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基于PTR2000的智能小区门禁系统设计
作者：许祖英 赵金燕 伍大明 王锐刚 来源：《现代电子技术》2014年第03期
摘 要： 现有的射频卡门禁系统，采用的一般是RS 485等有线数据传输方式，这些传输方式存在布线困难、维护成本高等问题。为了克服上述缺点，基于PTR2000无线传输模块构建的智能小区门禁系统，采用无线传输方式代替有线传输方式，满足无线管制的要求且无需使用许可证，实现主控设备与PC机的信息交互。通过实际测试，采用20 Kb/s数据传输率，在有障碍物的情况下，无线通信模块PTR2000可在10 m范围内准确识别。该系统减少了施工难度，利于日后管理者对门禁系统的改造，实现了计算机对智能小区出入口的管理。 关键词： 无线传输； PTR2000模块； 智能小区； 门禁系统
中图分类号： TN911?34； TP273 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）03?0004?03
Design of intelligent access control system based on PTR2000
XU Zu?ying1， ZHAO Jin?yan2， WU Da?ming1， WANG Rui?gang2
（1. Yunnan Tin Group Guangyuan Industrial Limited Company， Gejiu 661000， China； 2. College of Basic Science and Information Engineering， Yunnan Agricultural University， Kunming 650201， China）
Abstract： In existing access control system， the general wired data transmission is RS485. However， the transmission way has problems of wiring difficulties， high maintenance cost and so on. To overcome the disadvantages， an intelligent access control system is established based on PTR2000 wireless transmission module， which use wireless transmission to replace wired transmission. The system can meet the requirements of wireless control without using license， and realize the information interaction between main control device and the PC machine. Through the actual test for PTR2000 module， when data transmission rate is 20 Kb/s and in the obstacle condition， it can accurately identify in 10 meters scopes. The system reduced the construction difficulty， which is good for renovation of the access system for future managers. It also achieved the computer management of import and export of intelligent community.
Keywords： wireless transmission； PTR2000 module； intelligent community； access control system 0 引 言
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现有的门禁系统，根据卡的种类分为接触卡（磁条卡）门禁系统和非接触卡（射频卡）门禁系统两种。接触卡门禁系统由于卡片容易磨损，使用寿命不长等缺点，使用范围已经越来越少了。射频卡由于读取速度快、性价比高、耐用性以及安全性高等优势，逐渐成为住宅、楼宇弱电系统的主流，并成为智能小区现代化管理的重要标志。但是目前的射频卡门禁系统中，主控设备同外围设备的数据通信一般是通过RS 485总线或SPI总线等方式进行的，这些数据传输方式存在布线困难、维护成本高等问题[1]。基于PTR2000无线模块构建的智能小区门禁系统，用无线传输方式代替有线传输方式，传输的抗干扰能力增强，且工作频率稳定通信可靠，满足无线管制的要求且无需使用许可证，实现了主控设备对小区出入口的智能化管理。 1 门禁系统总体设计
智能小区门禁系统主要由主控设备、读卡模块、PTR2000无线收发模块、液晶显示电路模块、信号调理模块和PC机等组成。PTR2000无线收发模块是门禁系统的核心部分，用无线传输方式代替了传统的有线传输方式，成本相对较低，且采用抗干扰能力较强的FSK调制/解调方式，这也在一定程度上提高了传输的可靠性。PTR2000无线收发模块首先将读卡模块所采集到的模拟信号经过信号调理模块进行放大隔离和模/数转换，然后进入到单片机控制模块经由TXD/RXD端口进行数据传输，最后再通过无线收发模块的DI/DO端口进行数据的收发功能，实现PC机和主控设备之间的无线通信。系统总体结构图如图1所示。
图1 系统总体结构图 2 门禁系统硬件电路设计 2.1 单片机控制模块
单片机控制模块主要是控制读卡模块进行数据采集处理，实时液晶显示及数据通信，对单片机的端口需求较少，并考虑系统对本模块体积限定等诸多因数，系统选用Atmel公司推出的AT89C2051，它是目前比较主流的单片机芯片，20个引脚，其中包括15个I/O口，复位和外部时钟驱动端，1个全双工串行通信端口，5个中断源等，128 B的内部RAM，2 KB的内部ROM空间[2]。
2.2 无线数据传输模块
无线数据传输模块选用了PTR2000，该模板设计标准频段为433 MHz，在内部集成了功率放大器（PA）、低噪声放大器（LNA）、FSK调制解调器（MODEM）等功能，随机存储器存储量可为1 KB/2 KB/4 KB，支持流行的跳频技术，能够使数据传输率达到20 Kb/s。工作电压低为2.7 V，功耗小，接收待机状态电流仅为8 μA，外围元件少。另外，由于它采用了低发射功率设计，可满足无线管制的要求且无需使用许可证[3]。
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电路设计过程中，将PIN2和PIN6置为高电平，即可使通信频率固定为434 MHz，系统工作模块始终处于接收/发射状态，无线模块通过串口转换芯片MAX232ACPE来实现与主机的接口，PC机串口接口电路如图2所示。 2.3 信号调理模块
对于数据采集和控制系统来说，信号调理尤为重要。信号调理模块电路的作用就是利用放大电路、隔离滤波电路、多路转换及变送器调理等，将读卡模块采集的非电量微弱信号调理成可以测量的数字信号，使得数据采集系统的可读性能得到极大地改善。射频卡ID信号经信号调理模块调理后通过A/D转换，以方便单片机控制模块实现分析、显示和存储功能。 2.4 液晶显示电路模块
液晶显示电路的设计主要是用于采集、显示、打印等操作。该部分选用GTG240128液晶显示模块，该模块的点阵大小为240×128，带背光功能。它采用8位并行总线接口，能直接与80系列的微处理器相连。具有128种5×8点阵的ASCI字符字模库CGROM；具有64 KB的显示存储器，并允许MCU随时访问；可用图形方式、文本方式以及图形和文本合成方式显示。可完成 LED显示键盘接口的全部功能，且不占用单片机系统资源[4]。软件管理平台向各主控设备发送广播时，主控设备接收显示命令和数据，并在液晶屏上显示相应的广播信息。
图2 PTR2000模块与PC机的串口电路 2.5 看门狗监控模块
为了监控检测模块工作正常，看门狗电路和芯片是单片机开发系统必不可少的部分，这里采用的X25054看门狗芯片主要功能有监控电源，防止运行程序跑飞，扩充控制芯片存储空间等[5]。
2.6 电源模块
系统的电源模块采用蓄电池供电与开发板供电两种方式，均能提供PTR2000的工作电压。还可利用开发板为电源蓄电池进行充电。为了充分利用电源并减少更换蓄电池次数，在程序中增加休眠程序和无线远程唤醒程序，最大限度地降低系统功耗。 3 软件设计
因为一个功能完善的数据库系统，数据库的设计至关重要。为了高效、方便地使用应用程序，数据库的设计应遵循一致性、完整性、安全性、可伸缩性等基本原则。本系统软件开发环境选择IAR for MCS?51作为开发的IDE，在Z Stack协议栈的基础上，编写了系统的应用程