2.4 繼電器擴展板電路接口設計

　　繼電器擴展板采用74HC595芯片實現(xiàn)串轉(zhuǎn)并設計，并采用雙繼電器工作模式，即對于同一樓層可由兩個繼電器控制，一個繼電器采用常開模式，另一個繼電器采用常閉模式，采用常閉模式可以有效保障系統(tǒng)的安全性。繼電器作為一個控制開關是串聯(lián)在電梯按鈕開關中起作用的，當系統(tǒng)正常上電后，常閉繼電器工作，斷開電梯按鈕開關，此時，只有正常刷卡才能使繼電器停止工作而處于常閉狀態(tài)，電梯按鈕開關接通，用戶可以正常按下電梯按鈕開關，超過設定時間之后，繼電器繼續(xù)工作，常閉開關斷開。

　　IAP15F2K61S2單片機P3.3、P3.4和P3.5引腳通過主控板接口分別連接74HC595芯片的串行數(shù)據(jù)輸入、存儲移位時鐘輸入及移位寄存器時鐘輸入，74HC595芯片八路輸出信號再由ULN2083芯片驅(qū)動相應的繼電器，同時把串行信號通過U10(74HC245)擴展到下一級。其中，D1Z-D16Z和D1J-D16J是保護二極管，起到保護電路的作用。繼電器擴展電路接口設計原理圖如圖5所示^[6]。

2.5 Flash存儲模塊電路設計

　　AT45DB161D是2MB的串行接口閃存芯片，支持RapidS快速串行接口，它有兩個SRAM數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，這對數(shù)據(jù)讀取、寫入提供了極大的方便，提高了并行操作的效率^[7]。采用大容量Flash存儲器芯片AT45DB161D，使得系統(tǒng)可以存儲大量讀取的卡片信息或者存儲漢字庫、圖片庫以及作為系統(tǒng)的查詢數(shù)據(jù)庫等，此處，F(xiàn)lash存儲器主要用來存儲用戶刷卡記錄和卡的序列號以及卡狀態(tài)。AT45DB161D通過P2.0、P2.1、P2.2、P4.3以SPI通信協(xié)議與主控制器進行數(shù)據(jù)通訊。AT45DB161D的工作電壓是3.3V，需要用為AT45DB161D提供3.3V工作電壓。并需要把IAP單片機的IO口配置成弱上拉模式，單片機端口和AT45DB161D的通信端口才能直接相連。Flash存儲模塊電路圖如圖6所示。

下位機軟件在Keil C開發(fā)環(huán)境中用C語言編寫，上位機電梯管理系統(tǒng)軟件主要使用VC++6.0和SQL Server 2005進行開發(fā)。

3.1 電梯下位機軟件設計

　　電梯刷卡控制控制器下位機上電后首先對系統(tǒng)進行初始化，包括讀取系統(tǒng)參數(shù)、初始化射頻芯片MFRC500、初始化DS1302芯片等操作，初始化完成后系統(tǒng)進入尋卡循環(huán)^[8]。如果檢測到合法的IC卡就進行讀卡，讀卡完成后利用卡中信息對系統(tǒng)進行相應處理，如果是不合法的卡，蜂鳴器會給出報警聲。電梯下位機程序流程圖如圖7所示。

　　下位機軟件流程大致分為以下幾個步驟：首先，進行系統(tǒng)初始化，包括讀取系統(tǒng)參數(shù)、初始化射頻芯片MFRC500、比對MFRC500序列號、初始化DS1302芯片等操作，然后讀取IAP15F2K61S2單片機EEPROM固定扇區(qū)存儲的同步卡同步密碼，該同步密碼是為了區(qū)分不同小區(qū)而設置的，只有同步密碼設置成功后，才能進一步設置系統(tǒng)的設備地址、時間、讀取用戶卡等操作，若同步密碼全為FF，則說明是系統(tǒng)首次上電，需要用戶刷入同步卡密碼。

　　當刷入正確的同步卡同步密碼后，就進入了正常的讀卡、寫卡以及防UID流程。UID卡是一種兼容Mifare one卡的IC卡，該卡可以修改任意扇區(qū)任意塊，包括0扇區(qū)0塊，因此，該卡主要應用在IC卡復制上^[9]。為了防止用戶隨意復制正常的用戶卡，從而給正常的電梯管理帶來隱患，系統(tǒng)在軟件模塊中加入了防UID算法，防UID卡算法大致流程如下：尋卡、防沖突及選擇卡成功后，發(fā)送休眠指令使IC進入休眠，連續(xù)發(fā)送特殊指令0x40、0x43，如果IC卡返回0x0A，則表示該卡為UID卡：若檢測到卡為UID卡，則使卡休眠并做相應的報警處理。對于那些一次復制鎖死0扇區(qū)0塊的IC卡，如FUID、UFUID等，或者那些自動起防屏蔽作用IC卡，如CUID卡等，該檢測UID卡的算法不起作用。為此，系統(tǒng)在軟件算法上做了改進，采用“滾動密碼”方法很好地解決了所有復制卡的問題。首先在AT45DB161D存儲器和用戶卡的某扇區(qū)寫入完全一樣的“滾動密碼”，當用戶在電梯控制系統(tǒng)上刷卡時，系統(tǒng)根據(jù)卡號在存儲器中查找比對，若查找成功，再比對該用戶卡中存儲的“滾動密碼”是否和系統(tǒng)存儲的一致，若完全一致，則用戶卡存儲的滾動碼和系統(tǒng)存儲的滾動碼同時滾動加1，并控制相應樓層的電梯按鈕閉合，此時用戶可按下相應的電梯按鈕正常乘梯。對于復制的完全一樣的兩張或多張IC卡，用戶只能使用其中一張正常刷卡，因為，一旦刷卡成功，滾動碼開始滾動，則其他的復制的IC就作廢了。

3.2 上位機管理軟件設計

　　上位機程序在VC++6.0開發(fā)環(huán)境下使用MFC框架類，基于單文檔模式和對話框模式開發(fā)，其中使用到了串口通訊類以及API調(diào)用的方法和ADO數(shù)據(jù)庫技術^[10]。上位機管理軟件和發(fā)卡器按照一定的通信協(xié)議進行通信，VC++6.0實現(xiàn)串口通信編程、控制發(fā)卡器進行發(fā)卡、掛失、修改權限、用戶管理、數(shù)據(jù)庫的管理等功能。上位機驅(qū)動發(fā)卡器進行操作卡的流程如圖8所示。上位機啟動之前首先和發(fā)卡器進行設備序列號驗證，驗證成功打開軟件發(fā)卡操作界面，否則，軟件打開失敗。成功打開軟件之后，發(fā)卡器根據(jù)一定的協(xié)議接收上位機通過串口發(fā)送的命令碼，根據(jù)不同的命令碼對卡進行相應的處理，圖9描述了上位機和發(fā)卡器進行通信的大致流程。上位機操作界面如圖9所示。

4 結論

　　本文設計了一種防復制電梯IC卡控制系統(tǒng)，詳細論述了系統(tǒng)的硬件設計、軟件設計及防復制的算法流程等，該系統(tǒng)對保障用戶正常使用電梯起到了積極有效的作用，該系統(tǒng)延長了電梯的使用壽命，提高了電梯運行效率，節(jié)省了費用開支，提高了物業(yè)管理的效率，為物業(yè)管理提供了全新的模式，是物業(yè)管理科學化、規(guī)范化和安全化的體現(xiàn)，有著廣泛的應用前景。

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　　[8]宏晶科技公司.IAP15F2K61S2系列單片機器件手冊[DB/OL].http://www.stcmcu.com/.

　　[9]NXP Semiconductors.Standard Card IC MF1 IC S50 Functional Specification [DB/OL].http://www.nxp.com/.

　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第11期第34頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。