时钟信息钮DS1994在智能柜锁中的应用

随着科技的发展，人们对锁具的安全性以及智能化水平要求越来越高。单纯的开锁、关锁功能已经不能满足一些对安全性要求较高的场合的需要了。人们需要锁具具有良好的可追溯性，即对开锁信息（包括开锁时间、钥匙的编号等）有完整的记录。

总体说来，柜锁的的发展经历了如下几个阶段：

普通机械锁

普通密码锁

TM卡或射频卡柜锁

TM卡智能柜锁

TM卡智能柜锁与普通机械锁相比具有以下优点：

电子锁芯替换标准机械锁芯：TM卡智能柜锁锁芯是电子版的机械锁芯。对于任何标准机械锁，只需移去机械锁芯换上 TM卡智能柜锁锁芯，就可完成简单的安装过程。具有安装简单、可移植性强的特点。

安全防撬：TM卡智能柜锁没有锁孔，无法像机械锁一样被撬开，同时也保证它的使用不受灰尘及潮湿环境的影响。

TM卡智能柜锁钥匙不可复制：在每一个系统及每一次安装中，开锁卡都有一个惟一的密码，确保任何一把钥匙都不可能被复制。

TM卡智能柜锁在普通TM卡柜锁的基础上添加了完整的开门信息，便于安全管理。

目前，国内的柜锁市场正处在更新换代的时期。一方面，安全性、自动化程度高的TM卡柜锁替代普通机械锁已经是大势所趋；另一方面，宾馆饭店等人员流动性较大的场所不仅需要锁具有单纯的开锁、关锁功能，还要有记录开锁信息的功能，以此来配合其他安全监控设备保证安全。

正是为了适应上述场合的需要，我们在TM卡柜锁的基础上，开发了一套以信息钮DS1994为数据载体的TM卡智能柜锁。它与普通的TM卡柜锁相比，除了具有TM卡开锁功能以外，还能够自动记录每一次开锁的TM卡序列号以及开锁时间，并通过管理卡DS1994读取开门信息，上传到计算机，由管理系统对信息进行处理。

DS1994信息钮介绍

Dallas公司生产的信息钮（iButton）是一种单总线（1-wire）器件，种类繁多，如：数据存储器（DS1994）、温度传感器（DS1920）、时钟芯片（DS1904）等等。它们都采用Φ16mm的不锈钢封装，具有同样的外型，数据仅通过一个信号引线和一个地回路来串行传送。每一个信息钮都有一个64位长的注册码，包括8位家族码+48位序列号+8位CRC校验码。其中8位家族码用来区分不同类别的信息钮，48位序列号对每一个信息钮都是全球惟一的，通过读取这一序列号可以区分不同的信息钮。

信息钮（iButton）与普通的IC卡以及其它信息载体相比，具有以下优点：

由于iButton采用不锈钢外壳封装，无暴露的易损部件或易腐部件，具有抗撞击、防水渍、耐腐蚀、抗磁扰、防折叠等显著特点，工作温度范围也较宽，可以在-40℃～80℃的温度范围内正常工作，适用于恶劣的环境

每片iButton内部均固化有惟一的64位标识号（ID码），排列顺序依次为家族码8位、序列号48位以及CRC码8位，并且具有自毁功能，保密性能好，可适用于需要作硬件加密的场合

由于iButton采用独特的机械外形设计，具有IC卡、磁卡等信息载体无法比拟的优势，存储于其中的数据信息具有相当高的安全可靠性

iButton可以嵌在戒指、钥匙串、钱包或手表上，随身携带方便

存取数据时采用接触方式，与触头轻轻一碰，瞬间即可完成数据信息的读写操作

ds1994是种类繁多的信息钮（iButton）中的一种，具体说来，它是一款坚固耐用的4096位读/写数据载体，可用作本地数据库，仅需极少的硬件即可访问。支持1-Wire串行传输协议，与外界连接仅需要单根数据线和地线。

暂存器是辅助的存储页，充当写入存储器时的缓冲器。数据首先被存入暂存器，并可从这里读回。在数据经过验证后，复制暂存器命令（Copy Scrachpad）将数据写入存储器，这个过程保证了修改存储器时数据的完整性。每个DS1994芯片具有工厂激光刻度的48位序列号，提供惟一的身份识别，以保证产品的绝对可溯性。

坚固耐用的MicroCan具有优异的环境适应能力，可防尘、防潮、防震。这种紧凑的纽扣外形使其自对准相应的读写器，易于人工操作使用。各种附件使DS1994可以安装在塑料钥匙链、图像身份卡、印刷电路板等几乎所有的表面上。

除了具有非易失性存储功能外，DS1994还包括计时、实时时钟/日历、间隔定时器、周期计数器和可编程中断等功能。通过基于绝对的时间/日期、总历时或者访问次数等参数，内部时钟能够编程为禁止访问存储器。这些功能使DS1994可用作秒表、闹钟、时间日期表、日志、计时表、日历、系统电源供电计时、间隔计时器和事件调度等。

图1是DS1994存储器结构示意。

实现过程

系统介绍

整个系统由电控锁具、控制电路、DS1994开锁卡、管理卡、TM卡读卡器及管理软件组成。结构如图2所示。

电控锁具：是开关柜门的执行机构，安装在柜门上。电控锁具由机械部分、控制电路两部分构成。机械部分包括锁具外壳和电机，锁具的电机在控制电路的控制下进行工作，实现开门或关门功能；

控制电路：用来控制电控锁具动作。其输入端采集DS1994序列号，单片机将这一序列号与已存在的开锁信息钮的序列号进行比较，如果序列号相同，单片机控制电机转动实现开锁功能，否则单片机将拒绝开锁。控制电路能储存多个开锁卡序列号，具有识别开锁卡和管理卡打卡的功能，还能记录下开锁记录（开锁卡的序列号+开门时间）实现门禁功能。另外控制电路还具有低电压报警功能：当电压低于一定阙值时，电子锁能自动发出响声，提示更换电池。控制电路主要器件全部采用低电压、低功耗器件，整个电路能在电池供电情况下保持长时间正常工作；

开锁卡：是本身具有惟一ID码（序列号）的信息钮DS1990。设置管理卡DS1994能将开锁卡序列号添加到控制电路中，从而实现打卡开锁的功能；

管理卡DS1994：是整个系统中实现信息交换的载体，在整个系统中具有重要作用。它具有以下功能：

设置开锁卡

取消开锁卡

校准控制电路时钟

读取控制电路中的开锁记录信息

通过TM卡读写器把其中信息上传给计算机，由管理软件进行处理

TM卡读写器：本系统采用的DS1994读写设备为北京华数公司开发的读写器III，这种读写器能对DS1990、1994、1961等一系列信息钮进行读写操作。智能锁管理软件通过读写器III对管理卡DS1994发送命令并接收DS1994中的数据；

智能锁管理软件通过TM卡读写器来给管理卡DS1994命令、管理整个系统，从而实现柜锁控制电路与计算机间的信息传输。管理软件可以采用VB、VC、PB等语言工具编写，以计算机为平台，能为系统管理员提供完整、详细、多功能的系统管理界面；

智能锁管理软件主要具有以下功能：

记录系统内的所有智能锁编号、每把锁的开门卡序列号

设置管理卡DS1994

向TM卡读写器发送各种命令，实现柜锁控制电路与计算机间的信息传输

记录每把智能锁的开锁记录，实现不同条件下的分类查询

设置不同的权限，只有管理员有权向TM卡读写器发送各种命令，更改或撤消管理卡；一般用户只能对开锁记录进行查询

工作过程

整个系统开始工作时按如下顺序进行：

设置管理卡

由智能锁管理软件通过向TM卡读写器发送“设置管理卡”命令，TM卡读写器读取信息钮序列号，设置此DS1994为管理卡，同时管理软件将记录下此DS1994的序列号

设置开锁卡

管理软件通过TM卡读写器读取开锁卡序列号，然后把序列号发送给管理卡DS1994, 由管理卡在与控制电路读卡头打卡时传入控制电路储存器中完成开锁卡的设置

校准控制电路时钟

管理软件通过TM读写器把系统时间发送给管理卡DS1994, 用管理卡打卡，校准控制电路时间

开锁

使用设置好的开锁卡开锁，在开锁的同时控制电路储存开锁记录

读取开锁记录

用管理卡DS1994打卡，读取控制电路中储存的开锁信息，然后通过读写器上传到计算机，由管理软件进行处理

此外,在系统运行过程中可能要取消某个开锁卡，也要通过管理卡实现。

管理卡与控制电路“通信”协议

整个协议包括如下内容:

设置开锁卡

取消开锁卡

校准控制电路时间

读取控制电路储存的开锁信息

硬件控制电路设计

控制电路是整个智能锁的核心，具有存储开锁卡序列号、打卡开锁、存储开锁信息等主要功能。控制电路主要器件全部采用低电压、低功耗器件，整个电路能在电池供电的情况下保持长时间正常工作。硬件电路图如图3所示，下面就结合该图对硬件电路的设计思路做一个简要的介绍。

单片机选型

单片机是整个电路的计算和控制中心，它的性能直接影响着系统的功能。

为了满足TM卡智能锁低电压、低功耗、高性能的要求，我们选择了飞利浦公司的P89LPC925单片机。P89LPC925是一款单片封装的微控制器，适合于许多要求高集成度、低成本的场合，可以满足多方面的性能要求。P89LPC925采用了高性能的处理器结构，指令执行时间只需2～4个时钟周期，6倍于标准80C51器件。

P89LPC925操作电压VDD 范围为2.4～3.6V，I/O口可承受5V电压（可上拉或驱动到5.5V）。P89LPC925具有8KB Flash程序存储器、1KB可擦除扇区和64字节可擦除页规格，可擦除单个字节、256字节RAM数据存储器、400kHz字节宽度的I2C通信端口。

总之，P89LPC925 集成了许多系统级的功能，这样可大大减少元件的数目和电路板面积并降低系统的成本。

时钟芯片

本系统采用PCF8563P作为时钟芯片。它与P89LPC925采用I2C协议进行通信，P89LPC925可以校准PCF8563P的时间。

存储器

本系统的存储介质采用24LC256芯片，它具有32K字节的EEPRAM存储空间，完全可以满足TM卡智能锁存储信息的需要。24LC256与P89LPC925采用I2C协议进行通信。

结论

通过上面的论述，我们以信息钮DS1994为数据载体开发的新型TM卡智能锁，在普通TM卡柜锁的基础上，添加了完整的门禁信息记录功能，增强了柜锁的安全性和可追溯性，与之配套使用的智能锁管理软件能对某一范围内（如宾馆、饭店的私人储物柜）进行集中管理，提高安全性和规范化程度。