基于ARM门禁系统的设计与实现

2010年第10期,第43卷通信技术Vol.43,No.10,2010总第226期CommunicationsTechnologyNo.226,Totally基于ARM门禁系统的设计与实现徐勇(四川师范大学计算机科学学院,四川成都610068【摘要】以嵌入式处理器(ARM作为核心处理芯片,以指纹作为载体,通过控制器局域网(CAN总线来实现上位机与门禁节点控制器的通信,完成了门禁系统的基本功能。该系统弥补了以往门禁系统中依赖单片机作为主要控制芯片的存储空间不足及扩展能力有限的弊端,并将人体生物特征应用到门禁系统中,利用人体生物特征的唯一性大大提高了门禁系统的安全性,促进了门禁系统的向前发展。【关键词】嵌入式处理器;控制器局域网;上位机;节点控制器;生物特征【中图分类号】TP399【文献标识码】A【文章编号】1002-0802(201010-0117-03DesignandRealizationofEntranceGuardSystemBasedonARMXUYong(CollegeofComputerScience,SichuanNormalUniversity,ChengduSichuan6110068,China【Abstract】WithembeddedARMprocessingchipasthecore,fingerprintasthecarrier,andthroughtheCANbus,thecommunicationbetweenupper-positionmachineandentranceguardnodecontrollerisrealized,thusimplementingthebasicfunctionsofentranceguardsystem.Thissystemcouldremedytheshortageofstoragespaceandlimitedexpansibilityinformerentranceguardsystemwithmonolithicintegratedcircuitastheprimarycontrolchip.Andthehuman-bodybiologicalfeaturesarealsoemplyedintheentranceguardsystem,andwiththeuniquenessofhuman-bodybiologicalfeatures,thesecurityofentranceguardsystemisgreatlyimproveduniqueness,andthedevelopmentofentranceguardsystemispromoted.【Keywords】embeddedprocessor;controllerareanetwork;upper-positionmachine;nodecontroller;biometric0引言随着人们对安防要求的进一步提高,基于人体生物特征的识别技术由于不易遗忘、伪造和被盗,已受到社会各界越来越多人的关注[1]。目前,已经发展起来的生物识别技术主要有手形识别、指纹识别、虹膜识别等,其中人体指纹信息在图案、断点和交叉点上各不相同[2],所具备的唯一性和稳定性特征完全符合人们对现代门禁的要求。在国外[1],美国的Secugen公司、法国的Segam公司早已推出了与指纹识别相关的产品,在国内,中国科学院自动化所、清华大学等高校及研究所很早就开始了这方面的研究工作,中国科学院光机所已批量生产光电式活体指纹采集仪,因此指纹识别技术在门禁系统中的应用将会有很大的发展前景[4-5]。但目前很多门禁系统的核心控制单元主要依赖单片机来实现,它虽然也能完成相应的基本功能,但其扩展能力有限,在性能和存储容量等方面已不能很好地满足人们的要求,而随着嵌入式技术的不断发展,特别是基于ARM处理器的嵌入式系统由于其可扩展性强、稳定性高、功耗低、性能和价格比较合理等特点已在实际生活中得到了越来越多的应用。现以ARM7作为核心处理芯片,通过CAN总线完成上位机与门禁节点控制器的通信,实现了开门、考勤、巡更等基本功能,并能通过操作完成系统配置、人员注册注销、门禁节点远程控制、相关人员及记录的管理和查询功能。1门禁系统的功能设计该门禁系统主要由门禁节点控制器及上位机管理软件两个部分构成,系统的总体结构设计如图1所示。1.1门禁节点控制器的主要功能门禁节点控制器的主要功能包括:门禁功能、考勤功能、巡更功能、系统配置功能、人员信息管理功能(人员注册功能、人员注销功能、报警功能和联机通信功能等。其中系收稿日期:2009-12-18。作者简介:徐勇(1979-,男,讲师,主要研究方向为信息与网络安全,嵌入式应用。117118统配置功能主要包括:修改管理员密码、设置控制器比对方式、修改系统当前时间等操作。图1系统总体结构设计1.2上位机管理软件的主要功能上位机管理软件的主要功能:完成在册人员的信息查询,对节点控制器的远程控制,分析和统计节点控制器记录的信息,定时与节点控制器进行数据通信,完成系统配置信息、人员注册、注销信息,信息的上传和下载功能。2硬件设计该系统的硬件部分主要由中央控制单元(MCU、输入模块、显示模块、指纹采集及验证模块、CAN通信模块(CAN控制器、CAN收发转换器、闪存(FLASH数据存储模块、继电器控制模块、报警装置以及供电电源等几个部分组成。以下分别对主要的硬件设备及接口实现方式做相应的介绍。2.1中央控制单元(MCU中央控制单元采用PHILIPS公司的LPC2136[6],其内核采用ARM7TDMI-S,是一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的16/32位的微控制器,并带有256KB嵌入式高速Flash存储器和32KB的片内静态RAM。本系统中主要使用了LPC2136的定时器、实时时钟、I2C、SPI接口以及看门狗等功能模块。2.2指纹采集和验证模块该模块主要完成指纹数据采集和指纹信息比对工作,采用的是集成指纹识别设备FM—ZD06,该设备的工作电压为5V,正常工作电流170mA,峰值电流200mA,指纹录入时间小于250ms,指纹比对时间小于600ms,指纹搜索时间小于2S,指纹模板大小为256Bytes[7]。FM—ZD06的外部接口为串口,它与LPC2136是通过串口方式来进行通信,将FM—ZD06的外部接口与LPC2136的P0.0和P0.1进行连接。2.3输入模块输入模块由一个16×16的矩阵键盘和控制芯片ZLG7290构成,键盘由数字键(0~9和功能键(ESC退出键、⊙返回键、MENU菜单键、上下选择键和OK键组成。为了实现输入功能,将ZLG7290的/INT引脚与LPC2136的P0.16引脚进行连接,当有键按下时,产生中断信号,随后读取ZLG7290的键值寄存器中的值来获取按键值。2.4显示模块显示模块主要通过液晶显示器(LCD来显示门禁节点控制器中相关的提示信息,采用的是FM12864M-12L液晶显示模块[8],该显示模块可显示汉字及图形,内置8192个中文汉字(16×16点阵、128字符(8×16点阵及64×256点阵显示RAM(GDRAM,具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式。该系统采用8位并行数据传输方式,将LPC2136的引脚P0.20、P0.21、P0.22、P0.23、P0.25、P0.26、P0.27、P0.28、P0.29、P0.30、P0.31分别与FM12864M-12L的DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7、RS、R/W及E相接,并通过LPC2136的P0.8引脚来控制该显示模块的背景光。2.5FLASH数据存储模块门禁节点控制器中的各种配置信息,人员注册信息,事件记录信息都需要存储在Flash芯片中。本系统采用的是Atmel公司的串行Flash存储器AT45DB081B,该芯片采用串行外围接口,具有体积小、功耗低和硬件简单的特点[9]。2.6报警模块报警模块主要通过蜂鸣器来实现,当系统检测到非注册人员连续多次登陆或试图通过强拆门锁进入时,系统将启动蜂鸣器,发出持续报警声。2.7开关控制模块开关控制模块主要通过继电器来控制门闸开关,将LPC2136的P0.18引脚与控制继电器的相连,当该引脚输出低电平时继电器闭合,控制门锁开,反之,控制门锁关。2.8CAN通信模块为了实现节点控制器与上位机的数据传输,本系统采用CAN总线来进行通信,每个门禁节点控制器就是一个CAN节点,通过CAN总线就能完成与上位机收发数据。其中CAN通信模块包括CAN控制器和CAN-232转换器两部分,CAN控制器采用Microchip公司的MCP2515[10],CAN-232转换器采用的是CSM100接口芯片。2.9供电模块该模块主要将市电经过变压器变压后,并通过稳压提供给相应的设备。3软件设计3.1上微机软件设计上位机主要完成门禁控制器设置,门禁信息的存储,相关人员的信息登记,通过可视化编程语言及数据库编程实现,这里就不详细描述。3.2节点控制器软件设计节点控制器首先调用各功能模块的硬件初始化函数完成初始化工作,接着程序进入无限循环的等待状态,检测相关的标志位,从而确定是否有按键操作、是否按下了手指、上位机是否有上传和下载的请求,并及时的做出响应,程序运行的流程如图2所示。119图2程序流程算法如下:HardwareInit(;//进行硬件的初始化LcdCommand(0x32;ShowNowTime(;while(1//进入无限循环的等待状态{if(levelNum==0&&errornum<3//探测按键{rcvinfo=DetectFinger(;……}if(key_value!=0//菜单上有按键{switch(levelNum//根据菜单处理{case0:if(key_value==MENU{……}case1:if(key_value==BACK||key_value==EXIT//按退出{……}elseif(key_value==UPWARD//按向上键{……}elseif(key_value==DOWNWARD//按向下键{……}elseif(key_value==SELECT//进入选项{……}elseif(key_value==1SettFunction(;//进行系统设置elseif(key_value==2RegisterInfo(;//进行人员注册elseif(key_value==3LogoutInfo(;//进行人员注销}//switch(levelNum}if(success==1//联机传送数据{……HandleData(;}}//while为了使系统各个功能模块能够正常工作,在硬件方面:需要对LPC2136的相关引脚、相关器件的寄存器进行初始化设置,同时还要设置中断的优先级别;在软件方面:如果系统是第一次使用,需要对门禁控制器的相关状态信息、系统配置信息及人员索引表进行初始化,以保证系统的正常运行。4结语该系统采用ARM处理器作为核心处理芯片,CAN总线来实现上位机和门禁节点控制器的通信,整个门禁系统的试运行稳定可靠;但在传输距离和布线方面受到局限,若能采用无线收发模块来完成它们的通信,这样就能省去布线的麻烦,提高门禁系统的适应性,另外,若能将门禁节点直接采用嵌入式操作系统(如:嵌入式Linux,将提高整个门禁系统的可操作性及智能性,希望在以后的工程项目中进一步完善。参考文献[1]刘爱萍.基于指纹识别的高校公寓门禁系统[D].西安:西安建筑科技大学,2007.[2]徐国辉.指纹识别技术产品的开发与进展[J].通信技术,2009,42(08:89-90.[3]文慧智.大型指纹门禁系统的设计与初步研究[D].天津:天津大学测试计量技术及仪器专业,2005.[4]林晓林.中国安防设备市场的发展现状与未来趋势[EB/OL].北京航空航天大学出版社,2005:35-55.[7]吉联电子.FM-ZD06指纹识别设备用户手册[EB/OL].(2009-09-19.[8]电子制作实验室.FM12864M-12L液晶显示器说明书[EB/OL].[9]ATMEL公司.AT45DB081B芯片手册[EB/OL].(2009-07-26.ents/doc2225.pdf