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2.4 继电器扩展板电路接口设计

　　继电器扩展板采用74HC595芯片实现串转并设计，并采用双继电器工作模式，即对于同一楼层可由两个继电器控制，一个继电器采用常开模式，另一个继电器采用常闭模式，采用常闭模式可以有效保障系统的安全性。继电器作为一个控制开关是串联在电梯按钮开关中起作用的，当系统正常上电后，常闭继电器工作，断开电梯按钮开关，此时，只有正常刷卡才能使继电器停止工作而处于常闭状态，电梯按钮开关接通，用户可以正常按下电梯按钮开关，超过设定时间之后，继电器继续工作，常闭开关断开。

　　IAP15F2K61S2单片机P3.3、P3.4和P3.5引脚通过主控板接口分别连接74HC595芯片的串行数据输入、存储移位时钟输入及移位寄存器时钟输入，74HC595芯片八路输出信号再由ULN2083芯片驱动相应的继电器，同时把串行信号通过U10(74HC245)扩展到下一级。其中，D1Z-D16Z和D1J-D16J是保护二极管，起到保护电路的作用。继电器扩展电路接口设计原理图如图5所示^[6]。

2.5 Flash存储模块电路设计

　　AT45DB161D是2MB的串行接口闪存芯片，支持RapidS快速串行接口，它有两个SRAM数据缓冲区，这对数据读取、写入提供了极大的方便，提高了并行操作的效率^[7]。采用大容量Flash存储器芯片AT45DB161D，使得系统可以存储大量读取的卡片信息或者存储汉字库、图片库以及作为系统的查询数据库等，此处，Flash存储器主要用来存储用户刷卡记录和卡的序列号以及卡状态。AT45DB161D通过P2.0、P2.1、P2.2、P4.3以SPI通信协议与主控制器进行数据通讯。AT45DB161D的工作电压是3.3V，需要用为AT45DB161D提供3.3V工作电压。并需要把IAP单片机的IO口配置成弱上拉模式，单片机端口和AT45DB161D的通信端口才能直接相连。Flash存储模块电路图如图6所示。

下位机软件在Keil C开发环境中用C语言编写，上位机电梯管理系统软件主要使用VC++6.0和SQL Server 2005进行开发。

3.1 电梯下位机软件设计

　　电梯刷卡控制控制器下位机上电后首先对系统进行初始化，包括读取系统参数、初始化射频芯片MFRC500、初始化DS1302芯片等操作，初始化完成后系统进入寻卡循环^[8]。如果检测到合法的IC卡就进行读卡，读卡完成后利用卡中信息对系统进行相应处理，如果是不合法的卡，蜂鸣器会给出报警声。电梯下位机程序流程图如图7所示。

　　下位机软件流程大致分为以下几个步骤：首先，进行系统初始化，包括读取系统参数、初始化射频芯片MFRC500、比对MFRC500序列号、初始化DS1302芯片等操作，然后读取IAP15F2K61S2单片机EEPROM固定扇区存储的同步卡同步密码，该同步密码是为了区分不同小区而设置的，只有同步密码设置成功后，才能进一步设置系统的设备地址、时间、读取用户卡等操作，若同步密码全为FF，则说明是系统首次上电，需要用户刷入同步卡密码。

　　当刷入正确的同步卡同步密码后，就进入了正常的读卡、写卡以及防UID流程。UID卡是一种兼容Mifare one卡的IC卡，该卡可以修改任意扇区任意块，包括0扇区0块，因此，该卡主要应用在IC卡复制上^[9]。为了防止用户随意复制正常的用户卡，从而给正常的电梯管理带来隐患，系统在软件模块中加入了防UID算法，防UID卡算法大致流程如下：寻卡、防冲突及选择卡成功后，发送休眠指令使IC进入休眠，连续发送特殊指令0x40、0x43，如果IC卡返回0x0A，则表示该卡为UID卡：若检测到卡为UID卡，则使卡休眠并做相应的报警处理。对于那些一次复制锁死0扇区0块的IC卡，如FUID、UFUID等，或者那些自动起防屏蔽作用IC卡，如CUID卡等，该检测UID卡的算法不起作用。为此，系统在软件算法上做了改进，采用“滚动密码”方法很好地解决了所有复制卡的问题。首先在AT45DB161D存储器和用户卡的某扇区写入完全一样的“滚动密码”，当用户在电梯控制系统上刷卡时，系统根据卡号在存储器中查找比对，若查找成功，再比对该用户卡中存储的“滚动密码”是否和系统存储的一致，若完全一致，则用户卡存储的滚动码和系统存储的滚动码同时滚动加1，并控制相应楼层的电梯按钮闭合，此时用户可按下相应的电梯按钮正常乘梯。对于复制的完全一样的两张或多张IC卡，用户只能使用其中一张正常刷卡，因为，一旦刷卡成功，滚动码开始滚动，则其他的复制的IC就作废了。

3.2 上位机管理软件设计

　　上位机程序在VC++6.0开发环境下使用MFC框架类，基于单文档模式和对话框模式开发，其中使用到了串口通讯类以及API调用的方法和ADO数据库技术^[10]。上位机管理软件和发卡器按照一定的通信协议进行通信，VC++6.0实现串口通信编程、控制发卡器进行发卡、挂失、修改权限、用户管理、数据库的管理等功能。上位机驱动发卡器进行操作卡的流程如图8所示。上位机启动之前首先和发卡器进行设备序列号验证，验证成功打开软件发卡操作界面，否则，软件打开失败。成功打开软件之后，发卡器根据一定的协议接收上位机通过串口发送的命令码，根据不同的命令码对卡进行相应的处理，图9描述了上位机和发卡器进行通信的大致流程。上位机操作界面如图9所示。

4 结论

　　本文设计了一种防复制电梯IC卡控制系统，详细论述了系统的硬件设计、软件设计及防复制的算法流程等，该系统对保障用户正常使用电梯起到了积极有效的作用，该系统延长了电梯的使用寿命，提高了电梯运行效率，节省了费用开支，提高了物业管理的效率，为物业管理提供了全新的模式，是物业管理科学化、规范化和安全化的体现，有着广泛的应用前景。

　　参考文献：

　　[1]张智,唐露新,陈思成.电梯故障记录仪系统设计[J].电子产品世界,2014,6.

　　[2]何赫,刘涛,李丹.基于RFID的图书馆图书定位系统研究与设计[J].电子器件,2017,6.

　　[3]National Semiconductor Corporation.LM2596 Series SIMPLE SWITCHER 3A Step-Down Voltage Regulator[DB/OL].http://www.ti.com/.

　　[4]徐爱钧.STC15增强型8051单片机C语言编程与应用[M].北京:电子工业出版社,2014,10.

　　[5]朱嵘涛,徐爱钧,叶传涛.STC15单片机和nRF2401的无线门禁系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2014.

　　[6]顾滨著.Protel99SE实用教程(第4版) [M].北京:人民邮电出版社,2015,1.

　　[7]Atmel Corporation.16-megabit 2.5-volt or 2.7-volt DataFlash AT45DB161D [DB/OL].http://www.atmel.com/.

　　[8]宏晶科技公司.IAP15F2K61S2系列单片机器件手册[DB/OL].http://www.stcmcu.com/.

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

　　本文来源于必威娱乐平台 2017年第11期第34页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。

关键词： IAP15F2K61S2单片机 MFRC500 DS1302 AT45DB161D存储器 201711