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基于藍(lán)牙技術(shù)的智能門禁系統(tǒng)論文
摘 要:隨著信息社會(huì)的到來,科技的不斷發(fā)展和人們安全防范意識(shí)的提高,門禁系統(tǒng)在現(xiàn)代化辦公和人們的日常生活中的應(yīng)用越來越廣泛。本論文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種門禁系統(tǒng),其最大特點(diǎn)是結(jié)合了嵌入式技術(shù)和RFID技術(shù)各自的優(yōu)點(diǎn),并具有藍(lán)牙功能。本文通過對現(xiàn)有門禁系統(tǒng)的特點(diǎn)和技術(shù)的分析研究,根據(jù)系統(tǒng)功能需求分析,給出嵌入式門禁系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案�？刂破髂K采用了基于ARM920T內(nèi)核的微處理器S3C2410,使用嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為控制器運(yùn)行平臺(tái),系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法,使用藍(lán)牙通信和SQLite數(shù)據(jù)庫編程等技術(shù)完成系統(tǒng)軟件開發(fā)。門禁系統(tǒng)的授權(quán)驗(yàn)證采用了ID、密碼、藍(lán)牙的三級驗(yàn)證方式,并對驗(yàn)證流程做了說明。
關(guān)鍵詞:門禁系統(tǒng)RFID嵌入式Linux藍(lán)牙
中圖分類號:TN02 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號:1007-9416(2010)08-0013-03
引言
門禁系統(tǒng)是數(shù)字安防的一個(gè)子系統(tǒng),作為一種新型現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng),門禁系統(tǒng)集自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理措施為一體,涉及電子、機(jī)械、光學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、生物技術(shù)等諸多新技術(shù)。門禁系統(tǒng)在建筑物內(nèi)的主要管理區(qū)、出入口、貴重物品的庫房、電梯廳、設(shè)備控制中心機(jī)房等重要部位的通道口安裝門磁、電控鎖或控制器等控制裝置,由門禁控制器單獨(dú)控制或者通過計(jì)算機(jī)服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)行遠(yuǎn)程控制,能夠?qū)Ω魍ǖ揽诘奈恢猛ㄐ袑ο蠹巴ㄐ袝r(shí)間方向等進(jìn)行實(shí)施控制或設(shè)定程序控制,從而實(shí)現(xiàn)對出入口的安全控制。門禁系統(tǒng)可以使任何人在任何時(shí)間段內(nèi)通過任何出入口進(jìn)行事先的設(shè)定、使實(shí)時(shí)監(jiān)控和事后檢查成為現(xiàn)實(shí)。它能對所有人員的出入事件進(jìn)行詳細(xì)記錄,并具有豐富的擴(kuò)展功能。
傳統(tǒng)的門禁系統(tǒng)大多是以單片機(jī)或計(jì)算機(jī)為控制平臺(tái)的,單片機(jī)具有價(jià)格便宜、硬件連接簡單等優(yōu)點(diǎn),但是其數(shù)據(jù)處理能力和存儲(chǔ)能力有限,某些功能實(shí)現(xiàn)比較困難或根本無法實(shí)現(xiàn),這在很大程度上阻礙了門禁系統(tǒng)的發(fā)展。針對以上情況,本研究提出一種基于嵌入式ARM9的門禁系統(tǒng),以三星公司S3C2410X芯片為架構(gòu),以Linux操作系統(tǒng)為平臺(tái),同時(shí)具有以太網(wǎng)和藍(lán)牙的兩種通信方式1。
1 門禁系統(tǒng)的原理
門禁系統(tǒng)主要由控制器、識(shí)別儀、電控鎖、門磁、開門開關(guān)、出入憑證和通信管理器、管理主機(jī)和管理軟件等組成。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。
其中門禁控制器是門禁系統(tǒng)的核心部分,它負(fù)責(zé)這個(gè)系統(tǒng)的輸入、輸出信息的處理、存儲(chǔ)和控制等。它驗(yàn)證識(shí)別儀輸入信息的可靠性,并根據(jù)出入法則和管理規(guī)則判斷其有效性,若有效則對執(zhí)行部件發(fā)動(dòng)動(dòng)作信號。
出入憑證式門禁系統(tǒng)開門的“鑰匙”,在不同的門禁系統(tǒng)中可以是磁卡、IC卡等各種卡片,密碼,或者指紋、掌紋、虹膜、視網(wǎng)膜、臉面、聲音等各種人體生物特征。
識(shí)別儀是負(fù)責(zé)讀取出入憑證中的數(shù)據(jù)信息(或生物特征信息),并將這些信息傳輸?shù)介T禁控制器。
電控鎖是門禁系統(tǒng)中的執(zhí)行部件。根據(jù)門的材料、出門要求等不同可選取不同的鎖具。主要有電磁鎖、陽極鎖和陰極鎖。
門禁軟件負(fù)責(zé)門禁系統(tǒng)的監(jiān)控、管理、查詢等工作,監(jiān)控人員通過門禁軟件可以對出入門的狀態(tài)、門禁控制器的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控管理,并可以擴(kuò)展完成考勤等等其他功能(圖1)。
2 本研究中所采用的識(shí)別技術(shù)
2.1 RFID技術(shù)
RFID(Radio Frequency Identification,射頻識(shí)別技術(shù))是一項(xiàng)利用射頻信號通過空間耦合(電磁感應(yīng)或電磁傳播),實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并得到被標(biāo)識(shí)物ID信息以做到識(shí)別目的物的技術(shù)。RFID技術(shù)不局限于實(shí)現(xiàn),識(shí)別距離比光學(xué)系統(tǒng)遠(yuǎn)。RFID卡具有讀寫功能,可攜帶大量數(shù)據(jù),難以偽造,智能性較高。它通過射頻信號自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù),識(shí)別工作無須人工干預(yù),環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),不受雪雨,冰雹,灰塵等的影響,且可穿透非金屬物體進(jìn)行識(shí)別,抗干擾能力強(qiáng)。
與其它技術(shù)相比RFID技術(shù)的優(yōu)點(diǎn):快速掃描;體積小,易封裝;抗污染能力和耐久性強(qiáng);可重復(fù)使用;穿透性強(qiáng)可無屏障閱讀;數(shù)據(jù)的記憶容量大;安全性高。
隨著無線射頻識(shí)別技術(shù)RFID(Radio Frequency IDentification)的發(fā)展,非接觸式的門禁系統(tǒng)憑借優(yōu)越的性能,成為門禁系統(tǒng)的發(fā)展方向2-3。
2.2 藍(lán)牙技術(shù)
現(xiàn)有的門禁系統(tǒng)中,各種控制器與計(jì)算機(jī)之間的通信基本上是通過RS232接口或RS485接口,設(shè)備之間的物理連線復(fù)雜,且不利于升級改造,對新增用戶來說更是繁瑣。而應(yīng)用無線傳輸模塊來構(gòu)建門禁傳輸網(wǎng)絡(luò),則可以克服以上困難,具有升級改造容易,新增用戶簡單的優(yōu)點(diǎn)。
藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth),是一種低功率短距離的無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的代稱,其實(shí)質(zhì)是要建立通用的無線空中接口及其控制軟件的公開標(biāo)準(zhǔn),使通信和計(jì)算機(jī)進(jìn)一步結(jié)合,使不同廠家生產(chǎn)的便攜式設(shè)備可以在沒有電線或電纜相互連接的情況下,能在近距離范圍內(nèi)具有互用、互操作的性能。一般來說,它的連接范圍為10厘米到10米之間;如果增加傳輸功率的話,其連接范圍可以擴(kuò)展到100米。
作為一種新興的技術(shù),與其他的類似技術(shù)相比較,藍(lán)牙技術(shù)在設(shè)計(jì)的過程中,考慮了諸多因素,具有以下的主要特點(diǎn):工作頻率高抗干擾性強(qiáng);使用方便;支持語音;無需基站;尺寸小、功耗低;可多路多方向鏈接;保密性強(qiáng)。
本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用非接觸式RFID卡,并利用無線傳輸模塊——藍(lán)牙來構(gòu)建門禁傳輸網(wǎng)絡(luò),具有其它門禁系統(tǒng)所不具備的優(yōu)點(diǎn)。
3 門禁控制系統(tǒng)硬件接口設(shè)計(jì)
門禁控制器是門禁系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,門禁控制器主要包括電源模塊、控制器模塊和RFID模塊等4。本系統(tǒng)采用具有ARM9體系結(jié)構(gòu)的微處理器的三星S3C2410X開發(fā)板為實(shí)驗(yàn)平臺(tái),S3C2410X是韓國三星公司推出的一款基于ARM920T內(nèi)核的16/32位RISC嵌入式微處理器。該處理器主要面向手持式設(shè)備以及高性價(jià)比、低功耗的應(yīng)用。本方案的硬件采用了嵌入式ARM子系統(tǒng)作為整個(gè)系統(tǒng)模塊的核心,為了滿足網(wǎng)絡(luò)通訊的要求,實(shí)現(xiàn)管理人員對門禁系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制和管理,應(yīng)用100M的以太網(wǎng)鏈路芯片DM900。此外,針對藍(lán)牙功能,特別保留了一個(gè)USB接口,并配置了一個(gè)BT-A202藍(lán)牙適配器。其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
4 整體軟件設(shè)計(jì)和操作系統(tǒng)的移植及驅(qū)動(dòng)編寫
4.1 Linux操作的移植及驅(qū)動(dòng)編寫
由于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā),板上資源有限無法運(yùn)行開發(fā)工具和調(diào)試工具,因此在開發(fā)過程中除了具有ARM9體系結(jié)構(gòu)的微處理器為三星S3C2410X的開發(fā)板作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)外,還需要一臺(tái)裝有Linux操作系統(tǒng)的開發(fā)主機(jī)5-6。
因?yàn)樗拗鳈C(jī)和目標(biāo)板的處理器一般都不相同,兩個(gè)處理器并不兼容,所以需要交叉編譯器來使在計(jì)算機(jī)上開發(fā)的軟件形成可被嵌入式處理器執(zhí)行的二進(jìn)制代碼。再將運(yùn)行Linux的宿主機(jī)開發(fā)時(shí)使用宿主機(jī)上的交叉編譯、匯編及連接工具形成可執(zhí)行的二進(jìn)制編碼移植到目標(biāo)板中執(zhí)行。然后把生成的可執(zhí)行代碼文件通過NFS用以太網(wǎng)連接下載到目標(biāo)板上運(yùn)行。嵌入式開發(fā)環(huán)境示意圖如圖3所示。
4.2 系統(tǒng)整體軟件設(shè)計(jì)
門禁管理系統(tǒng)通過局域網(wǎng)與門禁控制器實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、并對門禁控制器的基本參數(shù)、端口屬性、用戶屬性等進(jìn)行設(shè)置,完成記錄的收集和管理。具體功能可以是:門禁控制器的初始化設(shè)置,IP參數(shù)的設(shè)置,時(shí)間的校正,輸入/輸出端口的設(shè)置等,完成對用戶屬性的設(shè)置、讀取和更新,如用戶卡類型、用戶編號、對應(yīng)的卡號、有效期等。實(shí)現(xiàn)對門禁的實(shí)時(shí)控制及遠(yuǎn)程控制、監(jiān)控門鎖的開關(guān)狀態(tài)、及刷卡事件等;完成對刷卡事件的記錄和管理。其中門禁控制器采用C/C++來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能,管理功能則采用VC++來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)界面7-9。系統(tǒng)軟件流程圖如圖4所示。
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