引言

　　隨著人們生活水平的不斷提高，家庭防盜這一問題也變得尤為突出。傳統的機械鎖因其結構簡單、安全性差等缺陷，已經逐漸被淘汰，電磁鎖由于其保密性高、使用靈話、安全系數高，逐漸進入千家萬戶。如果在一個家居系統中有多個門，就需要一套綜合的門控系統，這樣就可以監控所有樓門的開關。

　　參考文獻設計的門控系統是以AT89S51單片機為控制核心，系統功耗較大，使用成本較高，所以其應用具有一定的局限性。參考文獻設計的門控系統利用局域網進行組網控制，所以制作成本較高，而且應用范圍有限。針對以上缺點，本系統采用MSP430系列單片機CCA30F5135芯片為控制核心，其不但具有 MSP430系列單片機的低功耗性能，而且具有RF無線收發器的功能，RF無線功能可以實現對門進行無線控制，方便用戶使用，而且低功耗特性使得使用成本較低，達到了目前應用的要求。

　　1 門控系統運行原理

　　本系統主要由兩部分組成：一部分是中央控制中心，其主要作為管理中心，用戶可以監控所有樓門的開關狀態；另一部分是門控模塊，其作用主要是控制門的開關，并且將門的開關信息傳送給中央控制中心，包括鍵盤電路、顯示電路、報警電路和開鎖控制電路等。系統整體框圖如圖1所示。

圖1 系統整體框圖

　　本系統采用電子密碼鎖控制開關門，電子密碼鎖相對于射頻卡成本較低，而且可以隨時更改密碼，安全性較高。當需要開門時，首先從矩陣鍵盤輸入6位數密碼，其初始密碼由程序設定，輸入完密碼后按開門鍵開鎖，如果想清除輸入可以按取消鍵，按鍵時均會有“短滴”聲提示。若輸入的密碼正確，密碼輸入正確指示燈亮，LCD顯示“密碼正確”，并且輸出一個打開電磁鎖的信號；若密碼輸入錯誤，則密碼輸入錯誤指示燈亮，LCD顯示“密碼錯誤”。如果在6 s內無任何操作，則清除所有輸入內容。如果某個門控模塊有密碼輸入情況，門控模塊內部的CC430F5135單片機會通過內部集成的RF無線收發器，將有人輸入密碼開門的信號傳輸給中央控制中心，這樣中央控制中心就能知道所有樓門的情況，中央控制中心通過一個LCD顯示所有的樓門開關情況。如果用戶想打開或者關閉某個門，則只需要通過鍵盤找到門號并輸入相關指令。門控模塊和中央控制中心均以CC430F5135為控制核心，如果在40 s之后無任何操作，單片機就會進入到低功耗模式。

　　2 系統硬件設計

　　門禁控制系統的硬件設計包括中央控制中心設計和門控模塊設計，下面就各個部分進行詳細介紹。

　　2．1 中央控制中心設計

　　中央控制中心和門控模塊都是以MSP430系列單片機CC430F5135為控制核心，其內部集成的RF無線模塊節省了外部擴展的無線通信模塊，降低了成本。CC430F5135是TI公司MSP430F5xx MCU與低功耗RF收發器相結合的產品，可實現極低的電流消耗，從而使采用電池供電的無線網絡應用無需維修即可工作長達10年以上；此外，微型封裝所包含的高級功能性還可為創新型RF傳感器網絡提供核心動力，以向中央采集點報告數據。CC430F5135為16位超低功耗MCU，具有16 KB閃存、2 KB RAM、CC1101無線電收發器、AES-128和USCI，供電電壓為1．8～3．6 V，正常工作模式消耗電流為160 μA／MHz，低功耗模式3消耗電流為2．0μA。

　　2．1．1 CC430F5135的RF無線收發模塊外圍電路

　　CC430F5135內部集成了CC1101無線電收發器，本系統的RF頻率設為315 MHz，信道間隔為540 kHz，數據傳輸速率為250 kbps。在本系統設計中，發送功率最大可以達到-96 dBm，實際應用中還可以根據發射距離的遠近設置發送功率的大小，這樣可以使功耗達到最低。其電路如圖2所示。CC430F5135的供電電源為兩節5號電池，其電壓為+3 V，外接晶振為26 MHz。RF_N和RF_P為RF無線電發射引腳，兩引腳外接天線，其功率可以達到-96 dBm，傳輸距離可以達到200m左右。

圖2 CC430F5135的RF無線收發模塊外圍電路

　　2．1．2 LCD顯示模塊

　　考慮到設備低功耗的要求，所選的顯示模塊必須達到低功耗的目的。本系統采用了LCD12864作為顯示模塊，其供電電壓為4．5～5 V供電，工作電流為3 mA，低功耗、長壽命、高可靠性。模塊內自帶2個液晶顯示驅動芯片，分別控制顯示屏的左區和右區，每個驅動芯片都帶有512字節的RAM，其與 CC430F5135的硬件連接圖如圖3所示。其中LCD12864采用+5V供電，+3V電壓經升壓芯片轉換成+5 V后供給LCD12864。單片機的P1口作為控制LCD12864的控制口，P2口作為數據口與LCD12864進行通信。因為CC430F5135端口輸出電壓為+3 V，而LCD12864的端口電壓為+5 V，兩者的端口不能直接相連，所以需要一個電壓轉換芯片來解決電壓不匹配的問題。本系統采用TI公司的雙電壓供電雙向驅動器SN74 ALVCA24_5來實現電平轉換，一邊是3 V，另一邊是5 V，這樣就較好地解決了3 V與5 V電平的轉換問題。

　　
圖3 CC430F5135與LCD12864接口電路

　　2．1．3 4×4矩陣鍵盤硬件電路

　　4×4矩陣鍵盤硬件電路圖如圖4所示。本系統采用中斷方式來確定按鍵的輸入，因為CC430F5135內部的P0口全部都可以當作外部中斷口，所以只要其中的任一按鍵被按下，那么此時其中兩個端口的電平就會突變，這樣根據內部預先設定好的程序，就可以知道哪個鍵被按下。鍵盤有數字鍵和功能鍵，數字鍵用于密碼的輸入，功能鍵有取消鍵、確認鍵、左移鍵、右移鍵、開門鍵和關門鍵。其中的取消鍵是用于刪除輸入的密碼，確認鍵用丁確定輸入正確，開門鍵和關門鍵起開關門的作用。當中火控制中心需要開關某個門時，就可以按左移鍵或者右移鍵來選擇要開關的門號，選擇成功后按開門鍵或者關門鍵就可以開關門。

　　
圖4 4×4矩陣鍵盤硬件電路

　　2．2 門控模塊設計

　　門控模塊包括CC430F5135的RF無線收發模塊電路、LCD硬件電路、鍵盤硬件電路、繼電器驅動房門硬件電路和蜂鳴器指示燈硬件電路等。 CC430F5135的RF無線收發模塊電路，LCD硬件電路和鍵盤硬件電路與中央控制中心的設計基本相同，在這里就不再介紹。下面主要介紹蜂鳴器指示燈硬件電路和繼電器驅動房門硬件電路。

　　2．2．1 蜂鳴器指示燈硬件電路

　　如圖5所示，CC430F5135通過控制三極管的開通與關斷去控制蜂鳴器和指示燈的導通與關閉，從而達到指示的目的。CC430F5135單片機的 P3．0、P3．1和P3．2口通過控制輸出信號的高低電平來控制三極管8050的導通或截止，從而實現相應的功能。如果P3．0口為高電平，三極管導通，則蜂鳴器發出響聲，如果P3．1和P3．2置高電平，則紅色指示燈或綠色指示燈會亮。其中紅色指示燈的作用是警告密碼輸入錯誤，綠色指示燈則表示密碼輸入正確，并且門會打開。

圖5 蜂鳴指示燈及繼電器驅動房門硬件電路

　　2．2．2 繼電器驅動房門硬件電路

　　此電路功能是當輸入密碼正確并按開門鍵或者關門鍵后，可以自動使樓門開通或者關閉。本系統采用CC430F5135控制繼電器開通，進而控制旋轉電機工作去控制門的動作。為了保證繼電器穩定而可靠的工作，選用HJR-3FF-S系列繼電器。此繼電器負載端電壓可以加到250 V（AC）／30 V（DC），在環境溫度為-30～+60℃時可以工作1×105次以上。其額定工作電壓為+5 V，額定工作電流最大為70 mA，因為CC430F5135的I／O輸出為+3 V，所以不能直接驅動繼電器工作，需加一個三極管8050作為開關來控制繼電器的開關，繼電器通過接收CC430F5135的控制信息完成相應的控制動作。