【《基于树莓派的门禁系统设计的相关技术概述》3000字】

16基于树莓派的门禁系统设计的相关技术概述目录TOC\o"1-3"\h\u39621.1树莓派4B+ 1236261.2电机与驱动 3182041.3树莓派板载BCM43488wifi模块 421951.4wifi技术 575161.4.1wifi 5303731.4.2wifi技术特点 5313121.5交互系统 6321051.6开发语言python 7214411.7小结 81.1树莓派4B+本文选用的是树莓派4B+，其外形如图2-1所示：图2-1树莓派结构图本文设计采用树莓派4B+开发板作为主控模块，该开发板是基于ARM芯片的，它是树莓派系列中的最新一款，与其他开发板相比它是性价比比较髙的。树莓派4B+开发板外观更加简洁大方，具备多种规格的外接设备口，主板上预留的接口可与树莓派500万像素专用摄像头连接，Sensehat传感器可以连接，其他外部硬件设备也能连接此树莓派。安装系统也很简单，在树莓派官网下载镜像链接，同时树莓派4B+开发板也提供了带有专用NOOBS系统的MicroSD卡。树莓派开发板系列因其强大的功能拥有众多用户。树莓派和微软也推出了Windows10IOT系统。这个系统的树莓派拥有良好的UI页面，且对于一些GPIO接口的扩展更加的便捷，对于其他硬件设备的扩展十分的便利，用户不需要在单独的编写针对于Windows系统的驱动程序，树莓派4B+开发板是非常经典的一款开发板，其功能强大，性价比高，操作简单。在这样的设计中我们要选择性能好、性价比高的系统是非常不容易的，树莓派这样的开发板很好的节约了设计的成本，体积小也能节省资源，也能满足设计的各项需求，系统功能强大。1.2电机与驱动LM293双H桥直流电机驱动芯片用于驱动电机。逆变器部分供电范围为：+5V-+16V，逆变器峰值电流为1A。输入控制信号电压为-0.3V-1.5V的低电平电压，输入控制电压为1.3V-VSS的高电平电压。电机驱动模块存放温度25℃-125℃，最大功耗20W。电机驱动模块最多可同时驱动4台直流电机，驱动电流大【2】。该电机驱动模块电路图如下图2-2所示：图2-2LM293驱动板封装结构图图中白色插座为5线四相步进电机插座，中间为白色驱动开关，4个蓝色直流电机驱动输出端口，黑色两颗芯片的引脚对应直流逻辑。引擎分别为1至4。输入界面。直流电机的工作模式如表2-1所示如下：表2-1电机工作模式IN1IN2ENI电机000不转010不转100不转110不转001不转011正转101反转111不转从表中可以看出EN1为使能端，当输入信号为“0”时，IN1、IN2输入什么信号都无法使电机驱动，IN1为反转控制输入信号端，IN2为正转控制信号输入端。1.3树莓派板载BCM43488wifi模块智能门机系统的设计理念，有效数据是通过无线网络由wifi模块向服务器获取，PC端通过有线网络链接wifi模块，手机移动端则使用wifi连接功能接入，连接树莓派GPIO接口的数据采集终端将需要的实时信息反馈给平台，完成指令发送。智能门禁系统的结构示意图如图2-3所示：图2-3智能门禁系统的结构BCM43438是一个高度集成的单芯片wifi模块，工艺设计先进，优点是低功耗，高稳定性等特点。该芯片支持1.4千兆赫无线局域网801.11无线电模块、蓝牙4.1以及调频接收机，一个独立的高速UART提供蓝牙/FM主机接口。该芯片的工作原理图如图2-4所示：图2-4BCM43438模块原理图1.4wifi技术1.4.1wifiwifi能让移动端和PC端连接起来是因为它是一种高频信号。wifi是IEEE801.11b的另外一种名称，是由名为“无线以太网联盟”(WECA)发布。其中801.11b是一个传输协议，该协议规定了通信的频段是1.4GHZ，在物理层进行通信，该频段的数据的最大传输速率为11Mbit/s，这个标准是当前世界上公认的，因此大多数国家使用的wifi通信传入频段都是1.4GHz。现在wifi遍布各地，与人们的生活息息相关，人们通过wifi在互联网畅游，让人们的生活更加方便。1.4.2wifi技术特点1、覆盖范围广wifi和蓝牙相比，WiFi比蓝牙覆盖的范围大，信号传输距离远。经过对比，wifi非常适合整栋楼的门禁管理。2、高速、高安全性801.11b标准下传输速度可达11Mbit/s,信号传输的速度比较高，可以满足人们日常生活对网络通信的要求。在安全方面我们会设置防止黑客的攻入或者病毒侵入。3、低成本wifi采用无线电波进行信号传输，不需要架设电缆传输，这样更加经济实惠。健康性电磁波对人体是有一定的伤害的，但是wifi却不在此列，其传输的的发射功率仅仅只有100mW，即使一步对讲机的都超过了5W,因此wifi对人体的功率是非常安全的。5、使用门槛低Wifi技术没有很高的技术壁垒，因此进入wifi领域的生产厂商很多，在我们的生活中wifi的普及度也是十分的高，其中主要是机场、车站、咖啡店等地方都有设置，wifi的覆盖范围半径几十米，只要在范围内都可以很多好的使用的wifi信号。1.5交互系统交互系统的设计是两个或者两个以上的参与者，将不同的对象连接起来，在整个系统中每个个体部分都相互影响。能够满足特定的需求，具有一定的可用性和良好的用户体验。随着时代的发展交互系统的应用场景越来越多。本文设计的交互系统如图2-5所示：图2-5交互系统示意图树莓派不仅仅是一个简单的单片机，它还具有pc机所有的功能，能够进行后台服务等。交互系统设计主要是用户、门禁和后台服务器的整个交互系统的对象，在这一整个系统中主要包括两个方面，通过门禁系统的用户在后台服务器中已经录取认证过身份，那当他在通过门禁时，可以直接通过；当通过门禁的用户在后台服务器中没有身份认证信息时，就需要确认用户的身份等信息传送到后台，经过查询后确认没有任何问题后门禁就会让他通过。门禁系统也会将扫描到的用MACip地址传送到后台数据库中，进行信息上传和比对。后台主要包括进行数据采集和分析、控制指令的生成和传送，是整个系统的核心部分；门禁系统主要进行控制指令的执行、显示门禁开关状态。设计这样的交互系统有利于人们的使用和管理者的维护，在面对突发的情况下我们可以一次查看是哪个模块出现了问题，依次进行排查。当发现问题后可以争对问题单独解决一个模块，就不需要在花时间和精力在其它模块上，这样做能有效的节约时间和资源。在现代社会中，这样的交互系统应用场景是非常多的。现代的楼宇管理，这样的交互系统让人流、物流和其他资源等能有效的结合起来，促进资源的多重使用，让社会更加快捷环保。1.6开发语言pythonPython是有一款简洁、容易阅读和扩展的脚本语言，由荷兰人吉多·范罗苏姆在一次圣诞节宴会上突发奇想所创立。随着近几年的火爆发展，其下已经开发积累有大量模块库，可以轻松调用以快速建立实现算法模型。同时Python的模块库中也包含了像numpy、opencv、pandas、scilearn-kit等众多的数据科学计算库，足以匹敌甚至超越Matlab，不但被大量科研人员所追捧，同时其简单易学性也吸引了大量其他非计算机专业的人员的加入。本项目使用Python语言一是为了展示项目的跨平台性，同时也为了能快速构建一个前端图形用户界面。Python特点：1.学习成本低，python是一种解释型语言，语言的结构比较清晰简单，比较便利的垃圾回收机制，学习成本低。1.易阅读：Python代码解释更清晰。3.易维护：Python内的代码方便人员维护。4.依赖库丰富：python是一款使用较多的科学工具，使用的人十分的多，且代码是开源的，世界各地的人，都为社区服务，提供了丰富的python库，使用比较方便，且python具有跨平台特性，可以在unix，windows和Macintosh系统使用。5.人机交互好：使用python语言编程人机交互简单，可以直接在中断对代码进行输入，对代码的测试和调试十分的简单。6.移植性好：python代码是开源的，在各个平台都可以的比较便利的使用，python代码可以在多个平台移植使用。7.扩展性能好：python代码可以调用不同的代码，可以在python的环境中使用c或C++代码，也可以调用matlab代码，这些代码与python结合使用比较方便。8.嵌入性较好:可以联合使用python代码和C、C++代码，python语言是一种类似“脚本语言”特性，可以与其他的代码混合使用。Python语