CN110276866B - 一种门禁权限控制器的工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种门禁权限控制器及其工作方法，包括微处理器、RFID读卡器、电源模块、电控锁继电器、SD读写电路、液晶显示屏、按键模块和蜂鸣器；首先控制器初始化其内部的各个模块；判断是否有RFID刷卡；若有则所述微处理器查询内部Flash权限区域；否则继续判断是否有RFID刷卡；然后，判断是否有开启权限；若有则所述液晶显示屏显示用户信息并由所述微处理器控制所述电控锁开启；否则继续判断是否有RFID刷卡；最后，将用户的刷卡记录通过所述微处理器存储到所述SD卡中；门开启后若长时间未关闭则通过所述蜂鸣器进行报警。本发明实现了按时段、每天、每周、每周、每年的精细化时间权限管理，大大提升设备性能和使用寿命。

Description

一种门禁权限控制器的工作方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别是一种门禁权限控制器及其工作方法。

背景技术

门禁系统是现代化建筑用于人员或车辆出入控制的一种重要安全管理手段。目前最为普遍使用的门禁系统是密码式、ID/IC感应式和采用生物识别技术的门禁系统。密码式安全性较差；生物识别技术一般使用指纹、人脸和虹膜等人体特征，安全性好但成本较高，不适合批量应用。ID/IC感应式门禁系统技术成熟、价格低廉、使用方便，是门禁系统应用最为广泛的一种。现有感应式门禁大都只提供门禁权限控制的有无设置，不能进行时间权限的精细化管理与设置。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种门禁权限控制器及其工作方法，能够进行时间权限的精细化管理与设置。

本发明采用以下方案实现：一种门禁权限控制器，包括微处理器、RFID读卡器、电源模块、电控锁继电器、SD读写电路即SD卡、液晶显示屏、按键模块和蜂鸣器；所述RFID读卡器与所述微处理器相连，用以读取用户的ID或IC卡号并传输给所述微处理器进行用户权限的读取与存储；所述液晶显示屏与所述微处理器电性相连，用以显示用户进入信息和时间并将用户进入信息和时间传输到所述微处理器；所述SD读写电路与所述微处理器电性相连，用以读取用户的出入记录并对所述用户进入信息和时间进行存储；所述电控锁继电器与所述微处理器电性相连，用以进行开门控制；所述按键模块与所述微处理器电性相连，用以增加、删除和查询用户权限；所述电源模块与所述微处理器电性相连，用以向所述微处理器提供电能；所述蜂鸣器与所述微控制器电性相连，用以进行报警。

进一步地，所述微处理器采用的是单片机，型号为STM32F103RCT6。

进一步地，所述液晶显示屏采用分辨率为240*320的彩色LCD显示屏。

进一步地，所述RFID读卡器采用的是MFRC522非接触式读卡芯片。

进一步地，所述按键模块采用的是4*4共16个按键的矩阵式键盘。

进一步地，本发明还提供一种门禁权限控制器的工作方法，包括以下步骤：

步骤S1：控制器初始化其内部的各个模块；

步骤S2：当用户将RFID卡靠近所述RFID读卡器时，读卡器通过无线讯号驱动RFID并读取卡内电子标签的数据，通知微处理器处理，判断是否有RFID刷卡；若有则执行步骤S3，否则继续判断是否有RFID刷卡；

步骤S3：所述微处理器查询内部Flash权限区域；

步骤S4：判断是否有开启权限；若有则执行步骤S5，否则返回步骤S2；

步骤S5：所述液晶显示屏显示用户信息并由所述微处理器控制所述电控锁开启；

步骤S6：将用户的刷卡记录通过所述微处理器存储到所述SD卡中；

步骤S7：门开启后若长时间未关闭则通过所述蜂鸣器进行报警。

进一步地，所述步骤S4具体包括以下步骤：

步骤S41：所述RFID读卡器读取用户的RFID卡号，并传输给所述微处理器；所述微处理器中的Flash存储器对所述RFID卡号进行读取和权限存储，并按顺序查找Flash存储器内的权限存储区域；

步骤S42：判断步骤S1中在存储区域中是否找到卡号；

步骤S43：若没有找到卡号则返回步骤S42；若找到卡号则继续判断删除标记是否为0xFFFF，若不是则继续判断删除标记是否为0xFFFF，否则判断权限类型是否是永久权限；

步骤S44：若判断步骤S43中的权限类型是永久权限则所述微控制器控制电控锁继电器进行开门；否则判断是一次、每天、每周、每月还是每年的权限类型；

步骤S45：所述微控制器判断刷卡时间是否在权限时间范围内；若是则所述微控制器控制电控锁继电器进行开门；否则所述液晶显示屏显示该用户没有开启权限。

进一步地，所述Flash存储器内的权限存储区域的权限类型判断具体为：每一条权限数据长度为32个字节，STM32F103RCT6的Flash存储器共有256K空间，将其中128K用于存储门禁权限，并平均分为A和B两个存储区，因此每个存储区有64K，总共可以存储2048条用户权限；存储时序号从1开始递增，ID/IC卡号为门禁卡相应卡号；删除标记为0xFFFF代表具有权限；为0x0000代表已删除；其中有六种权限类型：永久权限：权限类型为0x0001，时间限制数据全为0；一次权限：权限类型为0x0002；每天权限：权限类型为0x0003；每周权限：权限类型为0x0004；每月权限：权限类型为0x0005；每年权限：权限类型为0x0006。

进一步地，所述步骤S1具体包括以下步骤：

步骤S11：控制器上电：所述电源模块输入控制器要求的3.3V和5V供电电压；

步骤S12：微处理器开始工作：设置按键模块的I/O端口为输入模式、蜂鸣器模块的I/O端口为输出模式，使得按键模块和蜂鸣器处于等待状态；

步骤S13：RFID读卡器通电，并设定通信接口的端口和速率；

步骤S14：检测SD卡是否插入并设定读写状态，如果检测SD卡不存在则禁用控制器的出入纪录功能；

步骤S15：电控锁通电后，控制继电器处于常开状态，此时门锁关闭；

步骤S16：所述微处理器通过信号线向液晶屏发送控制命令设置工作状态并清空屏幕显示。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

本发明实现了按时段、每天、每周、每周、每年的精细化时间权限管理，并且可以在本地存储人员出入信息；并针对存储器的数据存储结构及数据操作进行优化控制，大大提升设备性能和使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例的结构框图。

图2为本发明实施例的门禁控制器工作流程图。

图3为本发明实施例的用户权限存储格式图。

图4为本发明实施例的门禁权限控制实现流程图。

图5为本发明实施例的电源模块电路图。

图6为本发明实施例的微处理器及其外围电路图。

图7为本发明实施例的按键模块电路图。

图8为本发明实施例的电控锁继电器控制电路图。

图9为本发明实施例的液晶显示屏电路图。

图10为本发明实施例的蜂鸣器电路图。

图11为本发明实施例的SD读写电路图。

图12为本发明实施例的RFID读卡器电路图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本实施例提供了一种门禁权限控制器，包括微处理器、RFID读卡器、电源模块、电控锁继电器、SD读写电路即SD卡、液晶显示屏、按键模块和蜂鸣器；所述RFID读卡器与所述微处理器相连，用以读取用户的ID或IC卡号并传输给所述微处理器进行用户权限的读取与存储；所述液晶显示屏与所述微处理器电性相连，用以显示用户进入信息和时间并将用户进入信息和时间传输到所述微处理器；所述SD读写电路与所述微处理器电性相连，用以读取用户的出入记录并对所述用户进入信息和时间进行存储；所述电控锁继电器与所述微处理器电性相连，用以进行开门控制；所述按键模块与所述微处理器电性相连，用以增加、删除和查询用户权限；所述电源模块与所述微处理器电性相连，用以向所述微处理器提供电能；所述蜂鸣器与所述微控制器电性相连，用以进行报警。

在本实施例中，所述微处理器采用的是单片机，型号为STM32F103RCT6。

在本实施例中，所述液晶显示屏采用分辨率为240*320的彩色LCD显示屏。

在本实施例中，所述RFID读卡器采用的是MFRC522非接触式读卡芯片。

在本实施例中，所述按键模块采用的是4*4共16个按键的矩阵式键盘。

较佳的，在本实施例中还提供一种门禁权限控制器的工作方法，包括以下步骤：

步骤S1：控制器初始化其内部的各个模块；

步骤S2：当用户将RFID卡靠近所述RFID读卡器时，读卡器通过无线讯号驱动RFID并读取卡内电子标签的数据，通知微处理器处理，判断是否有RFID刷卡；若有则执行步骤S3，否则继续判断是否有RFID刷卡；

步骤S3：所述微处理器查询内部Flash权限区域；

步骤S4：判断是否有开启权限；若有则执行步骤S5，否则返回步骤S2；

步骤S5：所述液晶显示屏显示用户信息并由所述微处理器控制所述电控锁开启；

步骤S6：将用户的刷卡记录通过所述微处理器存储到所述SD卡中；

步骤S7：门开启后若长时间未关闭则通过所述蜂鸣器进行报警。

在本实施例中，所述步骤S4具体包括以下步骤：

步骤S41：所述RFID读卡器读取用户的RFID卡号，并传输给所述微处理器；所述微处理器中的Flash存储器对所述RFID卡号进行读取和权限存储，并按顺序查找Flash存储器内的权限存储区域；

步骤S42：判断步骤S1中在存储区域中是否找到卡号；

步骤S43：若没有找到卡号则返回步骤S42；若找到卡号则继续判断删除标记是否为0xFFFF，若不是则继续判断删除标记是否为0xFFFF，否则判断权限类型是否是永久权限；

步骤S44：若判断步骤S43中的权限类型是永久权限则所述微控制器控制电控锁继电器进行开门；否则判断是一次、每天、每周、每月还是每年的权限类型；

步骤S45：所述微控制器判断刷卡时间是否在权限时间范围内；若是则所述微控制器控制电控锁继电器进行开门；否则所述液晶显示屏显示该用户没有开启权限。

在本实施例中，所述Flash存储器内的权限存储区域的权限类型判断具体为：每一条权限数据长度为32个字节，STM32F103RCT6的Flash存储器共有256K空间，将其中128K用于存储门禁权限，并平均分为A和B两个存储区，因此每个存储区有64K，总共可以存储2048条用户权限；存储时序号从1开始递增，ID/IC卡号为门禁卡相应卡号；删除标记为0xFFFF代表具有权限；为0x0000代表已删除；其中有六种权限类型：永久权限：权限类型为0x0001，时间限制数据全为0；一次权限：权限类型为0x0002；每天权限：权限类型为0x0003；每周权限：权限类型为0x0004；每月权限：权限类型为0x0005；每年权限：权限类型为0x0006。

在本实施例中，所述步骤S1具体包括以下步骤：

步骤S11：控制器上电：所述电源模块输入控制器要求的3.3V和5V供电电压；

步骤S12：微处理器开始工作：设置按键模块的I/O端口为输入模式、蜂鸣器模块的I/O端口为输出模式，使得按键模块和蜂鸣器处于等待状态；

步骤S13：RFID读卡器通电，并设定通信接口的端口和速率；

步骤S14：检测SD卡是否插入并设定读写状态，如果检测SD卡不存在则禁用控制器的出入纪录功能；

步骤S15：电控锁通电后，控制继电器处于常开状态，此时门锁关闭；

步骤S16：所述微处理器通过信号线向液晶屏发送控制命令设置工作状态并清空屏幕显示。

在本实施例中，微处理器为控制器核心一般采用通用单片机，成本较低、功能满足要求，芯片内部大都集成Flash存储器，读写速度快便于存储用户权限。微处理器通过RFID读卡器读取到ID/IC卡号后根据存储在Flash中的权限信息和当前操作时间判断是否具有门禁开启的权限，如果具有开启权限则控制电控锁继电器开合打开门锁，液晶显示屏显示用户信息同时将用户进入信息和时间保存到SD卡中。用户可以通过按键管理用户权限，如增加、删除、查询用户权限，同时还可以对控制器系统进行设置。控制器具体工作流程如图2所示。

较佳的，在本实施例中，用户权限信息存储在单片机的内部Flash存储器，该存储器的特性是采用二进制进行数据存储，只能将1写为0，而不能将0写为1，因此数据写入前要先擦除页面即将所有数据位都为1。由于Flash不能对单个字节进行擦除，只能整个页面扇区擦除并且擦除次数有限制，当擦除次数超过寿命次数时容易出现坏块甚至Flash报废，因此不能使用普通方式存储用户权限数据。为提高Flash存储效率和使用寿命，需要对数据结构和操作方法进行优化设计。根据Flash特性将权限信息分为A/B两个区域进行存储，两个存储区轮流使用。具体操作流程为：当有新用户权限时写入一个存储区例如A区，如果删除某个用户权限则不需擦除数据，只需要将该权限的标记为删除状态，当A区用户权限已存满则根据权限删除标记和时间期限将A区中的有效权限复制到另一存储区B区，同时擦除整个A存储区，当B存储区存满时，将B区有效权限复制到A区并擦除B区。这样就能清除无用的权限，减少了擦除操作，大大提高了Flash的使用寿命和利用率。

为实现门禁系统时间权限精细化管理，本实施例提供了永久、一次、每天、每周、每月、每年六种时间权限类型，具体为永久权限为用户具有永久门禁开启权限，一次权限为用户具有某一个时间段内的一次开启权限，每天权限为具有每天某个时间段的开启权限（如8:00-17:00），每周权限为具有每周某个时间段的开启权限（如周一至周五），每月权限为具有每月某个时间段的开启权限（如每个月1日至5日），每年权限为具有每年某个时间段的开启权限（如每年1月1日至3月1日）。Flash中权限存储空间有限，为提高存储利用率和权限数量，每一条用户权限存储格式包括ID/IC卡号、权限删除标志、权限类型、权限时间范围。

特别的，如图5至12所示为本实施例的模块电路图；本实施例提供的门禁权限控制器包括微处理器、闪存（Flash）存储器、RFID读卡器、电源模块、电控锁继电器、SD卡模块、液晶显示屏、按键等模块。微处理器可采用STM32F103系列高性能单片机处理器，典型芯片型号为STM32F103RCT6，该芯片具有256K Flash内部存储空间，可将用户权限数据保存在芯片内部存储器。液晶显示屏采用分辨率为240*320的彩色LCD显示屏，微处理器采用I2C通信与LCD连接。RFID读卡器使用NXP公司推出的MF RC522非接触式读卡芯片，支持SPI、I2C和UART通信方式，由于读卡设备离门禁控制器距离较远，采用UART通信接线简单、长距离通信更加稳定。按键采用4*4共16个按键的矩阵式键盘。SD卡模块采用SPI模式进行通信，使用FATFS文件系统实现SD卡用户出入记录文件的读写，出入记录使用CSV文件格式保存。

门禁用户权限设计是控制器重要核心功能，具体实施时权限存储格式如图3所示。

每一条权限数据长度为32个字节，STM32F103RCT6的Flash共有256K空间，将其中128K用于存储门禁权限，又分为A和B两个存储区，因此每个存储区有64K，总共可以存储2048条用户权限，满足常用门禁系统要求。

存储时序号从1开始递增，ID/IC卡号为门禁卡相应卡号，删除标记为0xFFFF代表具有权限，为0x0000代表已删除，针对6种类型的门禁权限，其具体存储格式如下表所示。

1，永久权限：

权限类型为0x0001，时间限制数据全为0。

2，一次权限：

权限类型为0x0002，时间限制格式如下表所示。

3，每天权限：

权限类型为0x0003，时间限制格式如下表所示。

4，每周权限：

权限类型为0x0004，时间限制格式如下表所示。

5，每月权限：

权限类型为0x0005，时间限制格式如下表所示。

6，每年权限：

权限类型为0x0006，时间限制格式如下表所示。

门禁控制器识别用户权限具体工作流程为：当用户检测到RFID时获取其卡号，按照FLASH存储器存储格式顺序查找是否存在相应的卡号，查找过程中跳过具有删除标记的权限信息，根据权限类型、权限时间结合刷卡时间，判断该RFID是否具有门禁开启权限，其具体工作流程如图4所示。

特别的，现有ID/IC感应式门禁大都只提供门禁权限控制的有无设置，不能进行时间权限的精细化管理与设置，为满足门禁系统的时间权限精细化管理要求，本实施例的控制器采用微处理作为控制核心，可实现按时段、每天、每周、每周、每年的精细化时间权限管理，并且可以在本地存储人员出入信息。针对存储器的数据存储结构及数据操作进行优化控制，大大提升设备性能和使用寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种门禁权限控制器的工作方法，其特征在于：采用一种门禁权限控制器，所述门禁权限控制器包括微处理器、RFID读卡器、电源模块、电控锁继电器、SD读写电路即SD卡、液晶显示屏、按键模块和蜂鸣器；所述RFID读卡器与所述微处理器相连，用以读取用户的ID或IC卡号并传输给所述微处理器进行用户权限的读取与存储；所述液晶显示屏与所述微处理器电性相连，用以显示用户进入信息和时间并将用户进入信息和时间传输到所述微处理器；所述SD读写电路与所述微处理器电性相连，用以读取用户的出入记录并对所述用户进入信息和时间进行存储；所述电控锁继电器与所述微处理器电性相连，用以进行开门控制；所述按键模块与所述微处理器电性相连，用以增加、删除和查询用户权限；所述电源模块与所述微处理器电性相连，用以向所述微处理器提供电能；所述蜂鸣器与所述微处理器电性相连，用以进行报警；工作方法包括以下步骤：

步骤S1：控制器初始化其内部的各个模块；

步骤S2：当用户将RFID卡靠近所述RFID读卡器时，所述RFID读卡器通过无线讯号驱动RFID并读取卡内电子标签的数据，通知微处理器处理，判断是否有RFID刷卡；若有则执行步骤S3，否则继续判断是否有RFID刷卡；

步骤S3：所述微处理器查询内部Flash权限区域；

步骤S4：判断是否有开启权限；若有则执行步骤S5，否则返回步骤S2；

步骤S5：所述液晶显示屏显示用户信息并由所述微处理器控制所述电控锁开启；

步骤S6：将用户的刷卡记录通过所述微处理器存储到所述SD卡中；

步骤S7：门开启后若长时间未关闭则通过所述蜂鸣器进行报警；

所述步骤S4具体包括以下步骤：

步骤S41：所述RFID读卡器读取用户的RFID卡号，并传输给所述微处理器；所述微处理器中的Flash存储器对所述RFID卡号进行读取和权限存储，并按顺序查找Flash存储器内的权限存储区域；

步骤S42：判断步骤S1中在存储区域中是否找到卡号；

步骤S43：若没有找到卡号则返回步骤S42；若找到卡号则继续判断删除标记是否为0xFFFF，若不是则继续判断删除标记是否为0xFFFF，否则判断权限类型是否是永久权限；

步骤S44：若判断步骤S43中的权限类型是永久权限则所述微处理器控制电控锁继电器进行开门；否则判断是一次、每天、每周、每月还是每年的权限类型；

步骤S45：所述微处理器判断刷卡时间是否在权限时间范围内；若是则所述微处理器控制电控锁继电器进行开门；否则所述液晶显示屏显示该用户没有开启权限；

所述Flash存储器内的权限存储区域的权限类型判断具体为：每一条权限数据长度为32个字节，STM32F103RCT6的Flash存储器共有256K空间，将其中128K用于存储门禁权限，并平均分为A和B两个存储区，因此每个存储区有64K，总共可以存储2048条用户权限；存储时序号从1开始递增，ID/IC卡号为门禁卡相应卡号；删除标记为0xFFFF代表具有权限；为0x0000代表已删除；其中有六种权限类型：永久权限：权限类型为0x0001，时间限制数据全为0；一次权限：权限类型为0x0002；每天权限：权限类型为0x0003；每周权限：权限类型为0x0004；每月权限：权限类型为0x0005；每年权限：权限类型为0x0006；

当有新用户权限时写入一个存储区例如A区，如果删除某个用户权限则不需擦除数据，只需要将该权限的标记为删除状态，当A区用户权限已存满则根据权限删除标记和时间期限将A区中的有效权限复制到另一存储区B区，同时擦除整个A存储区，当B存储区存满时，将B区有效权限复制到A区并擦除B区。

2.根据权利要求1所述的一种门禁权限控制器的工作方法，其特征在于：所述微处理器采用的是单片机，型号为STM32F103RCT6。

3.根据权利要求1所述的一种门禁权限控制器的工作方法，其特征在于：所述液晶显示屏采用分辨率为240*320的彩色LCD显示屏。

4.根据权利要求1所述的一种门禁权限控制器的工作方法，其特征在于：所述RFID读卡器采用的是MFRC522非接触式读卡芯片。

5.根据权利要求1所述的一种门禁权限控制器的工作方法，其特征在于：所述按键模块采用的是4*4共16个按键的矩阵式键盘。

6.根据权利要求1所述的一种门禁权限控制器的工作方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括以下步骤：

步骤S11：控制器上电：所述电源模块输入控制器要求的3.3V和5V供电电压；

步骤S12：微处理器开始工作：设置按键模块的I/O端口为输入模式、蜂鸣器模块的I/O端口为输出模式，使得按键模块和蜂鸣器处于等待状态；

步骤S13：RFID读卡器通电，并设定通信接口的端口和速率；

步骤S14：检测SD卡是否插入并设定读写状态，如果检测SD卡不存在则禁用控制器的出入纪录功能；

步骤S15：电控锁通电后，控制继电器处于常开状态，此时门锁关闭；

步骤S16：所述微处理器通过信号线向液晶屏发送控制命令设置工作状态并清空屏幕显示。