基于Cortex―M3的嵌入式以太网门禁系统设计

作者：时间：2016-09-12来源：网络收藏

摘要：阐述了采用Cortex—M3群说STM32为主控芯片、射频芯片PN532、以太网控制器ENC28J60的硬件电路和软件设计框架，同时对以太网协议LwIP进行了详细的分析。本门禁系统传输距离远，超低功耗，性能优异且稳定，完全适用于校园以及公司的门禁系统。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201609/305075.htm

引言

当前，有很多的企业是采用佩戴工作证来完成门禁管理，而且还是采用传统的人工方式完成，不仅容易被人混入，且没有记录，存在各种人为的失误。同时，市场上门禁系统存在传输距离受限制、性能不佳等问题。

随着嵌入式技术日新月异的发展，以及以太网技术的普及，使得基于以太网的嵌入式产品越来越多，发展也越来越快。本文研究的就是采用以太网传输数据和射频芯片识别智能卡相结合的门禁系统，相对于传统的门禁系统，以太网解决了传输距离上的问题。其次，采用了基于80C51内核的射频芯片PN532，使得性能更加稳定。其工作的基本原理是先将智能卡放在门禁系统上，系统读取数据并传送给主芯片STM32进行处理，主芯片处理后再通过以太网协议LwIP将数据从ENCN8J60传输给服务器。

1 门禁系统硬件组成

门禁系统主要由意法半导体公司的主控芯片STM3H、Microchip公司的以太网控制器ENC28J60和NXP公司的射频芯片PN532组成。

门禁系统结构组成如图1所示。主芯片STM32通过以太网协议栈LwIP将数据传输到ENC28J60，然后可以通过网线与服务器直接连接进行通信，也可以通过路由器再连接到服务器。在非接触式卡通信方面，STM32通过频率为1MHz的SPI接口与PN532相连。

1.1 STM32外围电路设计

本系统采用意法半导体公司以Cortex—M3为内核的32位微处理器STM32F103为主控芯片，其主频为72 MHz，内部集成存储空间为256K的Flash和64K的SRAM，还包含I2C、SPI、I2S、USART、CAN、ADC、看门狗等。性价比在同类产品中十分突出。硬件连接如图2所示。

在调试时我们采用SWD取代JTAG，因为SWD不仅引脚更少，而且在高速模式下更加可靠。

1.2 射频芯片PN532硬件电路设计

PN532是NXP公司推出的一个高度集成的非接触式读写芯片，它包含80C51微控制器内核，集成了13.56 MHz下的各种主动/被动式非接触通信方法和协议。支持ISO14443A/14443B协议。工作距离超过75 mm。接收来自天线的信号并对该数据按照ISO14443规定的帧格式处理数据。

PN532支持三种通信方式：SPI、I2C、HUS。由于我们采用SPI方式与主控芯片STM32进行通信，所以I0和I1分别设置为0和1。

PN532外围电路结构如图3所示。

1.3 以太网控制器ENC28J60硬件设计

主控芯片ENC28J60是带有行业标准串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)的独立以太网控制器。它可作为任何配备有SPI的控制器的以太网接口。ENC28J60符合IEEE802.3的全部规范，采用了一系列包过滤机制以对传入数据包进行限制。它还提供了一个内部DMA模块，以实现快速数据吞吐和硬件支持的IP校验和计算。与主控制器的通信通过两个中断引脚和SPI实现，数据传输速率高达10 Mb/s。

两个专用的引脚用于连接LED，进行网络活动状态指示。

应当注意的是，当从ENC28J60读取多个数据时，即使不需要主控芯片STM32输出的数据，每读取一个数据前也要向SPI发送缓冲器写一个数据用来启动SPI的接口时钟。

ENC28J60典型应用电路如图4所示。