摘 要:傳統的門禁系統大多是以單片機或計算機為控制平臺的,單片機具有價格便宜、硬件連接簡單等優點,但是其數據處理能力和存儲能力有限,某些功能實現比較困難或根本無法實現,這在很大程度上阻礙了門禁系統的發展。針對以上情況,本研究提出一種基于嵌入式ARM9的門禁系統,以三星公司S3C2410X芯片為架構,以Linux操作系統為平臺,同時具有以太網和藍牙的兩種通信方式1。

　　關鍵詞:門禁系統,RFID,嵌入式,Linux藍牙

　　中圖分類號:TN02 文獻標識碼:A 文章編號:1007-9416(2010)08-0013-03

　　引言

　　門禁系統是數字安防的一個子系統,作為一種新型現代化安全管理系統,門禁系統集自動識別技術和現代安全管理措施為一體,涉及電子、機械、光學、計算機技術、通信技術、生物技術等諸多新技術。門禁系統在建筑物內的主要管理區、出入口、貴重物品的庫房、電梯廳、設備控制中心機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,由門禁控制器單獨控制或者通過計算機服務器通過網絡實行遠程控制,能夠對各通道口的位置通行對象及通行時間方向等進行實施控制或設定程序控制,從而實現對出入口的安全控制。門禁系統可以使任何人在任何時間段內通過任何出入口進行事先的設定、使實時監控和事后檢查成為現實。它能對所有人員的出入事件進行詳細記錄,并具有豐富的擴展功能。

　　1 門禁系統的原理

　　門禁系統主要由控制器、識別儀、電控鎖、門磁、開門開關、出入憑證和通信管理器、管理主機和管理軟件等組成。系統構成如圖1所示。

　　其中門禁控制器是門禁系統的核心部分,它負責這個系統的輸入、輸出信息的處理、存儲和控制等。它驗證識別儀輸入信息的可靠性,并根據出入法則和管理規則判斷其有效性,若有效則對執行部件發動動作信號。

　　出入憑證式門禁系統開門的“鑰匙”,在不同的門禁系統中可以是磁卡、IC卡等各種卡片,密碼,或者指紋、掌紋、虹膜、視網膜、臉面、聲音等各種人體生物特征。

　　識別儀是負責讀取出入憑證中的數據信息(或生物特征信息),并將這些信息傳輸到門禁控制器。

　　電控鎖是門禁系統中的執行部件。根據門的材料、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。

　　門禁軟件負責門禁系統的監控、管理、查詢等工作,監控人員通過門禁軟件可以對出入門的狀態、門禁控制器的工作狀態進行監控管理,并可以擴展完成考勤等等其他功能(圖1)。

　　2 本研究中所采用的識別技術

　　2.1 RFID技術

　　RFID(Radio Frequency Identification,射頻識別技術)是一項利用射頻信號通過空間耦合(電磁感應或電磁傳播),實現無接觸信息傳遞并得到被標識物ID信息以做到識別目的物的技術。RFID技術不局限于實現,識別距離比光學系統遠。RFID卡具有讀寫功能,可攜帶大量數據,難以偽造,智能性較高。它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據,識別工作無須人工干預,環境適應性強,不受雪雨,冰雹,灰塵等的影響,且可穿透非金屬物體進行識別,抗干擾能力強。

　　與其它技術相比RFID技術的優點:快速掃描;體積小,易封裝;抗污染能力和耐久性強;可重復使用;穿透性強可無屏障閱讀;數據的記憶容量大;安全性高。

　　隨著無線射頻識別技術RFID(Radio Frequency IDentification)的發展,非接觸式的門禁系統憑借優越的性能,成為門禁系統的發展方向2-3。

　　2.2 藍牙技術

　　現有的門禁系統中,各種控制器與計算機之間的通信基本上是通過RS232接口或RS485接口,設備之間的物理連線復雜,且不利于升級改造,對新增用戶來說更是繁瑣。而應用無線傳輸模塊來構建門禁傳輸網絡,則可以克服以上困難,具有升級改造容易,新增用戶簡單的優點。

　　藍牙技術(Bluetooth),是一種低功率短距離的無線通信技術標準的代稱,其實質是要建立通用的無線空中接口及其控制軟件的公開標準,使通信和計算機進一步結合,使不同廠家生產的便攜式設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,其連接范圍可以擴展到100米。

　　作為一種新興的技術,與其他的類似技術相比較,藍牙技術在設計的過程中,考慮了諸多因素,具有以下的主要特點:工作頻率高抗干擾性強;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。

　　本次系統設計采用非接觸式RFID卡,并利用無線傳輸模塊——藍牙來構建門禁傳輸網絡,具有其它門禁系統所不具備的優點。

　　3 門禁控制系統硬件接口設計

　　門禁控制器是門禁系統的關鍵部件,門禁控制器主要包括電源模塊、控制器模塊和RFID模塊等4。本系統采用具有ARM9體系結構的微處理器的三星S3C2410X開發板為實驗平臺,S3C2410X是韓國三星公司推出的一款基于ARM920T內核的16/32位RISC嵌入式微處理器。該處理器主要面向手持式設備以及高性價比、低功耗的應用。本方案的硬件采用了嵌入式ARM子系統作為整個系統模塊的核心,為了滿足網絡通訊的要求,實現管理人員對門禁系統的遠程控制和管理,應用100M的以太網鏈路芯片DM900。此外,針對藍牙功能,特別保留了一個USB接口,并配置了一個BT-A202藍牙適配器。其結構圖如圖2所示。

　　4 整體軟件設計和操作系統的移植及驅動編寫

　　4.1 Linux操作的移植及驅動編寫

　　由于嵌入式系統的開發,板上資源有限無法運行開發工具和調試工具,因此在開發過程中除了具有ARM9體系結構的微處理器為三星S3C2410X的開發板作為實驗平臺外,還需要一臺裝有Linux操作系統的開發主機5-6。

　　因為宿主機和目標板的處理器一般都不相同,兩個處理器并不兼容,所以需要交叉編譯器來使在計算機上開發的軟件形成可被嵌入式處理器執行的二進制代碼。再將運行Linux的宿主機開發時使用宿主機上的交叉編譯、匯編及連接工具形成可執行的二進制編碼移植到目標板中執行。然后把生成的可執行代碼文件通過NFS用以太網連接下載到目標板上運行。嵌入式開發環境示意圖如圖3所示。

　　4.2 系統整體軟件設計

　　門禁管理系統通過局域網與門禁控制器實現互聯、并對門禁控制器的基本參數、端口屬性、用戶屬性等進行設置,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置,IP參數的設置,時間的校正,輸入/輸出端口的設置等,完成對用戶屬性的設置、讀取和更新,如用戶卡類型、用戶編號、對應的卡號、有效期等。實現對門禁的實時控制及遠程控制、監控門鎖的開關狀態、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++來實現系統功能,管理功能則采用VC++來實現系統界面7-9。系統軟件流程圖如圖4所示。