發布日期：2022-05-20 點擊率：67
1 概述
數字安防系統綜合利用了現代傳感技術、數字信息處理技術、計算機技術、多媒體技術和網絡技術，能夠實現社區各種安防信息的采集、處理、傳輸、顯示和高度集成共享。數字安防系統包括門禁、CCTV視頻監控及防盜報警3個子系統，各子系統通過監控網、信息網、電話網、電視網等不同類型的網絡互聯互通，達到協調運行、綜合管理的目的。
門禁控制系統主要起到出入口管理的功能，并可將防盜報警信息、CCTV報警信息、消防信號等集成到門禁系統數據庫，實現系統聯動，因此，門禁系統在數字安防系統中占有重要地位。門禁控制器作為整個門禁控制系統的核心，完成現場數據的采集、處理、傳輸等重要工作。傳統的門禁控制器通常采用單片機開發，采用串行通信接口向遠程上位機傳送數據，多個門禁控制器往往組成RS485網絡。本文提出的采用嵌入式技術開發的帶有以太網通信接口的全新門禁控制器架構，其CPU采用基于ARM7TDMI內核的三星S3C44B0X，以uCLinux作為嵌入式操作系統，在Linux操作系統環境下完成應用軟件的開發及交叉編譯。由于網絡在門禁系統及整個數字安防系統中起到越來越重要的作用，因此本文重點論述嵌入式智能門禁控制器以太網通信接口的開發。與目前的基于現場總線的控制網絡相比，基于工業以太網技術的控制網絡是一種低成本、高性能的控制網絡解決方案。以太網應用于企業現場設備控制層是網絡發展的趨勢，將極大地促進信息從傳感器到管理層的集成[1]。
2 智能門禁控制器的總體設計
智能門禁控制系統由上位機、控制器、讀卡器、電鎖、門磁、識別卡和出門按鈕等組成。系統結構如圖1所示。
圖1 門禁控制系統示意圖
門禁控制系統的工作過程是：(1)從控制中心即上位機經通信接口向控制器傳輸事先設置好的各項運行參數，如使用人員信息、出/入門方式等，完成系統初始化工作；(2)通常情況下門禁控制器處于等待狀態，當有人刷卡時讀卡器通過標準的Wiegand接口將卡號傳輸到門禁控制器，控制器中采集數據的中斷服務程序將當前卡號、卡片狀態、當前時間、控制模式等信息與初始化信息進行比較，得出準許與否的結果，該結果又被送到讀卡器中，向讀卡人發出聲光指示[2]。(3)當比較結果為準許時，控制器通過繼電器驅動電控鎖使之退出鎖門狀態。
依據以上工作過程設計出的門禁控制器總體框架如圖2所示。
圖2 門禁控制器總體結構
3 智能門禁控制器以太網接口硬件電路
本文采用由S3C44B0X和RTL8019AS組成的智能門禁控制器以太網接口方案。
作為一款優秀的網絡控制器，基于S3C44B0X處理器的系統必須要有以太網接口電路才能發揮其網絡應用的特長。以太網接口電路主要由MAC控制器和物理層接口(physical layer, PHY)組成。S3C44B0X片內已有帶MII(media independent interface)接口的MAC控制器，故只需再外接一片物理層芯片，以提供以太網的接入通道。這里選擇Realted公司生產的高度集成的以太網控制器芯片RTL8019AS。此芯片支持IEEE802.3；支持8bit或16bit數據總線；內置16KB的SRAM，用于收發緩沖；全雙工，收發同時達到10Mb/s；支持10base5、10base2、10baseT，并能自動檢測所連接的介質。數據的發送校驗，總線數據包的碰撞檢測與避免是由RTL8019AS自己完成的。設計出的以太網接口電路圖如圖3所示。
圖3 以太網接口電路
信號的發送和接收端通過網絡隔離變壓器FC-518LS和RJ45接口接入RTL8019AS，RTL8019AS也帶有MII接口，可通過次接口再與S3C44B0X所帶MII接口相連，從而組成了以太網信號傳輸的硬件通道。
4 智能門禁控制器的以太網接口軟件
網絡通信的本質是進程間的通信。套接口地址的格式是一個IP地址和一個端口號，套接口是進程間通信的端點，每個套接口的名字都是唯一的，所以依靠套接口來確定整個Internet域中的一個網絡進程[2]。當服務器和應用程序需要和其他進程通信時就需創建套接口[3]。TCP和UDP是傳輸層協議，TCP是保證傳輸的面向連接的協議，而UDP是無連接協議，不能保證消息傳送到目的地。本設計選擇TCP協議，運用套接口編程技術實現服務器端、客戶端之間的通信。服務器端軟件運行在裝有uCLinux內核的ARM開發板上，客戶端可以是Linux或Windows操作系統下的瀏覽器，也可以是專門開發的基于TCP/IP協議的客戶端軟件。
本文以門禁控制系統的讀卡器讀卡事件為例，，說明 Linux環境下服務器端軟件的開發。
Linux開發環境的建立包括：制作Windows 和 Linux雙啟動系統；給S3C44B0X燒寫 BootLoader程序blob.bin，燒寫uCLinux內核、根文件系統映像文件；對宿主機進行安全級別設置等步驟。在開發環境搭建完畢的情況下編寫服務器端的網絡通信程序，流程如圖4所示。
圖4 主程序流程
為編寫好的服務器端程序編寫Makefile文件，然后在Linux終端下調用make命令，系統就會根據Makefile文件所定義的規則最終生成可執行文件。再進入minicom環境，重啟開發板，進入指令輸入狀態。調用mount指令掛載宿主機上可執行文件所在的目錄到uCLinux的/host目錄，掛載成功后就可將/host 下的可執行文件用cp命令拷貝到/mnt/yaffs目錄下，這樣uCLinux一啟動就會自動執行該程序。程序運行到調用完accept函數會阻塞在此處，直到有客戶端的接入。
5 以太網通信測試
為了驗證以上服務器端程序，用 VC++開發了 Windows平臺上的基于TCP/IP協議的客戶端程序，通過該客戶端模擬用戶刷卡等事件，可與uCLinux平臺上的服務器端程序通過以太網進行通信。測試結果表明，通信正常，程序反應速度較快，達到了預期的設計目標。仿真測試如圖5所示。
圖5 仿真測試
6 結束語
本文以Linux 嵌入式操作系統為基礎，同時以嵌入式uCLinux作為板子的操作系統并運行在ARM硬件平臺上。測試與評估表明，本設計符合高級智能型門禁控制器的軟、硬件需求，具有良好的可裁減性、可擴展性，在未來的發展中必將贏得廣闊的發展空間。
以太網網絡通信接口的設計與實現解決了門禁系統采用RS485傳輸信號速率較慢的問題，更重要的是它還符合網絡扁平化的發展趨勢，即做到了不使用任何網關就能將控制器網絡與信息網絡無縫地集成在一起，統一到一個都使用TCP/IP協議的網絡之中。數字安防系統的發展趨勢是一體化集成，該接口的實現為一體化集成提供了有力的途徑，將會促進數字安防系統的快速發展。
作者簡介：杜明芳(1976-)，女，碩士、講師，主研方向：分布式控制系統，智能信息處理
參考文獻
1 李正軍. 現場總線及其應用技術[M]. 北京: 機械工業出版社, 2006: 488.
2 王汝琳. 智能門禁控制系統[M]. 北京: 電子工業出版社, 2004.
3 李駒光. ARM應用系統開發祥解——基于S3C4510B的系統設 計[M]. 北京: 清華大學出版社, 2003.
4 Wall K. GNU/Linux編程指南[M]. 北京: 清華大學出版社, 2002
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