無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文章出處：http://bookmouse.cn 作者： 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2013年02月09日

    摘 要：本文中提供一套無線門禁系統(tǒng)WDCS（WirelessDoorControlSystem）通過無線藍(lán)牙技術(shù)與IEEE802.11和以太網(wǎng)結(jié)合，來分別利用區(qū)域網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)的方式控制門禁系統(tǒng)，以提高門禁系統(tǒng)的方便性與安全性，并適合于現(xiàn)今多樣化環(huán)境與需求。本系統(tǒng)分別以PDA（PersonalDigitalAssistant）與Pc兩種不同系統(tǒng)作為開發(fā)平臺(tái)，分別設(shè)計(jì)出適用于藍(lán)牙通訊協(xié)議、IEEE802.11通訊協(xié)議與RS232通訊協(xié)議的三種不同的版本。再結(jié)合以單片機(jī)為主題的門禁系統(tǒng)主機(jī)，發(fā)展成一個(gè)多功能的無線終端遙控門禁系統(tǒng)，進(jìn)而達(dá)到安全性與方便性。

    1引言

    近幾年來，由于無線網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展以及其速率提升，價(jià)格下跌，因此吸引了許多用戶開始使用無線網(wǎng)絡(luò)。無線網(wǎng)絡(luò)具備可隨意移動(dòng)、隨時(shí)上網(wǎng)與其架設(shè)方便的特性。故有別于傳統(tǒng)有線的連接方式。而有著更大的方便性。而目前主要的無線通訊技術(shù)有IEEE802.11、藍(lán)牙（Bluetoth）~ll傳感器網(wǎng)絡(luò)SensorNet—work）等。本文中提供一套無線門禁系統(tǒng)WDCS（WirelessDoorControlSystem）通過無線藍(lán)牙技術(shù)與IEEE802.11和以太網(wǎng)結(jié)合，來分別利用區(qū)域網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)的方式控制門禁系統(tǒng)，以提高門禁系統(tǒng)的方便性與安全性，并適合于現(xiàn)今多樣化環(huán)境與需求。本系統(tǒng)分別以PDA（PersonalDigitalAssistant）與Pc兩種不同系統(tǒng)作為開發(fā)平臺(tái)，分別設(shè)計(jì)出適用于藍(lán)牙通訊協(xié)議、IEEE802.11通訊協(xié)議與RS232通訊協(xié)議的三種不同的版本。再結(jié)合以單片機(jī)為主題的門禁系統(tǒng)主機(jī)，發(fā)展成一個(gè)多功能的無線終端遙控門禁系統(tǒng)，進(jìn)而達(dá)到安全性與方便性。

    2系統(tǒng)的架構(gòu)及其功能

    WDCS的有線方面是用戶在客戶端采用PDA制作無線遙控器來控制開啟門禁，并利用WindowsCE是32-bit即時(shí)性的嵌入式操作系統(tǒng)。而在有線遙控器方面是以一般的個(gè)人電腦來控制開啟門禁，并利Windows XP操作系統(tǒng)作為開發(fā)平臺(tái)。以一部電腦作為中央監(jiān)控中心，在中央監(jiān)控中心與監(jiān)控點(diǎn)子系統(tǒng)間溝通使用一個(gè)監(jiān)控閘道器，其CPU為ARM7為架構(gòu)的EP7212芯片，并將一般的i386平臺(tái)使用的Linux編譯成ARM Linux作為其操作系統(tǒng)，當(dāng)主機(jī)接受終端下達(dá)的指令后，通過藍(lán)牙通訊模塊將指令傳給監(jiān)控點(diǎn)子系統(tǒng)。監(jiān)控點(diǎn)子系統(tǒng)是以8051芯片為系統(tǒng)核心，用來監(jiān)控環(huán)境電壓變化，透過藍(lán)牙通訊模塊將偵測(cè)信息傳回監(jiān)控閘道器。再傳回中央監(jiān)控中心。

    2.1WDCS硬件架構(gòu)

    系統(tǒng)的硬件架構(gòu)可以從三個(gè)方面來說明，第一部分為WD—cs主機(jī)，第二部分為WDCS服務(wù)器，第三部分為WDCS客戶端。

    2.1.1WDCS主機(jī)硬件架構(gòu)

    WDCS主機(jī)硬件架構(gòu)主要是以8051單片機(jī)作為中央控制器。外加4x4鍵盤、LCD顯示屏和EEPROM93C46密碼存儲(chǔ)器、繼電器等周邊元件，以作為WDCS主機(jī)的I／0裝置與密碼設(shè)定。當(dāng)使用者從4x4鍵盤輸入用戶名和密碼，8051執(zhí)行指令并與EEPROM93C46檢驗(yàn)用戶輸入的信息是否正確，進(jìn)而通過繼電器的功能來控制開門或者關(guān)門的動(dòng)作，并將信息的結(jié)果傳到LCD與WDCS服務(wù)器。

    AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)4kB可重擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（FPEROM）和128B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（I認(rèn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)，32個(gè)可編程I／0口，2個(gè)l6位定時(shí)、計(jì)數(shù)器，6個(gè)中斷源，可編程串行UART通道。表格一為WDCS主機(jī)在89C51各個(gè)外界端口連接。在4x4鍵盤原理是利用列固定輸出與行讀入的電壓值，來當(dāng)作該鍵鍵值。如當(dāng)某一個(gè)按鍵被觸發(fā)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的行跟列會(huì)導(dǎo)通，列固定端輸出低電位，然后再去讀回行的電壓值，哪一行的電壓值低，表示該鍵被按下，解碼的公式為按鍵值=列×4+行。表格2為4x4鍵盤的輸入引腳和對(duì)應(yīng)位置。在EEPPROM93C46作為存儲(chǔ)密碼，并且在電源消失后仍要能記錄。

    2.1.2WDCS服務(wù)器硬件架構(gòu)

    WDCS服務(wù)器的硬件設(shè)備，我們可以使用一般的Pc或者Notebook來完成，操作系統(tǒng)選擇Windows版本，必須同時(shí)擁有Bhetootll與mEE802.11等兩種硬件裝置。

    2.1.3WDCS客戶端硬件架構(gòu)

    WDCS客戶端（遙控器）硬件要求可以跟為兩種類型，一種是使用PDA，另外一種為PC或者Notebook，不僅可以利用有線網(wǎng)絡(luò)來使用，也可以利用Bluetooth與區(qū)域網(wǎng)等無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)作為連線，因此需要有BluetoothModule與WirelessLANCard等其中一種硬件設(shè)備。

    2.2WDCS的軟件架構(gòu)介紹

    WDCS的軟件架構(gòu)。也將分為三個(gè)部分來說明。第一部分為WDCS主機(jī)主體架構(gòu)，第二部分為WDCS服務(wù)器與WDCS主機(jī)的控制架構(gòu)。第三部分為WDCS服務(wù)器與WDCS客戶端的通訊架構(gòu)。使用匯編語言作為開發(fā)WDCS主機(jī)主體架構(gòu)的開發(fā)語言。流程圖如一。

    圖1WDCS主機(jī)的主程序流程圖WDCS的基本架構(gòu)分成四步。第一步是基本的系統(tǒng)運(yùn)作，包含系統(tǒng)環(huán)境及初始值設(shè)定等。第二步是計(jì)時(shí)器發(fā)生中斷。負(fù)責(zé)傳送或接收信息。第三步是判斷輸入輸出的信息是否正確。第四步是負(fù)責(zé)開門動(dòng)作。

    輸入方面該系統(tǒng)提供4x4鍵盤作為輸入設(shè)備，包含9個(gè)數(shù)字鍵、2個(gè)方向鍵、3個(gè)功能鍵，使用者可使用這些鍵選擇功能表單。以及輸人與修改用戶名和密碼，并控制繼電器做開門關(guān)門的動(dòng)作，進(jìn)而達(dá)到門禁的目的。如圖二所示，WDCS主機(jī)提供了五項(xiàng)功能的選擇：Keyboard主要功能是讓用戶經(jīng)由終端鍵盤或者本機(jī)鍵盤輸入密碼。首先以方向鍵選擇到Keyboard后按下Enter鍵，在輸入U(xiǎn)serName和Password，如輸入正確則開門，并送回信息到LCD顯示屏與WDCS服務(wù)器，如輸入錯(cuò)誤系統(tǒng)會(huì)分別要求重新輸入。CardReader功能是讓用戶經(jīng)由讀卡頭刷卡輸入密碼。首先以方向鍵選擇到CardReader后安下Enter鍵。在輸入U(xiǎn)serName和Card.如輸入正確則門禁會(huì)打開。并回送訊息到LCD顯示屏與WDCS服務(wù)器。如輸入錯(cuò)誤系統(tǒng)分別會(huì)要求重新輸入和重新刷卡。SetUserP／W（Password）功能是修改使用的密碼。首先以方向鍵選擇到SetUserP／W后按下Enter鍵，在輸入U(xiǎn)serName.如果正確則繼續(xù)輸入NewUserP／W和再輸入確認(rèn)NewUserP／W一次。如輸入無誤則成功更改新的密碼并回送信息到LCD顯示屏與WDCS服務(wù)器。如輸入錯(cuò)誤系統(tǒng)分別會(huì)要求重新輸入U(xiǎn)serName和SetNewUserP。SetCardNo.功能是讓用戶設(shè)定新卡號(hào)碼，首先以方向鍵選擇到SetCardNo.后按下Enter鍵。再輸入U(xiǎn)serName.如果正確則繼續(xù)輸入NewCardNo.和在刷入確認(rèn)NewCardNo.一次，如刷入或刷入錯(cuò)誤。系統(tǒng)分別會(huì)要求重新輸入U(xiǎn)serName和重新SetCardN0_o最后SetUserName功能是設(shè)定用戶的名稱，首先以方向鍵選擇到SetUserName后按下Enter鍵。再輸入U(xiǎn)serName.如果正確則繼續(xù)設(shè)定NewUserName和再輸入確認(rèn)NewUserName一次。如輸入無誤則成功設(shè)定NewUserName并回送信息到LCD顯示屏與WDCS服務(wù)器如輸入錯(cuò)誤系統(tǒng)分別會(huì)要求重新輸入U(xiǎn)serName和SetNewUserName。

    圖2WDCS主機(jī)提供的五項(xiàng)功能第二部分是WDCS服務(wù)器與WDCS主機(jī)的控制建構(gòu)。首先將WDCS主機(jī)啟動(dòng)。然后WDCS服務(wù)器開啟已安裝服務(wù)器版本程序。并啟動(dòng)RS232口連接到WDCS，即可下達(dá)指令與輸入U(xiǎn)serName和UserPassword.在WDCS主機(jī)即會(huì)回傳成功登入或者錯(cuò)誤信息到WDCS服務(wù)器。

    第三部分是WDCS服務(wù)器與WDCS客戶端的通訊架構(gòu)。在WDCS服務(wù)器啟動(dòng)已安裝好的服務(wù)器的程序。并啟動(dòng)R232通信口與Winsock服務(wù)器。等待WDCS客戶端連線?？蛻舳隧氈付ǚ?wù)器IP位置或者服務(wù)器名稱及服務(wù)器的端口號(hào)。才可以連線到服務(wù)器，并進(jìn)行下達(dá)指令與輸入U(xiǎn)serName和UserPassword.在WDCS主機(jī)會(huì)回傳成功登錄或者錯(cuò)誤信息至WD—CS服務(wù)器。

    3系統(tǒng)的整合與測(cè)試

    系統(tǒng)的整合與測(cè)試分為三個(gè)步驟，第一個(gè)步驟是WDCS服務(wù)器與WDCS主機(jī)的連接，第二個(gè)步驟是WDCS客戶端與WDCS服務(wù)器的連接，第三個(gè)步驟是將前面這兩種系統(tǒng)整合與測(cè)試。

    3.1第一步。首先為了測(cè)試WDCS服務(wù)器與WDCS主機(jī)部分的效果，使用一臺(tái)筆記本電腦當(dāng)作WDCS服務(wù)器并安裝WDCS服務(wù)器Windows版本程序，利用筆記本上的USB口，以R232的通訊技術(shù)作為兩端設(shè)備的連接，因?yàn)榇斯P記本電腦上沒COMEl，所以使用了一條USB轉(zhuǎn)R232線，功能用來將USB口轉(zhuǎn)成9PinCOM口在連接到WDCS主機(jī)的UARTPort。當(dāng)兩端設(shè)備就緒后就啟動(dòng)WDCS服務(wù)器上的程序，并打開程序的通訊口。

    3.2第二個(gè)步驟。WDCS服務(wù)器與WDCS客戶端為了測(cè)試此部分的效果：使用兩臺(tái)筆記本電腦當(dāng)作是WDCS服務(wù)器與WDCSPC客戶端，并安裝WDCS服務(wù)器Windows版本程序和WDCSPC客戶端Windows版本程序，在WDCS服務(wù)器裝置BluetoothDongol和WirelessIEEE802.1lb的網(wǎng)絡(luò)卡。在WDCSPC客戶端，裝置WirelessIEEE802.1lb的網(wǎng)絡(luò)卡或者網(wǎng)線，同時(shí)使用兩臺(tái)PDA當(dāng)作是WDCS客戶端分別安裝WDCS客戶端WindowsCE版本程序，并在其中一臺(tái)啟動(dòng)藍(lán)牙模塊和在另一臺(tái)PDA上安裝WirelessIEEE802.1lb網(wǎng)卡。首先在WDCS服務(wù)器裝好BluetoothDongol、WirelessIEEE802.1lb的網(wǎng)卡、WDCS服務(wù)器Windows版本程序，并啟動(dòng)MicrosoftAc—tiveSynczTool，同時(shí)開放在WDCS服務(wù)器上的門禁系統(tǒng)程序，設(shè)定好Local Port，并啟動(dòng)門禁系統(tǒng)程序。開啟WDCS客戶端，其中一臺(tái)PDA啟動(dòng)藍(lán)牙模塊后必須以Microsoft ActiveSynczTool方式與WDCS服務(wù)器做藍(lán)牙通信協(xié)議同步。然后與其他WDCS客戶端，開啟門禁系統(tǒng)程序，設(shè)定好要連上終端WDCS服務(wù)器的Ip與Port。

    3.3第三個(gè)步驟是系統(tǒng)整合與測(cè)試系統(tǒng)，此步驟主要是結(jié)合前面兩種系統(tǒng)WDCS客戶端與WDCS服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接，WDCS服務(wù)器與WDCS主機(jī)的系統(tǒng)連接，在WDCS客戶端與服務(wù)可以網(wǎng)絡(luò)連線，且WDCS服務(wù)器也可以控制WDCS主機(jī)的情況下，所以依照程序上操作步驟進(jìn)行，首先將測(cè)試用戶由WD—cs服務(wù)器控制WDCS主機(jī)，達(dá)到門禁通行、功能切換與更改用戶名及密碼。步驟如下：用戶先確定是要登錄還是要使用更改功能。如欲登錄須確定以何種方式登錄，方式又兩種，由1Key—board方式登錄者和由2Insercard方式登錄者。

    4結(jié)束語

    本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：通過設(shè)計(jì)了一套全方位完整的無線門禁系統(tǒng)，以89C51的微處理器作為門禁控制主機(jī)，并利用手持嵌人式系統(tǒng)（PDA）作為開發(fā)平臺(tái)。進(jìn)而結(jié)合了無線通訊技術(shù)（藍(lán)牙，WEAN）與無線網(wǎng)絡(luò)的特性，能夠針對(duì)多樣化的環(huán)境，提供視覺化與方便性的界面給用戶。幫助用戶快速地掌握操作的方式，并符合安全性與擴(kuò)充性的要求。本系統(tǒng)同時(shí)也可以應(yīng)用在不同的信息家電系統(tǒng)中，提供了一個(gè)非常具有彈性的開發(fā)模式，有別于一般傳統(tǒng)市面上單一性質(zhì)的產(chǎn)品。在本系統(tǒng)中，我們實(shí)際測(cè)試應(yīng)用與一般市面上的電子鎖，下達(dá)指令成功的將電子鎖打開。并在系統(tǒng)設(shè)定時(shí)間（5s）電子鎖自動(dòng)執(zhí)行關(guān)門的動(dòng)作。由于電子鎖價(jià)格不菲，且未有實(shí)際的運(yùn)通，因而未采購(gòu)此產(chǎn)品。對(duì)于未來地方方向可以將藍(lán)牙模塊移植到單片機(jī)上，以達(dá)到小而美且功能強(qiáng)大的產(chǎn)品，符合藍(lán)牙在個(gè)人無線通訊設(shè)備具有的特色。（文/景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院  江伴東 汪志成 陳正軍）

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