基于單片機(jī)的韋根信號的接收 - 全文

Wiegand，即韋根傳感器是一種當(dāng)交變磁場經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生輸出電壓脈沖的傳感器。脈沖的幅度是由激勵(lì)磁場的場強(qiáng)決定的。因此，韋根傳感器不需要外界電源供電。由于韋根傳感器非常容易和數(shù)字系統(tǒng)相匹配，并且系統(tǒng)沒有可動(dòng)的部件或半導(dǎo)體器件，這使得它們能適用于惡劣的環(huán)境和長期無人監(jiān)控的場所。
??? 在設(shè)計(jì)讀卡器時(shí)，讀卡控制器既需要與上位機(jī)串行通信，又需要與讀卡器串行通信。大多數(shù)單片機(jī)只有一個(gè)串行通信口，而設(shè)計(jì)者希望控制器與讀卡器的通信不占用串行接口，因此，應(yīng)用韋根信號是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。文章介紹了一種基于單片機(jī)的韋根信號接收的實(shí)現(xiàn)方法。

1 韋根信號的格式說明
??? 韋根信號在數(shù)據(jù)的傳輸中只需要兩條數(shù)據(jù)線，分別是DATA0和DATA1。當(dāng)空閑時(shí)，兩線相對于0 V的電源都是TTL電平的水平，即5 V；當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，兩線交替發(fā)送400μs的低脈沖。當(dāng)DATA0線發(fā)送脈沖時(shí)，數(shù)據(jù)輸出是‘0’；當(dāng)DATA1線發(fā)送脈沖時(shí)，數(shù)據(jù)輸出是‘1’。兩根線不可同時(shí)發(fā)送脈沖。脈沖的間隔是1ms，寬度是100μs，周期是600μs。圖1中脈沖寬度在20μs～200μs之間，兩個(gè)脈沖間的時(shí)間間隔在200μs～200ms之間。

?

??? 由于標(biāo)準(zhǔn)韋根26-bit格式是一個(gè)開放式的格式，這就意味著任何人都可以購買某一特定格式的HID卡，并且這些特定格式的種類是公開可選的。26-bit格式就是一個(gè)廣泛使用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且對所有HID的用戶開放。
??? 韋根的數(shù)據(jù)一般由三部分組成：校驗(yàn)位、出廠碼和數(shù)據(jù)位。不同的韋根格式有不同的組成。Weigand協(xié)議是國際上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，格式有很多種，標(biāo)準(zhǔn)的weigand26，即26-bit是最常用的格式。標(biāo)準(zhǔn)的26位韋根輸出是由26位二進(jìn)制數(shù)組成，其中第1位和第26位是校驗(yàn)位，2-9位是廠家碼，10-25位是卡號位，其輸出格式如下：
??? 12????? 9 10????? 25 26
??? E XXXX XXXX XXXX…XXXX 0
??? 第1位是前12bit的偶校驗(yàn)位；前12位(第2-9位)對應(yīng)電子卡HID碼的低8位，后12位(第10-25位)對應(yīng)電子卡的PID碼，第26位是后12bit的奇校驗(yàn)位。數(shù)據(jù)從左至右順序發(fā)送，高位在前。
??? 如果電卡的地區(qū)碼位2個(gè)字符，即8位則可用那設(shè)置255個(gè)地區(qū)碼((15×16)+15=255)；電子卡的卡號位4個(gè)字符，即16位則可設(shè)置65 536個(gè)卡號((15×16×16×16)+(15×16×16)+(15×16)+15=65 535)。
??? 例如：一個(gè)HID：16 385，PID：00004的電子卡其26位韋根輸出為：
??? 10000000100000000000001000
??? 檢驗(yàn)位HID=16 385(二進(jìn)制的低8位)PID=4(二進(jìn)制)檢驗(yàn)位。
??? 這26位數(shù)據(jù)在讀出器的韋根輸出線DATA0，DATA1上輸出。

2 接收電路的設(shè)計(jì)
??? 韋根信號的接受有兩種方法，分別是查詢法和中斷法，如果用查詢的方法接收會出現(xiàn)丟幀的現(xiàn)象；所以作者選擇外部中斷的方法來實(shí)現(xiàn)韋根信號的接受，接收電路如圖2所示。接收電路選用了美國Atmel公司的89S51作為主控芯片。讀卡器使用了遠(yuǎn)距離125 kHz射頻讀卡器，讀卡控制器為自行設(shè)計(jì)。讀卡控制器與上位機(jī)通信選用RS485總線；單片機(jī)為含WDT的89S51；存儲器為128 k字節(jié)的非易失存儲芯片HK1245-7，讀卡控制器還配置實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、門禁控制電路、數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)電路等等。

3 程序代碼的實(shí)現(xiàn)

??? 中斷接收韋根碼程序如下：
??? ；外中斷0服務(wù)程序，接收DATA0
??? DTO： PUSH PSW
????????? USH ACC
????????? SETB RS1
????????? CLR RS0???????? ；第二組寄存器
????????? CLR C?????????? ；DATA0
????????? MOV R7，#4????? ；26位碼用4字節(jié)
????????? MOV R0，#WGBUF? ；緩沖器首地址
??? DTO1：MOV A，@R0
????????? RLC A
????????? MOV@R0，A
????????? INC R0
????????? DJNZ R7，DTO1
????????? DJNZ WXH0，DTOE
????????? MOV WXH0，#26?? ；韋根數(shù)據(jù)位數(shù)
????????? ACALL WG26????? ；26位接收完畢?
??? DTOE：POP ACC
????????? POP PSW
????????? RETI
??? ；外中斷1服務(wù)程序，接收DATA1

?DT1： PUSH PSW??????? ；
????????? PUSH ACC
????????? SETB RS1
????????? CLR RS0???????? ；第二組寄存器
????????? SETB C????????? ；DATA1
????????? MOV R7，#4????? ；26位用4字節(jié)
????????? MOV R0，#WGBUF? ；緩沖器首地址
??? DT11：MOV A，@R0
????????? RLC A
????????? MOV@R0，A
????????? INC R0
????????? DJNZ R7，DT11
????????? DJNZ WXH0，DTlE? ；26位接收完畢?
????????? MOV WXH0，#26??? ；韋根數(shù)據(jù)位數(shù)
????????? ACALL WG26?????? ；韋根處理
??? DT1E：POP ACC
????????? POP PSW
????????? RETI???????????? ；中斷返回
??? 提供的兩個(gè)中斷服務(wù)程序可共同完成26位韋根碼的接收。其中，外中斷0負(fù)責(zé)DATA0的接收；外中斷1負(fù)責(zé)DATA1的接收。
??? 當(dāng)26位的韋根碼接收完整后調(diào)用子程序WG26，在子程序中進(jìn)行韋根碼的奇偶校驗(yàn)、存儲、發(fā)送等處理。程序使用4個(gè)字節(jié)作為韋根碼存儲單元，即前三個(gè)字節(jié)的全部和第四字節(jié)的最低2位。

4 結(jié)束語
??? 應(yīng)用單片機(jī)的中斷技術(shù)實(shí)現(xiàn)了韋根信號的接受，設(shè)計(jì)的電路和程序均已通過調(diào)試，并設(shè)計(jì)調(diào)試方案如圖3所示。

?

??? 經(jīng)測試，讀卡成功率100％，未發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，通信正確率100％。設(shè)計(jì)完全達(dá)到預(yù)期效果，并在實(shí)際項(xiàng)目實(shí)施過程中運(yùn)行正常。文章中給出了完整的接收程序。由于篇幅所限，初始化程序、信號處理程序未與列出，需要者可與作者聯(lián)系，愿予提供、交流。