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

一、引言

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、倉庫、機(jī)要室、辦公室、智能化小區(qū)、大廈、工廠等各種場合。 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，國內(nèi)市場上的門禁控制器產(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。

二、CP2200簡介

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。

三、μC／OS—II簡介

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版通過了美國航空航天管理（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。

四、門禁控制系統(tǒng)硬件原理

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條持卡人和18萬條刷卡記錄；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。

五、門禁控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（一）以太網(wǎng)連接過程

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，關(guān)閉舊連接，接受新連接。實(shí)現(xiàn)代碼如下。

（二）門禁控制系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

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，來設(shè)定MAC地址。

2.中斷服務(wù)程序

根據(jù)CP2200的使用手冊，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。

六、結(jié)束語

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)場海關(guān)、公交地鐵、銀行、酒店、學(xué)校、平安城市等場合。系統(tǒng)經(jīng)過測試，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)。