摘 要:传统的门禁系统大多是以单片机或计算机为控制平台的,单片机具有价格便宜、硬件连接简单等优点,但是其数据处理能力和存储能力有限,某些功能实现比较困难或根本无法实现,这在很大程度上阻碍了门禁系统的发展。针对以上情况,本研究提出一种基于嵌入式ARM9的门禁系统,以三星公司S3C2410X芯片为架构,以Linux操作系统为平台,同时具有以太网和蓝牙的两种通信方式1。
关键词:门禁系统,RFID,嵌入式,Linux蓝牙
中图分类号:TN02 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2010)08-0013-03
引言
门禁系统是数字安防的一个子系统,作为一种新型现代化安全管理系统,门禁系统集自动识别技术和现代安全管理措施为一体,涉及电子、机械、光学、计算机技术、通信技术、生物技术等诸多新技术。门禁系统在建筑物内的主要管理区、出入口、贵重物品的库房、电梯厅、设备控制中心机房等重要部位的通道口安装门磁、电控锁或控制器等控制装置,由门禁控制器单独控制或者通过计算机服务器通过网络实行远程控制,能够对各通道口的位置通行对象及通行时间方向等进行实施控制或设定程序控制,从而实现对出入口的安全控制。门禁系统可以使任何人在任何时间段内通过任何出入口进行事先的设定、使实时监控和事后检查成为现实。它能对所有人员的出入事件进行详细记录,并具有丰富的扩展功能。
1 门禁系统的原理
门禁系统主要由控制器、识别仪、电控锁、门磁、开门开关、出入凭证和通信管理器、管理主机和管理软件等组成。系统构成如图1所示。
其中门禁控制器是门禁系统的核心部分,它负责这个系统的输入、输出信息的处理、存储和控制等。它验证识别仪输入信息的可靠性,并根据出入法则和管理规则判断其有效性,若有效则对执行部件发动动作信号。
出入凭证式门禁系统开门的“钥匙”,在不同的门禁系统中可以是磁卡、IC卡等各种卡片,密码,或者指纹、掌纹、虹膜、视网膜、脸面、声音等各种人体生物特征。
识别仪是负责读取出入凭证中的数据信息(或生物特征信息),并将这些信息传输到门禁控制器。
电控锁是门禁系统中的执行部件。根据门的材料、出门要求等不同可选取不同的锁具。主要有电磁锁、阳极锁和阴极锁。
门禁软件负责门禁系统的监控、管理、查询等工作,监控人员通过门禁软件可以对出入门的状态、门禁控制器的工作状态进行监控管理,并可以扩展完成考勤等等其他功能(图1)。
2 本研究中所采用的识别技术
2.1 RFID技术
RFID(Radio Frequency Identification,射频识别技术)是一项利用射频信号通过空间耦合(电磁感应或电磁传播),实现无接触信息传递并得到被标识物ID信息以做到识别目的物的技术。RFID技术不局限于实现,识别距离比光学系统远。RFID卡具有读写功能,可携带大量数据,难以伪造,智能性较高。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,环境适应性强,不受雪雨,冰雹,灰尘等的影响,且可穿透非金属物体进行识别,抗干扰能力强。
与其它技术相比RFID技术的优点:快速扫描;体积小,易封装;抗污染能力和耐久性强;可重复使用;穿透性强可无屏障阅读;数据的记忆容量大;安全性高。
随着无线射频识别技术RFID(Radio Frequency IDentification)的发展,非接触式的门禁系统凭借优越的性能,成为门禁系统的发展方向2-3。
2.2 蓝牙技术
现有的门禁系统中,各种控制器与计算机之间的通信基本上是通过RS232接口或RS485接口,设备之间的物理连线复杂,且不利于升级改造,对新增用户来说更是繁琐。而应用无线传输模块来构建门禁传输网络,则可以克服以上困难,具有升级改造容易,新增用户简单的优点。
蓝牙技术(Bluetooth),是一种低功率短距离的无线通信技术标准的代称,其实质是要建立通用的无线空中接口及其控制软件的公开标准,使通信和计算机进一步结合,使不同厂家生产的便携式设备可以在没有电线或电缆相互连接的情况下,能在近距离范围内具有互用、互操作的性能。一般来说,它的连接范围为10厘米到10米之间;如果增加传输功率的话,其连接范围可以扩展到100米。
作为一种新兴的技术,与其他的类似技术相比较,蓝牙技术在设计的过程中,考虑了诸多因素,具有以下的主要特点:工作频率高抗干扰性强;使用方便;支持语音;无需基站;尺寸小、功耗低;可多路多方向链接;保密性强。
本次系统设计采用非接触式RFID卡,并利用无线传输模块——蓝牙来构建门禁传输网络,具有其它门禁系统所不具备的优点。
3 门禁控制系统硬件接口设计
门禁控制器是门禁系统的关键部件,门禁控制器主要包括电源模块、控制器模块和RFID模块等4。本系统采用具有ARM9体系结构的微处理器的三星S3C2410X开发板为实验平台,S3C2410X是韩国三星公司推出的一款基于ARM920T内核的16/32位RISC嵌入式微处理器。该处理器主要面向手持式设备以及高性价比、低功耗的应用。本方案的硬件采用了嵌入式ARM子系统作为整个系统模块的核心,为了满足网络通讯的要求,实现管理人员对门禁系统的远程控制和管理,应用100M的以太网链路芯片DM900。此外,针对蓝牙功能,特别保留了一个USB接口,并配置了一个BT-A202蓝牙适配器。其结构图如图2所示。
4 整体软件设计和操作系统的移植及驱动编写
4.1 Linux操作的移植及驱动编写
由于嵌入式系统的开发,板上资源有限无法运行开发工具和调试工具,因此在开发过程中除了具有ARM9体系结构的微处理器为三星S3C2410X的开发板作为实验平台外,还需要一台装有Linux操作系统的开发主机5-6。
因为宿主机和目标板的处理器一般都不相同,两个处理器并不兼容,所以需要交叉编译器来使在计算机上开发的软件形成可被嵌入式处理器执行的二进制代码。再将运行Linux的宿主机开发时使用宿主机上的交叉编译、汇编及连接工具形成可执行的二进制编码移植到目标板中执行。然后把生成的可执行代码文件通过NFS用以太网连接下载到目标板上运行。嵌入式开发环境示意图如图3所示。
4.2 系统整体软件设计
门禁管理系统通过局域网与门禁控制器实现互联、并对门禁控制器的基本参数、端口属性、用户属性等进行设置,完成记录的收集和管理。具体功能可以是:门禁控制器的初始化设置,IP参数的设置,时间的校正,输入/输出端口的设置等,完成对用户属性的设置、读取和更新,如用户卡类型、用户编号、对应的卡号、有效期等。实现对门禁的实时控制及远程控制、监控门锁的开关状态、及刷卡事件等;完成对刷卡事件的记录和管理。其中门禁控制器采用C/C++来实现系统功能,管理功能则采用VC++来实现系统界面7-9。系统软件流程图如图4所示。
