1 嵌人式門禁系統(tǒng)的需求分析
1．1設(shè)計(jì)目標(biāo)
本次設(shè)計(jì)要求嵌入式門禁系統(tǒng)能夠有效地對出人口進(jìn)行安全管制，系統(tǒng)可自檢查詢各個(gè)輸入端口狀態(tài)，如有異常則報(bào)警，如有用戶刷卡，則進(jìn)行權(quán)限驗(yàn)證，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的輸出動作信號，并對系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的事件進(jìn)行記錄和管理。上位機(jī)管理系統(tǒng)可通過網(wǎng)絡(luò)對控制器進(jìn)行參數(shù)配置和監(jiān)控，控制器在參數(shù)配置完成之后，可獨(dú)立完成對門禁管制區(qū)域的監(jiān)控。
l. 2功能需求
本次系統(tǒng)謝十具體的功能需求如下：卡片使用模式：可采用非接觸式RFID卡和韋根卡；刷卡開門：用戶進(jìn)入門禁管制區(qū)域時(shí)需刷卡，讀卡器讀取信息后，將信息傳輸?shù)街鳈C(jī)，主機(jī)首先判斷該信息是否合法，如合法則發(fā)出開門指令，不合法則發(fā)出報(bào)警，同時(shí)記錄用戶刷卡事件；按鈕開門：對于安全級別較低的門禁管制區(qū)域或者不需雙向管制的區(qū)域，用戶可選擇按鈕開關(guān)門；出入等級控制：系統(tǒng)可任意對卡片的使用時(shí)間、使用地點(diǎn)進(jìn)行設(shè)定，即對不同的卡片進(jìn)行時(shí)區(qū)管制和節(jié)假日管制、有效期管制、訪問區(qū)域的管制。具有合法權(quán)限的用戶才可開門，對非法行為系統(tǒng)將會報(bào)警。
不同的用戶的時(shí)段和訪問區(qū)域可編程設(shè)置，同時(shí)對某些安全性較高的門禁區(qū)域，必須有多卡認(rèn)證功能，必須多用戶在規(guī)定時(shí)間內(nèi)刷卡才能開門；報(bào)警功能：如發(fā)生控制器異常、非法卡開門、強(qiáng)制開門、開門超時(shí)、讀卡器或者控制器被破壞等事件時(shí)則系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警信號、并記錄事件；定時(shí)事件：系統(tǒng)可設(shè)置定時(shí)事件，對某些門禁管制區(qū)域?qū)嵤┒〞r(shí)開關(guān)門處理；互鎖判斷功能：系統(tǒng)可對某些管制區(qū)域設(shè)置互鎖條件，當(dāng)輸人端口狀態(tài)滿足互鎖條件的時(shí)候方可進(jìn)行開關(guān)門處理；局域網(wǎng)互聯(lián)功能：門禁控制器可通過局域網(wǎng)與管理系統(tǒng)互聯(lián)，共同完成對出入口的監(jiān)控和管理。上位機(jī)管理系統(tǒng)可對控制器進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置和初始化，并對控制器的記錄進(jìn)行收集管理，可增加、刪除、更新用戶信息，節(jié)假日信息、時(shí)段信息等；遠(yuǎn)程控制：門禁管理系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)可遠(yuǎn)程控制門鎖的開啟和關(guān)閉；實(shí)時(shí)監(jiān)控：門禁管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)門的狀態(tài)和用戶的刷卡信息；時(shí)間校正：上位機(jī)管理系統(tǒng)可對門禁控制器進(jìn)行時(shí)間的校正；記錄存儲功能：系統(tǒng)可將門禁控制器運(yùn)行產(chǎn)生的所有用戶刷卡事件、報(bào)警時(shí)間等記錄，便于進(jìn)行用戶的考勤管理和發(fā)生事故后及時(shí)進(jìn)行處理。
2 系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)思想
由于嵌入式門禁控制器的特殊應(yīng)用環(huán)境，要求該控制器能夠在獨(dú)立運(yùn)行模式和在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式在均能夠正常運(yùn)行。因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮這兩種運(yùn)行模式，能夠方便切換。系統(tǒng)由門禁控制器和門禁管理軟件兩部門組成。在聯(lián)網(wǎng)模式下，門禁管理軟件負(fù)責(zé)對控制器的參數(shù)配置、實(shí)時(shí)監(jiān)控及其記錄的收集管理。控制器在配置完參數(shù)之后可獨(dú)立對整個(gè)門禁管制區(qū)域進(jìn)行有效的監(jiān)控管理，并記錄門禁管制過程中發(fā)生的事件。
與傳統(tǒng)的單機(jī)控制型門禁系統(tǒng)相比，嵌入式門禁系統(tǒng)管理中心的位置可以隨時(shí)變更，不需重新布線，很容易實(shí)現(xiàn)異地控制，具有良好的靈活性與及時(shí)性，極大地?cái)U(kuò)充了門禁系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。由于采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)和嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite，系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定、高效，同時(shí)也方便了系統(tǒng)功能和眭能的擴(kuò)展和優(yōu)化。
本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中控制器的運(yùn)行平臺，采用了嵌入式Linux操作系統(tǒng)。控制器的數(shù)據(jù)庫，采用了小巧靈活的嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite。上位機(jī)管理系統(tǒng)采用Windows XP操作系統(tǒng)，采用Vc++6D進(jìn)行界面開發(fā)。
3 門禁控制器的功能模塊設(shè)計(jì)和工作流程
3．1門禁控制器的功能模塊設(shè)計(jì)
門禁控制器是本系統(tǒng)謝十主要的功能實(shí)現(xiàn)者，主要包括系統(tǒng)初始化設(shè)置模塊、讀卡權(quán)限驗(yàn)證模塊、開關(guān)門控制模塊、報(bào)警處理模塊、設(shè)備I^)檢測模塊、控制器底層信號處理模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊。其軟件結(jié)構(gòu)采用組件圖來表示，如圖1所示。
圖1門禁控制器軟件結(jié)構(gòu)圖
系統(tǒng)初始化設(shè)置，完成系統(tǒng)的各個(gè)端口的初始化設(shè)置，讀卡器的配置，及其網(wǎng)絡(luò)的配置。讀卡權(quán)限驗(yàn)證完成用戶刷卡及其刷卡后的權(quán)限驗(yàn)證，主要包括卡號的讀取、用戶權(quán)限驗(yàn)證、用戶時(shí)段判斷、節(jié)假日判斷，結(jié)果將作為開關(guān)門的依據(jù)。開關(guān)門控制模塊完成對電鎖的開關(guān)控制，主要根據(jù)用戶信息驗(yàn)證結(jié)果和開關(guān)的動作信號及其互鎖條件來控制。
設(shè)備FO檢測模塊完成系統(tǒng)輸入端口狀態(tài)的檢測，并采取相應(yīng)的輸出動作處理。檢測到端口輸入異常時(shí)則報(bào)警，如非法開門、控制器被破壞、開門超時(shí)等事件。檢測門磁狀態(tài)，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。報(bào)警處理模塊完成系統(tǒng)異常時(shí)的報(bào)警處理，或者輸入端口狀態(tài)滿足自動報(bào)警條件時(shí)的報(bào)警處理。底層處理模塊：完成讀卡器的信號處理，門鎖控制信號和報(bào)警輸出信號處理，門磁和防拆除等輸入信號的處理，以上處理過程都是通過調(diào)用相應(yīng)驅(qū)動的API函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。
網(wǎng)絡(luò)通信模塊：主要負(fù)責(zé)與上位機(jī)門禁管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸處理，接收管理系統(tǒng)的配置信息，進(jìn)行相應(yīng)的處理并組織報(bào)文發(fā)送相應(yīng)信。
3．2嵌入式門禁控制器的運(yùn)行狀態(tài)
嵌入式門禁系統(tǒng)的主要功能就是進(jìn)行區(qū)域管制，其中控制器負(fù)責(zé)整個(gè)門禁管制區(qū)域的控制管理，可獨(dú)立運(yùn)行也可與門禁管理系統(tǒng)聯(lián)動共同完成對出人口的控制和管理。門禁控制器的運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖2所示。控制器正常運(yùn)行，如無用戶動作及端口異常情況，則控制器處于空閑狀態(tài)；如需進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信則進(jìn)行通信處理；如發(fā)生異常則進(jìn)行報(bào)警處理；當(dāng)用戶有動作時(shí)則進(jìn)行權(quán)限驗(yàn)證及其開關(guān)門處理。
圖2門禁控制器運(yùn)行狀態(tài)圖
3.3門禁控制器的工作流程
門禁控制器啟動之后，如果是處在獨(dú)立運(yùn)行模式下，則首先對各個(gè)端口、網(wǎng)絡(luò)及其讀卡器進(jìn)行初始化配置，系統(tǒng)配置完之后，將進(jìn)行系統(tǒng)I／O檢測，查看各個(gè)端口的狀態(tài)是否異常，如有異常，系統(tǒng)將報(bào)警。在控制器正常運(yùn)行情況下，如有用戶刷卡，則進(jìn)行用戶權(quán)限驗(yàn)證，驗(yàn)證通過，發(fā)出開門信號，如是非法卡，則系統(tǒng)將報(bào)警，并記錄事件。用戶也可通過按下開關(guān)門按鈕對門鎖進(jìn)行控制。如果在聯(lián)網(wǎng)模式下，控制器啟動通信線程，并接受門禁管理系統(tǒng)的配置和監(jiān)控，可實(shí)時(shí)上傳門禁事件。
3A門禁管理軟件的的功能模塊設(shè)計(jì)
門禁管理系統(tǒng)通過局域網(wǎng)與控制器互聯(lián)，主要完成對門禁控制器的基本參數(shù)設(shè)置、端口屙陛設(shè)置、用戶屬性配置、節(jié)假日及其時(shí)段設(shè)置、記錄的收集和管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控，其軟件功能結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
圖3門禁管理軟件功能結(jié)構(gòu)圖
控制器基本參數(shù)設(shè)置完成控制器的初始化設(shè)置、系統(tǒng)復(fù)位、控制器IP參數(shù)的設(shè)置、控制器時(shí)間的校正等。
端口屬性設(shè)置模塊負(fù)責(zé)控制器輸入輸出端口的設(shè)置，如門的屬性設(shè)置，互鎖條件沒置，報(bào)警條件的設(shè)置、讀卡器的設(shè)置等。
用戶權(quán)限設(shè)置完成用戶居I生的設(shè)置、讀取和更新，如用戶卡類型、用戶編號、卡號、節(jié)假日是否加班、卡的有效期、用戶所屬時(shí)段等等。
節(jié)假日時(shí)段設(shè)置某快完成門禁管制的日寸段、節(jié)假日、休息日等的設(shè)置、更新、讀取及其刪除等功能。
實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊完成對門禁的實(shí)時(shí)控制及其遠(yuǎn)程控制。遠(yuǎn)程控制門鎖的開關(guān)，監(jiān)控門磁狀態(tài)，及其各個(gè)門的刷卡事件。
記錄的收集和管理主要完成對門禁控制器上傳的事件的記錄及其管理，如考勤記錄及其異常事件報(bào)警記錄等。
(文/杭州師范大學(xué)錢江學(xué)院，姚建強(qiáng))
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