最关键的电路之一，功能为识别门禁卡、读取卡内的数据，并把识别到的数据送到处理器。目前有三种比较常用的设计方案：基于AS3992的射频识别电路、基于R1000/R2000系列芯片的射频电路和基于M100的射频电路。

其中，AS3992同时支持ISO 18000-6C以及ISO/IEC 18000-6B协议标准，工作在915Mhz频段，工作电压5.3V。虽然该芯片是一款高度集成的射频芯片，但是由于上市较早，外围电路设计比较复杂，功耗较大，而且软件开发难度较大。R2000系列芯片支持EPCglobal UHF C1G2/ISO18000-6C/ISO 18000-6B协议标准，工作频率为840～960Mhz，功耗只有1.1W左右。R2000不仅采用载波消除技术，提高了读取的准确性，而且内部固化UHF通信协议，用户可以自行配置。虽然R2000射频芯片在各个方面均满足系统要求，性能优越，但是R2000系列芯片的典型识别距离在5～10m，大大超出系统要求；而且芯片底层驱动程序较难获得，开发难度比较大；系统设计复杂，成本较高。考虑到这些因素，本设计不使用此芯片。

M100是一款国产的超高频射频芯片，工作频率为840～960MHz，典型工作频率为915MHz，工作电压3.3～3.6V，典型识别距离为1～2m，可以调节。M100芯片内置有8位8051MCU，256Byte内部存储器、16Kbyte程序存储器和3个定时器，同时，内置8Kbyte的数据RAM，由8051MCU和数字解调电路共用，M100有对外通信的UART串口，非常方便使用。芯片支持内嵌通信协议，方便开发。此外，M100外围驱动电路设计简洁，开发模块成本较低。

综合几种方案的优缺点，本设计基于M100射频芯片实现读卡电路。读卡电路原理图如图3所示。

读卡电路的工作流程为：M100通过PA_OUT发射引脚向外发射固定频率的电磁波信号，首先通过选频电路滤波，选频频率为915MHz，之后输入到放大器中增强信号，然后输入到低通滤波器滤除高频杂波，最后通过天线发射出去。当天线接收到射频信号后，由于有定向耦合器的隔离，信号不会进入发送通道，而是直接输入到巴伦电路变成双端信号输入到接收引脚中，芯片将对接收到的信号做后续的处理工作。

读卡电路的外围电路主要由发射电路和接收电路组成，它们分别负责发送和接收射频信号。由于本设计的天线使用单天线结构，即发射和接收信号共用一个天线，因此，在天线接入处使用一个定向耦合器把输入和输出隔离开。其中发射电路包括滤波放大电路、低通滤波器和定向耦合器；接收电路包括定向耦合器和巴伦电路。

1.发射电路

(1)滤波放大电路

此滤波电路为LC串联选频电路，电路谐振频率为915MHz，为射频电路工作所需频率。当谐振频率通过时，电感的感抗和电容的容抗相互抵消，串联电路对此频率的信号表现为很小的阻抗，而其他频率的信号通过时串联电路阻抗较大，通过这种方式滤除杂波。杂波滤除后，输入到SGA85432放大器放大以增强信号功率。

(2)低通滤波器

由于电路工作在超高频频段，而本设计连接天线的信号传输线为很短的双绞线，因此，电路对高频杂波非常敏感，高频杂波对电路的影响不可忽视。所以，在信号输出到天线之前，必须进过高频滤波滤除高频干扰。本设计选用0915LP15B026低通滤波器滤除高频干扰。

0915LP15B026低通滤波器的截止频率为928MHz，工作频率为915MHz，此芯片内部是一些电容和电感串联电路，电感通直流阻交流且抑制高频干扰，电容通交流阻直流，当交流信号输入到低通滤波器后，一部分交流干扰信号被电感吸收，另一部分被电容旁路到地，达到滤波的作用。

(3)定向耦合器

目前高频电路的天线有两种形式：单天线形式和多天线形式。单天线形式输入输出共用一个天线，此种形式需要用耦合器把输入和输出隔离；多天线形式信号发射端和接收端分别用不同的天线，这种天线成本较高，电路设计复杂。本设计选择单天线形式。

定向耦合器是一个四端口原件，功能为把输入和输出通道完全隔离，当输入端输入电压时，输出端没有任何影响，同样，输出端输出信号时，对输入端也没有任何影响。本设计选用LDC15874芯片做耦合器，其带宽为815～960MHz。

2.接收电路

天线接收到信号后，通过耦合器的隔离，直接传送给巴伦电路，巴伦电路的作用：把单端信号变为双端信号输入到芯片输入接口，双端差分信号有抑制温漂的作用，抗干扰能力比较强；另外，巴伦电路有阻抗匹配的作用。

阻抗匹配问题：信号在信号源和天线之间传输的过程中，会发生散射现象，这是因为信号从始端到末端的传输过程中，随着导线的增长以及其他元器件的影响，会遇到阻抗突变，这将会使信号的能量发生损失，为了避免信号反射，应做阻抗匹配，阻抗匹配包括：

(1)源端匹配：使源端信号的输出阻抗与传输线的特征阻抗相等，这样就可以避免源端发生反射。

(2)末端匹配：使末端信号的输入阻抗与传输线的特征阻抗相等，这样可以避免末端反射。

本设计天线使用50Ω的陶瓷天线，信号传输线使用50欧姆的微带线，达到了末端匹配。而M100芯片的输入阻抗为100Ω，因此，使用巴伦电路，把50Ω传输线阻抗变换为100Ω，达到源端匹配状态，使信号损耗降到最低。本设计选择BD0810J50100AHF巴伦电路。

电梯呼梯原理如图4作图所示，A和B为信号线，C和D分别为正负电源线。

图4左图为未安装门禁系统之前，呼梯按钮在A、B信号线之间，此时，只要电源正常，信号线不出现断路，则无论想去哪一层，只要按下对应层按钮接通AB即可选中该层。

图4右图为本门禁系统的设计思想，把A信号线截断，1、2和2、3之间分别放一个继电器，这时电梯按钮将无法被选中。刷门禁卡的作用就是要把A信号线恢复，此时信号线之间的按钮就变成可使用状态了。

本发明为了实现单层卡自动选层功能。用户卡分为单层卡和多层卡，即只可以去固定的某一层和可以去多层。当系统判定门禁卡为多层卡时，将闭合对应层的1、2之间的继电器，而楼层按钮需要用户自己选择；当系统判定门禁卡为单层卡时，将闭合1、2和2、3之间两个继电器，这样用户就不必自己选层了。继电器选层电路如图5所示。由于单片机I/O口的输出电压为3V，而继电器工作需要12V，因此在I/O口与继电器之间加达林顿管ULN2803，把电压驱动到12V。图中J0和J1配合控制一层电梯。

楼宇对讲与门禁系统联动的实现方式是：对讲主机通过RS-485电路向门禁扩展控制板发送楼层信息，扩展控制板正确接收后处理信息并开放电梯按钮。因此，门禁系统扩展板上要有一个RS-485电路，用来接收对讲主机发送的信息。电路连接图如图6所示。其中两个MAX485芯片的A和A相连，B和B相连，实际中用双绞线相连接。

楼宇对讲系统一般和门禁系统共同组成门禁对讲系统，使门禁系统功能更完善，用户使用更方便。本设计楼宇对讲系统的语音和数据传输采用基于SIM900A的GSM通信模块实现。目前楼宇对讲普遍使用有线形式，原因是无线信号穿墙效果比较差，信号可能会中途断掉，比如ZigBee、Wi-Fi和射频。但是GSM不会有这些问题，GSM模块通信距离无限制，更没有穿墙的问题，用来实现无线对讲功能效果很好。

楼宇对讲系统分为主机和分机，本系统的主机和分机都是通过单片机核心板控制GSM模块通信，不同之处在于：键盘电路设计不同；对讲主机有对外通信的RS-485电路。本系统的平台搭建思路为：用STM32F103核心板作为对讲主控制器与GSM模块共同构成楼宇对讲系统。系统包括一套对讲主机和多套对讲分机，此处只设计一套分机进行系统模拟。主机上设计键盘电路用于呼叫各个用户分机和挂断通话，分机设有接听按键、挂断按键和开门按键。当用户分机按下挂断按钮后可以通过开门按钮给主机发送开门信息。下面对系统进行详细介绍。

楼宇对讲主机放在门禁处，功能为：呼叫用户分机并接收分机发送的楼层信息，实现与门禁系统的联动，系统主要包括通信电路，卡座电路，键盘电路和电源电路。主机与分机之间采用GSM通信，GSM模块选择基于SIM900A的无线通信模块。SIM900A是SIMCOM公司生产的一款工业级双频GSM/GPRS通信模块，工作频段为：900/1800Mhz，内嵌TCP/IP协议，可以低功耗实现语音、短信、数据信息的传输。模块设计有串口，可以很方便的与控制器进行通信。

本发明中采用的门禁卡可为6C卡，6C卡是超高频射频识别技术的产物，符合ISO18000-6C(EPC C1Gen2)协议标准，工作频率在860-960MHz之间，读写次数在10万次以上，卡内数据可以保存至少10年。数据读写速度非常快，可达40Kbps～640Kbps。6C卡的存储区域分为4部分，分别为保留区、EPC区、TID区和USER区，其中保留区中存放访问密码和杀死密码，访问密码为访问电子标签时，需要“出示”的凭证，而执行杀死口令时，需要杀死密码，杀死口令执行后不可逆，标签将作废；EPC区主要存放EPC卡号，用户可以修改，本系统识别卡号时识别EPC号；TID区中存放全球唯一商品序列号，出场后不可更改。USER区为用户数据存放的区域，不同厂商生产的标签USER区大小不同。6C卡内存结构如图7所示。

根据实际情况分析，系统使用者可以分为三种身份：普通用户，工作人员和系统管理员。普通用户是系统的使用主体，需要限制其可使用的电梯、可使用的楼层数和可使用的时间以达到门禁的效果；而保洁等工作人员需要去的楼层不固定，因此，本系统对工作人员开放所有楼层；管理人员作为系统的维护者，负责更新系统时钟、黑名单卡号等信息。因此，系统设计3种门禁卡，分别为用户卡、工作卡和管理卡。USER区第一个字节定义为卡的类型：0x01代表用户卡，0x02代表工作卡，0x03代表管理卡。三种卡的用户区数据定义方案如下。

用户卡：普通用户使用的卡，受电梯编号、层数和截止时间的限制。

第1字节：表示卡的类型，0x01为用户卡。

第2字节：表示此卡可以使用的设备编号，每个用户卡只能使用一部电梯，因此只占一个字节，可扩展。

第3字节：表示可以使用的楼层数。由于用户可能需要去不同楼层，因此设计可以使用最多5层，以满足用户需求。

第4～8字节：可以使用的楼层号。

第9～11字节：截止时间。用户卡有时间限制，当实时时间超过截止时间后，卡将不能使用。

第12字节：合法标志。当控制器收到用户卡用户区数据后先验证合法标志，合法后才能作进一步处理。

工作卡：工作人员使用的卡，权限级别很高，没有时间和电梯号限制。

第1字节：表示卡的类型，0x02为工作卡。

第2字节：合法标志。当控制器收到工作卡用户区数据后先验证合法标志，合法后才能作进一步处理。

管理卡：管理人员使用的卡，用于更新电梯编号、更新时钟，初始化、添加、删除黑名单。

第1字节：表示卡的类型，0x03为管理卡。

第2字节：更新设备编号标志位。每一部电梯都有自己独一无二的设备编号，0x01为更新，0x00为不更新。

第3字节：要更新的设备编号名称。

第4字节：时钟更新标志位。0x01为更新时钟，0x00表示不更新。

第5～9字节：要更新到的时间。

第10字节：初始化黑名单标志位。初始化后，存储电路中的黑名单将清除。

第11字节：添加/删除黑名单标志。用户卡和工作卡丢失后需要挂失，卡号添加到黑名单中后卡将不能使用，当卡找到后，需要把卡号从黑名单中除去。0x01表示添加黑名单卡号，0x02表示删除黑名单卡号。

第12～23字节：要添加/删除的黑名单卡号。

第24字节：合法标志位。收到管理卡用户区数据后先验证合法标志，合法后才能作进一步处理。

主控制板的主程序主要完成系统的初始化功能，然后不断执行寻卡指令，直到检测到射频卡。如果只检测到一张卡，则直接响应，如果有多张卡响应，则通过防碰撞算法随机选择一张卡响应，然后读取卡号和用户区数据，判断卡的类型并执行相关的操作，然后继续读取剩余的卡，直到所有的卡都被识别完。程序流程如图8所示。

读卡过程实际为读卡模块与电子标签、主控制芯片与读卡模块进行通信的过程。读卡程序流程为：首先主控芯片向读卡模块发送寻卡指令，读卡模块循环向外发送寻卡信号直到有卡片出现；检测是单标签响应还是多标签响应，如果是单标签响应则继续执行，如果是多标签响应，则通过防碰撞算法选择一张标签先响应；选定一张卡片，返回卡的EPC号，与存储芯片内的黑名单卡号对比，如果未通过检测则结束，否则读取卡片USER区数据，等待数据的处理。读卡程序的流程图如图8所示。

本系统并没有设计卡号数据库，所以，如果门禁卡内各字节数据与自定义的数据结构吻合则视为合法。数据处理的过程：系统读到卡片USRE区数据后，先判断标志位是否合法，然后分析第一字节判断卡的类型，根据不同类型的卡执行相关的操作。数据处理程序流程图如图9所示。

管理卡为系统管理员使用的卡，主要进行一些辅助性工作，比如更新电梯编号、时钟，添加、删除黑名单。当检测到管理卡时，数据处理过程如图10所示。

读卡器发送读卡指令时，如果在其识别范围内有不止一张电子标签，则收到读卡命令的所有标签都会向读卡器反射信息，这样就会产生信号冲突，造成信息碰撞，解决这种冲突的算法称之为防碰撞算法。

Q值防碰撞算法是动态帧时隙ALOHA算法的一种，适用于EPC C1G2标准的设备。本设计使用一种改进型的Q值防碰撞算法来解决标签碰撞问题。

1.防碰撞指令

符合6C协议的阅读器和标签必须支持以下指令：

SELECT命令：在盘存之前，用来选定要访问的标签群。

QUERY命令：寻卡指令，包含一个整数N。

QUERYREP命令：收到此命令的标签时隙计数器值减1。

QUERYADJUST命令：此命令作用是在一帧结束后调整Q值得大小，从而调整帧长。

ACK：确认信号。阅读器向标签发送ACK信号，标签成功接收将返回EPC信息给阅读器。

NAK：标签收到NAK指令，标签强制转换到仲裁状态。

2.标签状态

就绪状态：标签进入阅读器识别区被激活后，进入就绪状态。其他任何状态的电子标签在断电再上电首先都要回到就绪状态。

仲裁状态：标签时隙计数器值不为0，等待被识别的状态。

应答状态：标签时隙计数器值为0，可以和读写器进行数据交换。

确认状态：处于确认状态的标签可以转换到除灭活之外的任何状态，视所收到的具体命令而定。

开放状态：可以读取标签数据。

保护状态：开放状态接收到正确的访问句柄则转换到保护状态。

灭活状态：被执行“杀死”命令的标签。

几种标签状态之间的转换图如图11所示。

算法工作流程如下：

(1)阅读器向标签发送Query(Q)命令，开始一个盘存周期，标签收到命令后，在(0，2^Q-1)范围内随机选择一个整数放到时隙计数器中。

(2)时隙计数器值为0的标签立即响应，反射一个16位句柄给阅读器。

(3)阅读器检测碰撞情况；

a，若时隙0没有标签响应，则为空闲时隙，Q_fp＝Q_fp-C；

b，若两个或两个以上标签响应，则为碰撞时隙，Q_fp＝Q_fp+C；

c，若只有一个标签响应，则为有效时隙，Q_fp保持不变。阅读器发送ACK(RN16)指令，标签接收到有效的ACK指令，转换到确认状态并将EPC号发送给阅读器，阅读器正确接收后则防碰撞过程结束；如果阅读器没有正确接收到EPC号，则阅读器向标签发送NAK指令，使标签转换到仲裁状态。

(4)阅读器判断|Qfp-Q|是否大于1，即累计的C是否超过1。如果没有超过，则阅读器发送QueryRep命令，使所有标签的时隙数减1。如果累计的C值超过了1，阅读器发送QueryAdjust(Q+1)或QueryAdjust(Q-1)命令，调整Q值，开始下一个识别周期，直到标签全部识别完毕。

改进型Q值算法的流程图如图12所示。改进型的Q值算法不仅标签较少时有较高的读卡效率，当大量标签出现在读写器识别范围内时，效率依然很高。参考EPC C1G2国家标准协议，建议C值取0.3。另外，由于本算法用于电梯门禁系统，正常情况下不会出现成百上千标签的情况，因此，算法初始设置Q值为4。

在本系统中，只有用户卡和工作卡需要打开电梯按钮，即需要向扩展控制板发送数据(对讲系统发送数据，打开户主所在楼层电梯按钮，可以与单层用户卡类比)。程序流程为：首先判断接收到的数据开始标志是否正确，不正确则丢弃接收到的数据并要求重新发送，正确则判断卡的类型。如果卡的类型为工作卡，则打开所有楼层按钮；若为用户卡，则判断是否为单层卡，若为单层卡，则程序自动选择相关层按钮，若为多层卡，则需用户自己选择按钮。电梯门禁扩展控制板的程序流程图如图13所示。

对讲主机是为访客来访提供的，访客可以通过对讲主机呼叫户主，为自己开放相关楼层电梯按钮。同时，用户也可以通过对讲系统呼叫物业为自己开放相关楼层按钮。对讲主机的程序流程为：扫描键盘直到呼叫键被按下，然后向GSM模块发送呼叫指令，接通后进行通话，挂断操作可以由主机发出，也可以由分机发出。通话挂断后等待用户分机发送楼层信息，然后通过串口把楼层信息发送到电梯扩展控制板。对讲主机的程序流程如图14所示。

1)呼叫功能实现

首先，发送“AT”指令，与GSM模块连接，然后，发送AT+CPIN？指令，检查SIM卡状态，返回错误则终止，返回OK则发送打电话指令“ATD+号码”，返回OK则建立通话成功。呼叫功能程序流程如图15所示。

2)挂断功能实现

在发送完呼叫指令的基础上，直接发送挂机信号“ATH”，则实现挂机功能。

3)读取信息功能实现

当GSM模块收到信息后，会主动通过串口回传到主控制器。主控制器只需不断的检测串口数据，当检测到“+CMTI”数据时，则证明对讲主机接收到了对讲分机发来的楼层信息，此时，信息处于未读状态，主控制器需要通过串口向GSM通信模块发送“AT+CMGR＝1”指令，读取楼层信息，此时，通信模块将把户主的楼层信息回传到主控制器，主控制器分析后通过RS-485电路把楼层信息送到门禁扩展板。读取信息程序流程图如图16所示。

用户分机放在户主屋内，等待对讲主机的呼叫，当有访客到访，用户分机接收到呼叫信号，按下接听键进行通话，挂断操作可以由主机发出，也可以由分机发出。挂断通话后，户主自行选择是否向对讲主机发送授权信息。对讲分机的程序流程如图17所示。

(1)接听来电功能实现

控制器通过串口检测GSM返回的数据，当接收到“RING”数据时，则证明有呼叫信号进来，此时，控制器通过串口向GSM发送“ATA”命令，接听来电。

(2)挂断功能实现

在与主机通话过程中，控制器向通信模块发送挂机信号“ATH”，则实现挂机功能。

(3)发送短信功能实现

首先，发送“AT+CMGF＝1”指令，把信息设置为文本格式，然后，发送“AT+CSCS＝\"GSM\"”指令，把TE字符集设置为英文格式，最后通过“AT+CMGS＝\"号码\"”指令，把信息发送给指定的号码。发送信息程序流程图如图18所示。

本发明完成了电梯门禁系统，实现了门禁远距离读卡，读卡距离在1m左右，用户使用更加便利。

系统不仅实现了基本的电梯门禁功能，而且根据需求，设计了三种门禁卡：用户卡、工作卡和管理卡。用户卡为普通用户使用的卡，具有限制用户使用时间、可使用的电梯数和楼层数的功能，实现了单层卡自动选层；工作卡为工作人员使用的卡，因工作人员工作地点不定，工作卡无使用楼层限制；管理卡为系统管理员使用的卡，实现了更新电梯编号、更新时钟，初始化、添加、删除黑名单的功能。另外，本文中所用门禁卡内数据结构为自主设计，系统通过检测卡片内的特殊数据结构来验证其合法性，无需再设计数据库，避免了因检索数据库而影响读卡效率。门禁系统采用改进型Q值防碰撞算法解决读卡过程中的标签碰撞问题，提高了读卡效率。实现了无线对讲系统并实现了与门禁系统的联动。系统不仅实现了楼宇对讲主机和分机之间的无线数据通信，同时，用户可以通过楼宇对讲分机为访客开放电梯楼层按钮，不仅使整个系统更加人性化，而且系统的复杂度和系统的安装难度都大大降低了。

实施例三

如图19、图20所示，本发明提供了一种电梯门禁与楼宇对讲的联动控制方法，用于控制上述的联动系统，包括电梯门禁系统和楼宇对讲系统，所述楼宇对讲系统包括对讲主机系统和用户分机系统，所述对讲主机系统和所述电梯门禁系统设置在电梯端，所述用户分机系统设置在业主屋内或者物业控制端；所述联动控制方法包括以下步骤：

S101所述对讲主机系统接收用户输入信息，并根据所述用户输入信息生成授权请求信息，将所述授权请求信息发送给所述用户分机系统；

S102所述用户分机系统接收到所述授权请求信息后生成提示信息，所述用户分机系统接收授权指示信息，生成确认信息，发送所述确认信息给所述对讲主机系统，所述确认信息中包括楼层信息；

S103所述对讲主机系统将所述确认信息发送给所述电梯门禁系统，电梯门禁系统根据所述确认信息控制电梯门禁工作。

具体地，所述步骤S101中还包括：所述对讲主机系统在接收用户输入信息后，与所述用户分机系统建立语音通话请求；所述步骤102中具体还包括：在所述用户分机系统在语音通话过程中接收所述授权指示信息然后发送所述确认信息。

具体地，所述电梯门禁系统包括主控制电路和扩展控制电路；所述步骤103中具体包括：所述主控制电路主动获取门禁卡中标签数据和/或接收所述对讲主机系统发送的楼层信息生成门禁控制信息，并将所述门禁控制信息发送给所述扩展控制电路，所述扩展控制电路包括电梯继电器电路，所述扩展控制电路接收所述门禁控制信息控制所述电梯继电器电路工作，所述门禁卡中标签数据包括卡类型数据，所述卡类型数据包括单层卡、多层卡；所述扩展控制电路包括第一信号端、第二信号端、第三信号端和第四信号端，还包括第一继电器和第二继电器，所述第一信号端和所述第二信号端分别与所述第一继电器连接的受控端连接，所述第三信号端和所述第四信号端通过导线连接，所述导线和所述第一信号端分别和所述第二继电器的受控端连接；当所述卡类型数据为多层卡时，所述扩展控制电路控制所述第一继电器导通，所述扩展控制电路控制所述第二继电器断开；当所述卡类型数据为单层卡时，所述扩展控制电路控制所述第二继电器导通，所述扩展控制电路控制所述第一继电器断开。

这样的电梯门禁联动系统通过对电子标签的自动扫描，处理器自动判断用户电子标签的权限和相应楼层，无需手动扫卡和选择，提高了电梯门禁系统的运行效率。此外通过对电子标签进行分类，并自动区分多层卡用户和单层卡用户，使用时更加方便，进一步提高了电梯的运行效率。

Claims (10)

1.一种电梯门禁与楼宇对讲的联动系统，其特征在于，包括电梯门禁系统和楼宇对讲系统，所述楼宇对讲系统包括对讲主机系统和用户分机系统，所述对讲主机系统和所述电梯门禁系统设置在电梯端，所述用户分机系统设置在业主屋内或者物业控制端；所述对讲主机系统用于接收用户输入信息，并根据所述用户输入信息生成授权请求信息，将所述授权请求信息发送给所述用户分机系统；所述用户分机系统接收到所述授权请求信息后生成提示信息，所述用户分机系统还用于接收授权指示信息，生成确认信息，发送所述确认信息给所述对讲主机系统；所述对讲主机系统将所述确认信息发送给所述电梯门禁系统，电梯门禁系统根据所述确认信息控制电梯门禁工作。

2.根据权利要求1所述的电梯门禁与楼宇对讲的联动系统,其特征在于，所述对讲主机系统在接收用户输入信息后，还用于与所述用户分机系统建立语音通话请求；所述用户分机系统还用于在语音通话过程中接收所述授权指示信息然后发送所述确认信息。

3.根据权利要求1或2所述的电梯门禁与楼宇对讲的联动系统,其特征在于，所述电梯门禁系统包括主控制电路和扩展控制电路，所述主控制电路用于主动获取门禁卡中标签数据和/或接收所述对讲主机系统发送的确认信息生成门禁控制信息，并将所述门禁控制信息发送给所述扩展控制电路，所述扩展控制电路包括电梯继电器电路，所述扩展控制电路用于接收所述门禁控制信息控制所述电梯继电器电路工作。

4.根据权利要求3所述的电梯门禁与楼宇对讲的联动系统,其特征在于，所述门禁卡为超高频卡。

5.根据权利要求1或2所述的电梯门禁与楼宇对讲的联动系统,其特征在于，所述对讲主机系统和所述用户分机系统包括电源电路、键盘电路和无线通信模块电路，所述对讲主机系统和所述用户分机系统采用无线通信模块电路进行数据传输。

6.根据权利要求3所述的电梯门禁与楼宇对讲的联动系统,其特征在于，所述主控制电路还用于利用防碰撞算法识别多张门禁卡中的一张；所述门禁卡中标签数据包括卡类型数据，所述主控制电路还用于根据所述卡类型数据生成不同的门禁控制信息，所述扩展控制电路根据不同的门禁控制信息控制所述电梯继电器电路执行不同的动作。

7.根据权利要求6所述的电梯门禁与楼宇对讲的联动系统,其特征在于，所述卡类型数据包括单层卡、多层卡；所述扩展控制电路包括第一信号端、第二信号端、第三信号端和第四信号端，还包括第一继电器和第二继电器，所述第一信号端和所述第二信号端分别与所述第一继电器的受控端连接，所述第三信号端和所述第四信号端通过导线连接，所述导线和所述第一信号端分别和所述第二继电器的受控端连接；当所述卡类型数据为多层卡时，所述第一继电器导通，所述第二继电器断开；当所述卡类型数据为单层卡时，所述第二继电器导通，所述第一继电器断开。

8.一种电梯门禁与楼宇对讲的联动控制方法，其特征在于，包括电梯门禁系统和楼宇对讲系统，所述楼宇对讲系统包括对讲主机系统和用户分机系统，所述对讲主机系统和所述电梯门禁系统设置在电梯端，所述用户分机系统设置在业主屋内或者物业控制端；所述联动控制方法包括以下步骤：

S101所述对讲主机系统接收用户输入信息，并根据所述用户输入信息生成授权请求信息，将所述授权请求信息发送给所述用户分机系统；

S102所述用户分机系统接收到所述授权请求信息后生成提示信息，所述用户分机系统接收授权指示信息，生成确认信息，发送所述确认信息给所述对讲主机系统；

S103所述对讲主机系统将所述确认信息发送给所述电梯门禁系统，电梯门禁系统根据所述确认信息控制电梯门禁工作。

9.根据权利要求8所述的电梯门禁与楼宇对讲的联动控制方法,其特征在于，所述步骤S101中还包括：所述对讲主机系统在接收用户输入信息后，与所述用户分机系统建立语音通话请求；所述步骤102中具体还包括：在所述用户分机系统在语音通话过程中接收所述授权指示信息然后发送所述确认信息。

10.根据权利要求9所述的电梯门禁与楼宇对讲的联动控制方法,其特征在于，所述电梯门禁系统包括主控制电路和扩展控制电路；所述步骤103中具体包括：所述主控制电路主动获取门禁卡中标签数据和/或接收所述对讲主机系统发送的确认信息生成门禁控制信息，并将所述门禁控制信息发送给所述扩展控制电路，所述扩展控制电路包括电梯继电器电路，所述扩展控制电路接收所述门禁控制信息控制所述电梯继电器电路工作，所述门禁卡中标签数据包括卡类型数据，所述卡类型数据包括单层卡、多层卡；所述扩展控制电路包括第一信号端、第二信号端、第三信号端和第四信号端，还包括第一继电器和第二继电器，所述第一信号端和所述第二信号端分别与所述第一继电器连接的受控端连接，所述第三信号端和所述第四信号端通过导线连接，所述导线和所述第一信号端分别和所述第二继电器的受控端连接；当所述卡类型数据为多层卡时，所述扩展控制电路控制所述第一继电器导通，所述扩展控制电路控制所述第二继电器断开；当所述卡类型数据为单层卡时，所述扩展控制电路控制所述第二继电器导通，所述扩展控制电路控制所述第一继电器断开。