嵌入式系统应用实例—网络门禁系统

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1、第10章网络门禁系统数字化的家居和办公环境是嵌入式系统应用中最为活跃的部分之一，通过网络环境可以将多种低成本嵌入式设备连接在一起，并产生各种新的应用。本课程设计介绍了一个基于低成本嵌入式设备和以太网的门禁控制系统，着重讨论了其外部硬件扩展方法、门禁设备与控制主机之间的通信协议、安全性设计、门禁设备和控制主机上的软件结构等关键性问题。通过本设计，读者可以掌握进一步掌握外部设备扩展，网络安全，与控制主机的数据库连接等嵌入式系统设计中的主要主题。10.1课程设计目的本课程设计的主要目标是通过网络门禁的设计和分析，掌握数字化家居和办公系统所必须的关键知识，包括

2、外部设备扩展、控制主机的数据库系统设计、网络安全等方面，为将来设计实际类似系统打好基础。10.2课程设计要求本课程设计要求读者能理解网络门禁系统的基本原理，掌握嵌入式系统中通过串行接口扩展外部设备的方法，以及分布式嵌入式系统中协议设计和安全性问题。本课程设计中详细介绍了网络门禁系统的软硬件设计原理，读者应能根据此原理，完成整个系统的设计和实现工作。10.3网络门禁系统的需求分析电子化的门禁系统是指通过电子化的身份识别装置（例如磁卡、IC卡、射频卡）或者生物特征识别方式（例如指纹）识别欲开门者身份，并根据预先设定的策略决定是否开门或者发出报警信号。常见的

3、门禁系统多采用RS485总线将身份识别装置与控制主机相连。这种连接方式中每个身份识别装置都需要专门布线连接到控制主机，施工难度大，成本高。而且这些身份识别装置不能直接连接到Internet上，难以满足当前网络时代随时随地进行访问和控制的要求。随着网络时代的高速发展，无论是高楼大厦，还是智能化小区，局域网无处不在。通过以太网作为身份识别装置和控制主机之间的通信通道，采用TCP/IP网络通讯模式，可充分利用智能大厦、工厂、住宅小区的以太网网络环境，易于实现门禁管理主机与控制器之间的通讯，施工、调试、布线都非常简单，能最大限度地减少对原有建筑的破坏，降低工程

4、造价，后期维护检修也较方便。同时身份识别和门锁系统也可以通过Internet进行访问和控制，从而大大方便了远程控制方式的实现。网络门禁系统的总体结构如图10-1所示。81图10-1网络门禁系统总体结构网络门禁管理系统主要包括了嵌入式门禁系统和控制主机等两个部分，其中嵌入式门禁系统又包括：嵌入式门禁控制器、身份识别设备和电子门锁等部分。控制主机则负责对整个门禁系统的维护和管理。通过以太网，可以由一台控制主机控制多个嵌入式门禁系统。同时，也可以通过Internet远程直接访问和控制嵌入式门禁系统。在网络门禁系统中有两类角色：用户、管理员。其中用户通过身份认

5、证设备向嵌入式门禁系统发出开门请求，管理员则负责控制各个嵌入式门禁系统的开门权限。1、开门请求的处理用户拥有唯一的身份识别装置，如磁卡、IC卡、射频卡等，做为请求开门的凭证。用户通过设备识别设备向嵌入式门禁控制器发出开门请求后，该控制器应读取用户的身份识别信息，通过在线比对或离线比对两种模式确定该身份识别信息是否有开门权限。如果有开门权限则打开电子门锁，如果没有开门权限则保持电子门锁关闭。在线比对模式是该系统一般处理模式。控制器将身份识别信息通过TCP/IP协议发送到预先确定的控制主机，由控制主机将身份识别信息、请求开门时间和嵌入式门禁系统编号和已有开

6、门权限数据库进行比对，确定当前用户是否有权限，并将结果发送到对应的嵌入式门禁控制器中。门禁控制器根据比对结果完成开门动作。离线比对模式是系统的特殊处理方式，仅仅用于以太网连接出现问题时。门禁控制器可以预先设定最多两个超级用户的身份认证信息，在离线状态下，仅仅超级用户具有开门权限。在此状态下，门禁控制器将比对输入的用户身份认证信息是否为超级用户，如果不是则保持关门，如果是则进行开门操作。2、门的长开报警除了控制门的开关外，门禁控制系统还可以判断当前门锁的开关状态。如果开门后，超过规定门限值后，仍然没有关门，则控制系统通过网络向控制主机发送门长开报警（在线

7、模式下）。3、权限管理管理员可以为每个嵌入式门禁控制器指定可以开门的用户身份认证，以及相应开门的许可时间。其中开门的许可时间，支持三种：无限制开门方式、重复多次开门方式、单次开门方式。其中重复多次开门方式可以指定一天内的时间范围（例如9点至18点），也可以指定日期范围（例如每周的周一至周五，或者从今日算起连续的三个月等）。单次开门方式则可以指定包含了年份、月份、日期和钟点的时间段。如果超过此时间段，单次开门方式则被注销。管理员也可以为每个指定的门禁控制器设置超级用户的身份认证信息。814、信息的记录和查询在线比对模式下，所有的开门请求、确认结果、门长开

8、报警等信息均由控制主机记录。离线对比模式下，所有的开门请求、确认结果、门长开报警等信息均由门禁