宮業(yè)芹
(日照廣播電視大學(xué),山東 日照 276826)
基于以太網(wǎng)的門禁控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
宮業(yè)芹
(日照廣播電視大學(xué),山東 日照 276826)
本文設(shè)計(jì)了一種基于以太網(wǎng)的門禁控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以CP2200為以太網(wǎng)控制芯片,以μC-OS為嵌入式操作系統(tǒng)。文中重點(diǎn)介紹如何利用CP2200實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)以太網(wǎng)通訊功能,并給出了具體的軟硬件設(shè)計(jì)。
以太網(wǎng);CP2200;門禁;TCP/IP
目前,利用通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)建立高效、完善的安全技術(shù)防范系統(tǒng)已成為現(xiàn)代生活的必然要求。安全技術(shù)防范系統(tǒng)邁入微機(jī)化和網(wǎng)絡(luò)化已是大勢(shì)所趨。門禁控制系統(tǒng)是安全技術(shù)防范系統(tǒng)的重要組成部分,它是解決重要部門出入口實(shí)現(xiàn)安全防范管理的有效措施,適用于銀行、賓館、機(jī)房、倉(cāng)庫(kù)、機(jī)要室、辦公室、智能化小區(qū)、大廈、工廠等各種場(chǎng)合。 門禁控制系統(tǒng)是指采用現(xiàn)代電子與信息技術(shù),在建筑物內(nèi)外的出入口對(duì)人(或物)的進(jìn)、出,實(shí)施放行、拒絕、記錄和報(bào)警等操作的一種電子自動(dòng)化系統(tǒng),通常又叫通道控制系統(tǒng)。隨著網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程的不斷深入,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的門禁控制器產(chǎn)品逐步由傳統(tǒng)型向網(wǎng)絡(luò)型的門禁系統(tǒng)轉(zhuǎn)變,以滿足智能樓宇和智能小區(qū)多方面的需求。網(wǎng)絡(luò)型門禁是指基于TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈T禁系統(tǒng),控制中心服務(wù)器與前端控制器都采用網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu),管理系統(tǒng)中各服務(wù)器和工作站(PC)之間也都通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸.只要指定了固定IP服務(wù)器,只需通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)便可遠(yuǎn)程查看人員進(jìn)出的實(shí)時(shí)錄像和刷卡記錄,只要具備管理權(quán)限,通過(guò)客戶端軟件亦可對(duì)前臺(tái)和門禁進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。門禁控制器的功能已不再僅僅完成單一的門禁功能,而是同時(shí)具有門禁、防盜報(bào)警、區(qū)域人數(shù)統(tǒng)計(jì)、遠(yuǎn)程確認(rèn)開門等多種基本功能,以太網(wǎng)被應(yīng)用于門禁系統(tǒng)中以提高通訊速率,突破信道瓶頸是其中的一個(gè)趨勢(shì)和必然要求。本文給出了一種基于以太網(wǎng)的門禁控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,采用CP2200為以太網(wǎng)控制芯片,以μC-OS為嵌入式操作系統(tǒng),通過(guò)TCP/IP協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)了門禁控制的功能。該系統(tǒng)的前端設(shè)備為各種出入口目標(biāo)的識(shí)別裝置和門鎖啟閉裝置 (執(zhí)行機(jī)構(gòu)),傳輸方式一般采用專線或網(wǎng)絡(luò)傳輸,系統(tǒng)的終端為顯示/控制/通信設(shè)備,可采用獨(dú)立的控制器,也可以通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)各種控制器實(shí)施集中監(jiān)控。門禁控制系統(tǒng)還要與防盜報(bào)警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng),才能有效地實(shí)現(xiàn)安全防范。
CP2200是Silabs公司于近期推出的一款48引腳獨(dú)立以太網(wǎng)控制器。它符合IEEE 802.3協(xié)議,支持10M以太網(wǎng)接入,而且僅需很少的外部電路連線就可滿足絕大多數(shù)嵌入式以太網(wǎng)接口的設(shè)計(jì)要求,簡(jiǎn)化了嵌入式以太網(wǎng)接口的設(shè)計(jì),減小了占板空間,降低了系統(tǒng)開發(fā)成本。
μC/OS是一種專門為嵌入式設(shè)備設(shè)計(jì)的內(nèi)核,是Jean J.Labmsse先生為68HCll單片機(jī)寫的,是一種免費(fèi)公開源代碼、結(jié)構(gòu)小巧、具有可剝奪內(nèi)核的ERTOS。μC/OS—II是μC/OS的升級(jí)版本,其2.52版通過(guò)了美國(guó)航空航天管理(FAA)認(rèn)證,可以用于飛機(jī)、航天器等與人性命攸關(guān)的控制系統(tǒng)中m21。目前已經(jīng)被移植到40多種不同結(jié)構(gòu)的CPU上,運(yùn)行在從8位到32位的各種系統(tǒng)之中。μC/OS—II已經(jīng)應(yīng)用在很多領(lǐng)域,比如醫(yī)療設(shè)備、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、自動(dòng)提款機(jī)及工業(yè)機(jī)器人等。
基于以太網(wǎng)的門禁控制終端的基本功能包括非接觸射頻[3]讀卡模塊、WG數(shù)據(jù)輸入接口、門磁輸入、繼電器輸及與上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行高通訊。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)硬件框圖
圖2 網(wǎng)絡(luò)部分原理圖
圖中上半部分是主處理模塊的實(shí)現(xiàn)原理框圖,包含RAM、FLASH、Mifare one讀卡芯片RC500、EM讀卡芯片HTRC110、WG接口、CP2200及繼電輸出等電路。系統(tǒng)采用了 Philips公司生產(chǎn)的 32位 ARM中的LPC2292為核心,它采用三級(jí)流水線指令處理方式,具備執(zhí)行速度快、支持C語(yǔ)言及多種RTOS(實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng))等特點(diǎn)。圖中RTC部分為DS1302的時(shí)鐘芯片,可以保證系統(tǒng)中的各種日志具備精確的時(shí)標(biāo)。LPC2292自帶的WatchDog電路可以實(shí)現(xiàn)在強(qiáng)干擾的環(huán)境中,系統(tǒng)程序發(fā)生異?;螂娫床▌?dòng)時(shí),對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。系統(tǒng)中應(yīng)用CP2200作為以太網(wǎng)控制器,原理圖如圖2介紹以太網(wǎng)接口的設(shè)計(jì),主要包括復(fù)位引腳、晶振輸入、并行接口和與以太網(wǎng)變壓器的連接。
門禁控制器是本系統(tǒng)的核心,當(dāng)有人刷卡時(shí),系統(tǒng)首先判斷此卡是否合法,如果合法,則給電控鎖開門信號(hào),如果不合法則報(bào)警,并且定時(shí)把刷卡人的相關(guān)信息、開門時(shí)間及狀態(tài)通過(guò)以太網(wǎng)上報(bào)給上位機(jī)。門禁控制器具備的基本功能可以概括為:1)讀卡方式支持RS232、wiegand等讀卡器;2)權(quán)限判斷支持本地權(quán)限判斷及網(wǎng)絡(luò)權(quán)限判斷;3)開門方式支持常開、常閉、密碼、卡+密碼及遠(yuǎn)程控制開門等多種方式;4)數(shù)據(jù)記錄可保存最少一萬(wàn)條持卡人和18萬(wàn)條刷卡記錄;5)區(qū)域防跟隨,防潛回;6)支持持卡人任何分組;7)強(qiáng)大的日程表管理功能,任意設(shè)置一天時(shí)間段;8)多種告警,并可分別設(shè)置是否啟用,如門開超時(shí)、防拆、防撬等;9)事件記錄實(shí)時(shí)主動(dòng)上傳;10)掉電數(shù)據(jù)保存十年以上。
以μC/OS—II為基礎(chǔ)封裝TCP/IP協(xié)議棧,實(shí)現(xiàn)TCP server和Client功能,并封裝類似Windows Socket API的接口函數(shù)。本設(shè)計(jì)中,TCP/IP為服務(wù)器端。一次只允許建立一個(gè)連接,服務(wù)器端監(jiān)聽端口,若發(fā)現(xiàn)有新連接到來(lái),關(guān)閉舊連接,接受新連接。實(shí)現(xiàn)代碼如下。
1.初始化CP2200
初始化CP2200時(shí),應(yīng)首先對(duì)其進(jìn)行硬復(fù)位,然后對(duì)CP2200進(jìn)行初始化,最后用CP2200中存有工廠預(yù)編程的唯一48位MAC地址,來(lái)設(shè)定MAC地址。
2.中斷服務(wù)程序
根據(jù)CP2200的使用手冊(cè),在系統(tǒng)中提供一個(gè)硬件中斷作為CP2200的中斷輸入,在中斷服務(wù)程序中記錄狀態(tài)值。代碼如下。
本系統(tǒng)主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)性、安全性要求高,用戶量、信息量大的領(lǐng)域,如政府機(jī)關(guān)、公檢法、醫(yī)療衛(wèi)生、機(jī)場(chǎng)海關(guān)、公交地鐵、銀行、酒店、學(xué)校、平安城市等場(chǎng)合。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)測(cè)試,運(yùn)行良好,具有比較好的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。隨著時(shí)間的推移和軟件設(shè)計(jì)工具、支撐環(huán)境的不斷升級(jí),本系統(tǒng)性能也需要隨之進(jìn)一步加強(qiáng)和完善,并達(dá)到一個(gè)較理想的水平。
陸永寧.非接觸IC卡原理與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006.
TP273
A
1008—3340(2011)01—0053—03
2010-01-15
宮業(yè)芹(1972—),女(漢),山東省日照市人,日照廣播電視大學(xué)講師,本科,主要從事計(jì)算機(jī)教學(xué)。研究方向:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。
山東開放大學(xué)學(xué)報(bào)2011年1期