CN203800958U

CN203800958U - 一种兼容UART、RS485和Wiegand协议的门禁通信电路

Info

Publication number: CN203800958U
Application number: CN201420083486.5U
Authority: CN
Inventors: 汤露; 胡国兵; 郭庆昌
Original assignee: 710th Research Institute of CSIC
Current assignee: 710th Research Institute of CSIC
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2024-02-26

Abstract

本实用新型涉及一种兼容UART、RS485和Wiegand协议的门禁通信电路。具体包括电源电路、微处理器电路、身份识别终端接口电路和门禁控制器接口电路。所述电源电路实现输入电压V_in到输出电压V_out1和V_out2的转换,并产生模拟和数字电源，实现电路中各芯片所需的工作电压；微处理器电路由单片机最小电路构成；身份识别终端接口电路，包括uart通信接口和Wiegand通信接口电路；门禁控制器接口电路由RS485转UART电路和Wiegand通信接口电路构成。本电路兼容3种常用门禁与识别终端之间的通信协议，适用于不同通信协议之间的转换。

Description

一种兼容UART、RS485和Wiegand协议的门禁通信电路

技术领域

本实用新型属于电子电路领域，具体涉及一种兼容UART、RS485和Wiegand协议的身份识别终端与门禁控制器之间的通信电路。

背景技术

在门禁安防领域，RS485协议、UART协议和Wiegand协议被广泛应用在身份识别终端设备与控制器之间的通信，而身份识别终端与控制器一般都是由不同的厂家制造。对于身份识别终端而言，由于其核心处理单元一般由微处理器完成，而微处理器通常都集成有UART通信模块，因此采用UART协议通信是最为方便的，事实上绝大部分的刷卡模块都是采用UART协议进行通信的。当然很多身份识别终端厂家为了与市面上一般门禁控制器兼容，通常还会包含Wiegand通信方式。

对于门禁控制器而言，Wiegand协议是通用的，包括Wiegand26、Wiegand34及其他格式Wiegand协议，现在市面上几乎所有控制器都包含Wiegand26通信方式。但是Wiegand协议通信距离一般不能超过80米，限制了相当一部分楼宇等领域的门禁安装和使用，RS485的通信距离能达到500米，能有效解决该弊端，因此市面上很多厂家的门禁控制器也包含RS485通信方式。

本实用新型电路就是致力于兼容身份识别终端与门禁控制器之间的不同通信方式。对于身份识别终端而言，本电路可以兼容UART协议和Wiegand协议；对于门禁控制器而言，本电路可以兼容RS485和Wiegand通信协议。

发明内容

本使用新型的目的是兼容市面上常见身份识别终端与门禁控制器之间的不同通信方式。

本发明的技术方案是：电路与身份识别终端之间通信兼容USRT和Wiegand协议；电路与门禁控制器通信兼容RS485和Wiegand协议。具体包括电源电路、微处理器电路、身份识别终端接口电路和门禁控制器接口电路。下面叙述个部分电路的功能作用：

所述电源电路实现输入电压V_in到输出电压V_out1和V_out2的转换,并产生模拟和数字电源，实现电路中各芯片所需的工作电压。输入电压为了兼容市面上常用的门禁控制器工作电压，通常是12V，产生两个输出电压V_out1=5V、V_out2=3.3V，目的是为了兼容微处理器不同的工作电压及数字信号不同的电平标准。电源电路主要由LM2576S-5.0芯片U1和LM1117-33芯片U4构成。其具体连接关系为：12V输入电压V_in一端接数字地GND,另一端通过开关SW2后与GND之间并联一个电解电容C7，而后接入LM2576S-5.0的1脚，LM2576S-5.0的3、5脚与GND连接，2脚一方面通过反接的二极管D1接入GND，另一方面通过功率电感L3后与LM2576S-5.0的4脚相连，并作为5V电源端。5V电源端与GND之间先并联一个电解电容C10，再与一个由电阻R12和发光二极管D4组成的串联电路并联，发光二极管D4作为5V输出显示LED。接下来5V电源端与GND之间并联两个电容C14和电容C15后，5V电源端与芯片LM1117-33的3脚相连，GND端与LM1117-33的1脚相连，LM1117-33的2、4脚相连后通过并联的两个电容C11和C12接地GND，并且作为3.3V数字电源的输出端，3.3V数字电源的输出端与GND之间并联一个串联在一起的电阻R15和发光二极管D5，作为3.3V输出显示。3.3V数字电源与模拟电源VDDA之间通过电感L2相连，3.3V数字地GND与模拟地GNDA之间通过电感L1相连，3.3V模拟电源VDDA与模拟地GNDA之间并联两个电容C8、电容C9后即可作为输出端V_out2给其它电路供电。

微处理器电路由单片机最小电路构成，为了兼容身份识别终端接口电路和门禁控制器接口电路不同格式的Wiegand通信，两路Wiegand通信接口电路都经过了微处理器的转换。微处理电路主要由STM32F101CB芯片U6构成，具体连接关系为：U6的1、24、36和48脚接3.3V数字电源；9脚接3.3V模拟电源VDDA；23、35、47脚接数字地GND；8脚接模拟地GNDA；3脚串联一个电阻R8后连接二选一开关SW3的其中一个开关位并且接地GND，44脚通过串联一个电阻R33后连接二选一开关SW3的控制端，二选一开关SW3的另一个开关位连接3.3V数字电源；U6的4脚通过下拉电阻R11接地GND；5、6脚一方面分别通过电容（C16、C17）接地GND，另一方面分别与晶振Y1相连，晶振Y1两端跨接电阻R37；7脚一方面与JTAG接口的15脚相连，另一方面先分别通过电容C13和按钮SW5与GND相连，还通过电阻R13与3.3V数字电源相连；10脚作为身份识别终端Wiegand信号0端记为CardWiegand0；11脚作为身份识别终端Wiegand信号1端记为CardWiegand1；14脚作为门禁控制器Wiegand信号0端记为DoorWiegand0；15脚作为门禁控制器Wiegand信号1端记为DoorWiegand1；20脚通过电阻R14上拉到3.3V数字电源；21、22脚分别作为与身份识别终端UART接口相连的单片机USART接收端USART3_TX和单片机USART发送端USART3_RX；28脚为身份识别终端的中断口PB15；29脚定义为USART1_RE/DE；30脚定义为USART1_TX；31脚定义为USART1_RX；34脚一方面通过电阻R28上拉到3.3V数字电源，另一方面与JTAG接口7脚相连；37脚一方面通过电阻R30下拉到GND，另一方面与JTAG接口9脚相连；38脚一方面通过电阻R29上拉到3.3V数字电源，另一方面与JTAG接口5脚相连；39脚一方面通过电阻R31上拉到3.3V数字电源，另一方面与JTAG接口13脚相连；40脚一方面通过电阻R27上拉到3.3V数字电源，另一方面与JTAG接口3脚相连；单片机的其它IO口均悬空。JTAG接口除了上述已经提到的引脚外，1脚连接3.3V数字电源；2、4、6、8、10、12、14、16、18、20脚均与GND相连；11脚通过电阻R32下拉到GND；17、19脚悬空。

身份识别终端接口电路，包括uart通信接口和Wiegand通信接口电路。uart通信接口电路兼容V_out1和V_out2的电平标准，如果实际电路中V_out1=V_out2，则无需额外的电平转换电路，如果V_out1≠V_out2，则还需要一个电平转换电路；Wie_gand通信接口电路如果用于一般场合，可以直接由单片机IO口输出Wiegand信号到目的接口，如果用于复杂环境中，还需包括一个防静电电路。具体连接关系为：接插件J7的1脚连接3.3V数字电源；2脚接GND；3脚通过串联电阻R16与单片机USART接收端USART3_RX相连；4脚通过串联电阻R19与单片机USART发送端USART3_TX相连；5脚通过串联电阻R18后，与CardWiegand1相连接，同时还经电阻R9上拉到5V电源端，并通过串联一个反向二极管D3连接到GND；6脚通过串联电阻R17后，与CardWiegand0相连接，同时还经电阻R10上拉到5V电源端，并通过串联一个反向二极管D2连接到GND；7脚与单片机28脚相连接。

门禁控制器接口电路由电平转换电路、RS485转UART电路和Wiegand通信接口电路构成。RS485转UART电路用于实现微处理器中输出的UART信号到RS485协议的转换，Wiegand通信接口电路与身份识别终端接口电路中的类似。

电平转换电路由SN74LVC2G07DCKR芯片U7来实现，具体连接关系为：U7的1脚与USART1_TX相连；2脚与GND相连；3脚与USART1_RE/DE相连；4脚一方面与USART1_RE/DE1相连，一方面通过电阻R35上拉到5V电源；5脚与3.3V数字电源相连；6脚一方面与USART1_TX1相连，一方面通过电阻R34上拉到5V电源。

RS485转UART电路由MAX3483ESA芯片U3实现，具体连接关系为：U3的1脚通过串联电阻R36后与USART1_RX；2脚与3脚相连后再与USART1_RE/DE1相连接；4脚与USART1_TX1相连；5脚与GND连接；6脚一方面通过电阻R6上拉到5V电源端，另一方面与接插件J3的4脚485A连接；7脚一方面通过电阻R4下拉到GND，另一方面与J3的3脚485B连接；8脚与5V电源端连接；此外U3的6、7脚分别连接电阻R3两端，J3的1脚连接12V输入电源，2脚连接GND。

Wiegand通信接口电路具体连接关系为：J3的5脚通过串联电阻R39后，与DoorWiegand1相连接，同时还经电阻R40上拉到5V电源端，并通过串联一个反向二极管D10连接到GND；J3的6脚通过串联电阻R38后，与DoorWiegand0相连接，同时还经电阻R41上拉到5V电源端，并通过串联一个反向二极管D9连接到GND。

有益效果：本电路兼容3种门禁与识别终端之间的常用通信协议，适用于不同通信协议之间的转换；在电平标准和工作电压上采用两种电压标准，大大扩大了电路的适用范围；Wiegand通信接口电路可以有效防止静电损坏。

附图说明

图1为具体实施中的电源电路；

图2为具体实施中的微处理器电路；

图3为具体实施中的身份识别终端接口电路；

图4为具体实施中的门禁控制器接口电路。

具体实施方式

电源电路的具体实施方式参见附图1，主要由U1和U4构成，U1用于将12V输入电源转为5V，U2用于将5V电压转为3.3V。电压输入V_in=12V,输出电压V_out1=5V，V_out2=3.3V。其具体连接关系为：12V输入电压V_in一端接数字地GND,另一端通过开关SW2后与GND之间并联一个电解电容C7，而后接入U1的1脚，U1的3、5脚与GND连接，2脚一方面通过反接的二极管D1接入GND，另一方面通过功率电感L3后与U1的4脚相连，作为5V电源端。5V电源端与GND之间先并联一个电解电容C10，再与一个由电阻R12和发光二极管D4组成的串联电路并联，发光二极管D4作为5V输出显示LED。接下来5V输出与GND之间并联两个电容C14和电容C15后，5V电源端与芯片U4的3脚相连，GND端与U4的1脚相连，U4的2、4脚相连后通过并联的两个电容C11和C12接地GND，并且作为3.3V数字电源的输出端，3.3V数字电源的输出端与GND之间并联一个串联在一起的电阻R15和发光二极管D5，作为3.3V输出显示。3.3V数字电源与3.3V模拟电源VDDA之间通过电感L2相连，3.3V数字地GND与模拟地GNDA之间通过电感L1相连，3.3V模拟电源与模拟地GNDA之间并联两个电容C8、电容C9后即可作为输出端V_out2给其它电路供电。

微处理器电路的具体实施方式参见附图2，主要由微处理器芯片U6构成，其1、24、36和48脚接3.3V数字电源；9脚接3.3V模拟电源VDDA；23、35、47脚接数字地GND；8脚接模拟地GNDA；3脚串联一个电阻R8后连接二选一开关SW3的其中一个开关位并且接地GND，44脚串联一个电阻R33后连接二选一开关SW3的控制端，二选一开关SW3的另一个开关位连接3.3V数字电源；U6的4脚通过R11下拉到GND；5、6脚一方面分别通过电容（C16、C17）连接到GND，另一方面分别与晶振Y1相连，晶振Y1两端跨接电阻R37；7脚一方面与JTAG接口的15脚相连，另一方面先分别通过电容C13和按钮SW5与GND相连，还通过电阻R13与3.3V数字电源相连；10脚作为身份识别终端Wiegand信号0端记为CardWiegand0；11脚作为身份识别终端Wiegand信号1端记为CardWiegand1；14脚作为门禁控制器Wiegand信号0端记为DoorWiegand0；15脚作为门禁控制器Wiegand信号1端记为DoorWiegand1；20脚通过电阻R14上拉到3.3V数字电源；21、22脚分别作为与身份识别终端UART接口相连的单片机USART接收端USART3_TX和单片机USART发送端USART3_RX；28脚为身份识别终端的中断口PB15；29脚定义为USART1_RE/DE；30脚定义为USART1_TX；31脚定义为USART1_RX；34脚一方面通过电阻R28上拉到3.3V数字电源，另一方面与JTAG接口7脚相连；37脚一方面通过电阻R30下拉到GND，另一方面与JTAG接口9脚相连；38脚一方面通过电阻R29上拉到3.3V数字电源，另一方面与JTAG接口5脚相连；39脚一方面通过电阻R31上拉到3.3V数字电源，另一方面与JTAG接口13脚相连；40脚一方面通过电阻R27上拉到3.3V数字电源，另一方面与JTAG接口3脚相连；单片机的其它IO口均悬空。JTAG接口除了上述已经提到的引脚外，1脚连接3.3V数字电源；2、4、6、8、10、12、14、16、18、20脚均与GND相连；11脚通过电阻R32下拉到GND；17、19脚悬空。

身份识别终端接口电路具体实施方式参见附图3，包括uart通信接口和Wiegand通信接口电路。具体连接关系为：接插件J7的1脚连接3.3V数字电源；2脚接GND；3脚通过串联电阻R16与单片机USART接收端USART3_RX相连；4脚通过串联电阻R19与单片机USART发送端USART3_TX相连；5脚通过串联电阻R18后，与CardWiegand1相连接，同时还经电阻R9上拉到5V电源端，并通过串联一个反向二极管D3连接到GND；6脚通过串联电阻R17后，与CardWiegand0相连接，同时还经电阻R10上拉到5V电源端，并通过串联一个反向二极管D2连接到GND；7脚与单片机28脚相连接。J7是与身份识别终端相连的接口，3、4脚为USART信号端，5、6脚为Wiegand信号端，7脚为中断端。

门禁控制器接口电路具体实施方式参见附图4，由电平转换电路、RS485转UART电路和Wiegand通信接口电路构成。电平转换电路由芯片U7来实现，具体连接关系为：U7的1脚与USART1_TX相连；2脚与GND相连；3脚与USART1_RE/DE相连；4脚一方面与USART1_RE/DE1相连，一方面通过R35上拉到5V电源；5脚与3.3V数字电源相连；6脚一方面与USART1_TX1相连，一方面通过电阻R34上拉到5V电源。RS485转UART电路由芯片U3实现，具体连接关系为：U3的1脚通过串联电阻R36后与USART1_RX；2脚与3脚相连后再与USART1_RE/DE1相连接；4脚与USART1_TX1相连；5脚与GND连接；6脚一方面通过电阻R6上拉到5V电源端，另一方面与接插件J3的4脚485A连接；7脚一方面通过电阻R4下拉到GND，另一方面与J3的3脚485B连接；8脚与5V电源连接；此外U3的6、7脚分别连接R3两端，J3的1脚连接12V输入电源，2脚连接GND。Wiegand通信接口电路具体连接关系为：J3的5脚通过串联电阻R39后，与DoorWiegand1相连接，同时还经电阻R40上拉到5V电源端，并通过串联一个反向二极管D10连接到GND；J3的6脚通过串联电阻R38后，与DoorWiegand0相连接，同时还经电阻R41上拉到5V电源端，并通过串联一个反向二极管D9连接到GND。接插件J3是与门禁控制器相连的接口，对门禁控制器来说，接插件J3的1脚为控制器电源输入端，2、3脚为控制器RS485信息端，4、5脚为控制器Wiegand信号端。

上述方案中，U1型号为LM2576S-5.0,U4型号为LM1117-33,U6型号为STM32F101CB，U7型号为SN74LVC2G07DCKR，U3型号为MAX3483ESA，D2、D3、D9、D10型号均为SMBJ5.0A，R17、R18、R38、R39阻值为100Ω，R3、R4、R6阻值分别为120Ω、750Ω、750Ω，D1型号为1N5822，L3为功率电感100uH。

Claims

1.一种兼容UART、RS485和Wiegand协议的门禁通信电路，其特征是，具体包括电源电路、微处理器电路、身份识别终端接口电路和门禁控制器接口电路；各电路连接关系如下：

所述电源电路主要由LM2576S-5.0芯片U1和LM1117-33芯片U4构成；其具体连接关系为：12V输入电压V_in一端接数字地GND,另一端通过开关SW2后与数字地GND之间并联一个电解电容C7，而后接入LM2576S-5.0的1脚，LM2576S-5.0的3、5脚与数字地GND连接，2脚一方面通过反接的二极管D1接入数字地GND，另一方面通过功率电感L3后与LM2576S-5.0的4脚相连，并作为5V电源端；5V电源端与数字地GND之间先并联一个电解电容C10，再与一个由电阻R12和发光二极管D4组成的串联电路并联，发光二极管D4作为5V输出显示LED；接下来5V电源端与数字地GND之间并联两个电容C14和C15后，5V电源端与芯片LM1117-33的3脚相连，数字地GND与LM1117-33的1脚相连，LM1117-33的2、4脚相连后通过并联的两个电容C11和C12接数字地GND，并且作为3.3V数字电源端，3.3V数字电源端与数字地GND之间并联串联在一起的电阻R15和发光二极管D5，作为3.3V输出显示；3.3V数字电源端与3.3V模拟电源VDDA之间通过电感L2相连，数字地GND与模拟地GNDA之间通过电感L1相连，3.3V模拟电源VDDA与模拟地GNDA之间并联两个电容C8、C9后即可作为输出端V_out2给其它电路供电；

微处理电路主要由STM32F101CB芯片U6构成，具体连接关系为：U6的1、24、36和48脚接3.3V数字电源端；9脚接3.3V模拟电源VDDA；23、35、47脚接数字地GND；8脚接模拟地GNDA；3脚串联一个电阻R8后连接二选一开关SW3的其中一个开关位并且接数字地GND，44脚串联一个电阻R33后连接二选一开关SW3的控制端，二选一开关SW3的另一个开关位连接3.3V数字电源端，U6的4脚通过R11接到数字地GND；5、6脚一方面分别通过电容连接到数字地GND，另一方面分别与晶振Y1相连，晶振Y1两端跨接电阻R37；7脚一方面与JTAG接口的15脚相连，另一方面先分别通过电容C13和按钮SW5与数字地GND相连，然后通过电阻R13与3.3V数字电源端相连；10脚作为身份识别终端Wiegand信号0端记为CardWiegand0；11脚作为身份识别终端Wiegand信号1端记为CardWiegand1；14脚作为门禁控制器Wiegand信号0端记为DoorWiegand0；15脚作为门禁控制器Wiegand信号1端记为DoorWiegand1；20脚通过电阻R14接到3.3V数字电源端；21、22脚分别作为与身份识别终端UART接口相连的单片机USART接收端USART3_TX和单片机USART发送端USART3_RX；28脚为身份识别终端的中断口PB15；29脚定义为USART1_RE/DE；30脚定义为USART1_TX；31脚定义为USART1_RX；34脚一方面通过电阻R28接到3.3V数字电源端，另一方面与JTAG接口7脚相连；37脚一方面通过电阻R30接数字地GND，另一方面与JTAG接口9脚相连；38脚一方面通过电阻R29接到3.3V数字电源端，另一方面与JTAG接口5脚相连；39脚一方面通过电阻R31接到3.3V数字电源端，另一方面与JTAG接口13脚相连；40脚一方面通过电阻R27接3.3V数字电源端，另一方面与JTAG接口3脚相连；U6的其它IO口均悬空；

身份识别终端接口电路包括：接插件J7的1脚连接3.3V数字电源端；2脚接数字地GND；3脚通过串联电阻R16与所述单片机USART接收端USART3_RX相连；4脚通过串联电阻R19与所述单片机USART发送端USART3_TX相连；5脚通过串联电阻R18后，与CardWiegand1相连接，同时还经电阻R9接到5V电源端，并通过串联一个反向二极管D3连接到数字地GND；6脚通过串联电阻R17后，与CardWiegand0相连接，同时还经电阻R10接到5V电源端，并通过串联一个反向二极管D2连接到数字地GND；7脚与U6的中断口PB15相连接；

门禁控制器接口电路由电平转换电路、RS485转UART电路和Wiegand通信接口电路构成；电平转换电路主要由SN74LVC2G07DCKR芯片U7来实现，RS485转UART电路主要由MAX3483ESA芯片U3实现，Wiegand通信接口电路主要由电阻和反向二极管实现；其中，

U7的具体连接关系为：U7的1脚与USART1_TX相连；U7的2脚与数字地GND相连；U7的3脚与USART1_RE/DE相连；U7的4脚一方面与U3的2脚和3脚相连，一方面通过电阻R35接到5V电源端；U7的5脚与3.3V数字电源端相连；U7的6脚一方面与U3的4脚相连，一方面通过电阻R34接到5V电源端；

U3的具体连接关系为：U3的1脚通过串联电阻R36后与USART1_RX相连；5脚与数字地GND连接；6脚一方面通过电阻R6接到5V电源端，另一方面与接插件J3的4脚485A连接；7脚一方面通过电阻R4接到数字地GND，另一方面与接插件J3的3脚485B连接；8脚与5V电源端连接；此外U3的6、7脚分别连接电阻R3两端，接插件J3的1脚连接12V输入电压，2脚连接数字地GND；

Wiegand通信接口电路具体连接关系为：接插件J3的5脚通过串联电阻R39后，与DoorWiegand1相连接，同时还经电阻R40接到5V电源端，并通过串联一个反向二极管D10连接到数字地GND；接插件J3的6脚通过串联电阻R38后，与DoorWiegand0相连接，同时还经电阻R41接到5V电源端，并通过串联一个反向二极管D9连接到数字地GND。

2.如权利要求1所述的一种兼容UART、RS485和Wiegand协议的门禁通信电路，其特征是，二极管D2、二极管D3、二极管D9、二极管D10型号均为SMBJ5.0A，电阻R17、电阻R18、电阻R38、电阻R39阻值为100Ω，电阻R3、电阻R4、电阻R6阻值分别为120Ω、750Ω、750Ω，二极管D1型号为1N5822，电感L3为100uH的功率电感。