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门禁系统中的无线网络技术应用


作者:江伴东 汪志成 陈正军 来源:中国一卡通网 2011-04-28 11:16:43
摘要:提出利用手持式嵌入式系统和桌上型视窗软件操作系统作为开发的平台,并沿袭了面向对象软件友好的人机界面,结合无线网络通讯技术的蓝牙(Bluetooth)与IEEE 802.1l,开发出一套视窗型的终端遥控器软件与无线门禁系统。在系统中,可以利用无线及有线网络的方式来控制门禁系统。并可以使用无线网络来配合终端用户登入动作以达到终端操控的目的。无线及有线网络的信息传输给结合人性化的用户界面,将可以满足使用者多样化的需求.并提高门禁系统的方便性。
关键词:门禁 无线 网络

    1 引言

 近几年来,由于无线网络快速发展以及其速率提升,价格下跌,因此吸引了许多用户开始使用无线网络。无线网络具备可随意移动、随时上网与其架设方便的特性.故有别于传统有线的连接方式.而有着更大的方便性。而目前主要的无线通讯技术有IEEE 802.1 1、蓝牙(Bluetoth)~ll传感器网络Sensor Net—work)等。本文中提供一套无线门禁系统WDCS(Wireless DoorControl System)通过无线蓝牙技术与IEEE802.11和以太网结合,来分别利用区域网络与网际网络的方式控制门禁系统,以提高门禁系统的方便性与安全性,并适合于现今多样化环境与需求。本系统分别以PDA(Personal Digital Assistant)与Pc两种不同系统作为开发平台,分别设计出适用于蓝牙通讯协议、IEEE802.1 1通讯协议与RS232通讯协议的三种不同的版本.再结合以单片机为主题的门禁系统主机,发展成一个多功能的无线终端遥控门禁系统,进而达到安全性与方便性。

 2 系统的架构及其功能

 WDCS的有线方面是用户在客户端采用PDA制作无线遥控器来控制开启门禁,并利用Windows CE是32-bit即时性的嵌入式操作系统。而在有线遥控器方面是以一般的个人电脑来控制开启门禁,并利Windows XP操作系统作为开发平台。以一部电脑作为中央监控中心,在中央监控中心与监控点子系统间沟通使用一个监控闸道器,其CPU为ARM7为架构的EP7212芯片,并将一般的i386平台使用的Linux编译成ARM Linux作为其操作系统,当主机接受终端下达的指令后,通过蓝牙通讯模块将指令传给监控点子系统。监控点子系统是以8051芯片为系统核心,用来监控环境电压变化,透过蓝牙通讯模块将侦测信息传回监控闸道器。再传回中央监控中心。

 2.1 WDCS硬件架构

 系统的硬件架构可以从三个方面来说明,第一部分为WD—cs主机,第二部分为WDCS服务器,第三部分为WDCS客户端。

 2.1.1 WDCS主机硬件架构

 WDCS主机硬件架构主要是以8051单片机作为中央控制器.外加4x4键盘、LCD显示屏和EEPROM 93C46密码存储器、继电器等周边元件,以作为WDCS主机的I/0装置与密码设定。当使用者从4x4键盘输入用户名和密码,8051执行指令并与EEPROM 93C46检验用户输入的信息是否正确,进而通过继电器的功能来控制开门或者关门的动作,并将信息的结果传到LCD与WDCS服务器。

 AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机,片内4 kB可重擦写的只读程序存储器(FPEROM)和128 B的随机存取数据存储器(I认 ,兼容标准MCS 51产品指令系统,32个可编程I/0口,2个l6位定时、计数器,6个中断源,可编程串行UART通道。表格一为WDCS主机在89C51各个外界端口连接。在4x4键盘原理是利用列固定输出与行读入的电压值,来当作该键键值。如当某一个按键被触发时,所对应的行跟列会导通,列固定端输出低电位,然后再去读回行的电压值,哪一行的电压值低,表示该键被按下,解码的公式为按键值=列×4+行。表格2为4x4键盘的输入引脚和对应位置。在EEPPROM93C46作为存储密码,并且在电源消失后仍要能记录。

 2.1.2 WDCS服务器硬件架构

 WDCS服务器的硬件设备,我们可以使用一般的Pc或者Notebook来完成,操作系统选择Windows版本,必须同时拥有Bhetootll与mEE 802.1 1等两种硬件装置。

 2.1.3 WDCS客户端硬件架构

 WDCS客户端(遥控器)硬件要求可以跟为两种类型,一种是使用PDA,另外一种为PC或者Notebook,不仅可以利用有线网络来使用,也可以利用Bluetooth与区域网等无线网络通讯技术作为连线,因此需要有Bluetooth Module与Wireless LANCard等其中一种硬件设备。

 2.2 WDCS的软件架构

 介绍WDCS的软件架构。也将分为三个部分来说明。第一部分为WDCS主机主体架构,第二部分为WDCS服务器与WDCS主机的控制架构。第三部分为WDCS服务器与WDCS客户端的通讯架构。使用汇编语言作为开发WDCS主机主体架构的开发语言。流程图如一。

图1 WDCS主机的主程序流程图
图1 WDCS主机的主程序流程图


    WDCS的基本架构分成四步.第一步是基本的系统运作,包含系统环境及初始值设定等。第二步是计时器发生中断。负责传送或接收信息。第三步是判断输入输出的信息是否正确。第四步是负责开门动作。

 输入方面该系统提供4x4键盘作为输入设备,包含9个数字键、2个方向键、3个功能键,使用者可使用这些键选择功能表单.以及输人与修改用户名和密码,并控制继电器做开门关门的动作,进而达到门禁的目的。如图二所示,WDCS主机提供了五项功能的选择:Keyboard主要功能是让用户经由终端键盘或者本机键盘输入密码.首先以方向键选择到Keyboard后按下Enter键,在输入User Name和Password,如输入正确则开门,并送回信息到LCD显示屏与WDCS服务器,如输入错误系统会分别要求重新输入。CardReader功能是让用户经由读卡头刷卡输入密码.首先以方向键选择到CardReader后安下Enter键.在输入User Name和Card.如输入正确则门禁会打开.并回送讯息到LCD显示屏与WDCS服务器.如输入错误系统分别会要求重新输入和重新刷卡。Set User P/W(Password)功能是修改使用的密码.首先以方向键选择到Set User P/W后按下Enter键,在输入User Name.如果正确则继续输入New User P/W和再输入确认New User P/W一次.如输入无误则成功更改新的密码并回送信息到LCD显示屏与WDCS服务器。如输入错误系统分别会要求重新输入User Name和Set New User P 。Set CardNo.功能是让用户设定新卡号码,首先以方向键选择到Set CardNo.后按下Enter键.再输入User Name.如果正确则继续输入New Card No.和在刷入确认New Card No.一次,如刷入或刷入错误.系统分别会要求重新输入User Nam e和重新Set CardN0_o最后Set User Name功能是设定用户的名称,首先以方向键选择到Set User Name后按下Enter键.再输入User Nam e.如果正确则继续设定New User Name和再输入确认New User Name一次.如输入无误则成功设定New User Name并回送信息到LCD显示屏与WDCS服务器如输入错误系统分别会要求重新输入User Nam e和Set New User Name。

图2 WDCS主机提供的五项功能
图2 WDCS主机提供的五项功能


    第二部分是WDCS服务器与WDCS主机的控制建构.首先将WDCS主机启动。然后WDCS服务器开启已安装服务器版本程序.并启动RS232口连接到WDCS,即可下达指令与输入User Name和User Password.在WDCS主机即会回传成功登入或者错误信息到WDCS服务器。

 第三部分是WDCS服务器与WDCS客户端的通讯架构.在WDCS服务器启动已安装好的服务器的程序.并启动R232通信口与Winsock服务器.等待WDCS客户端连线.客户端须指定服务器IP位置或者服务器名称及服务器的端口号.才可以连线到服务器,并进行下达指令与输入User Name和UserPassword.在WDCS主机会回传成功登录或者错误信息至WD—CS服务器。

 3 系统的整合与测试

 系统的整合与测试分为三个步骤,第一个步骤是WDCS服务器与WDCS主机的连接,第二个步骤是WDCS客户端与WDCS服务器的连接,第三个步骤是将前面这两种系统整合与测试。

 3.1第一步首先为了测试WDCS服务器与WDCS主机部分的效果,使用一台笔记本电脑当作WDCS服务器并安装WDCS服务器Windows版本程序,利用笔记本上的USB口,以R232的通讯技术作为两端设备的连接,因为此笔记本电脑上没COM El,所以使用了一条USB转R232线,功能用来将USB口转成9Pin COM 口在连接到WDCS主机的UART Port。当两端设备就绪后就启动WDCS服务器上的程序,并打开程序的通讯口。

 3.2第二个步骤WDCS服务器与WDCS客户端为了测试此部分的效果:使用两台笔记本电脑当作是WDCS服务器与WDCS PC客户端,并安装WDCS服务器Windows版本程序和WDCS PC客户端Windows版本程序,在WDCS服务器装置Bluetooth Dongol和Wireless IEEE802.1lb的网络卡。在WDCSPC客户端,装置Wireless IEEE802.1lb的网络卡或者网线,同时使用两台PDA当作是WDCS客户端分别安装WDCS客户端Windows CE版本程序,并在其中一台启动蓝牙模块和在另一台PDA上安装Wireless IEEE 802.1 lb网卡.首先在WDCS服务器装好Bluetooth Dongol、Wireless IEEE802.1lb的网卡、WDCS服务器Windows版本程序, 并启动Microsoft Ac—tiveSynczTool,同时开放在WDCS服务器上的门禁系统程序,设定好Local Port,并启动门禁系统程序。开启WDCS客户端,其中一台PDA启动蓝牙模块后必须以Microsoft ActiveSynczTool方式与WDCS服务器做蓝牙通信协议同步.然后与其他WDCS客户端,开启门禁系统程序,设定好要连上终端WDCS服务器的Ip与Port。

 3.3第三个步骤是系统整合与测试系统,此步骤主要是结合前面两种系统WDCS客户端与WDCS服务器的网络连接,WDCS服务器与WDCS主机的系统连接,在WDCS客户端与服务可以网络连线,且WDCS服务器也可以控制WDCS主机的情况下,所以依照程序上操作步骤进行,首先将测试用户由WD—cs服务器控制WDCS主机,达到门禁通行、功能切换与更改用户名及密码。步骤如下:用户先确定是要登录还是要使用更改功能.如欲登录须确定以何种方式登录,方式又两种,由1Key—board方式登录者和由2Insercard方式登录者。

 4 结束语

 本文作者创新点:通过设计了一套全方位完整的无线门禁系统,以89C51的微处理器作为门禁控制主机,并利用手持嵌人式系统(PDA)作为开发平台。进而结合了无线通讯技术(蓝牙,WEAN)与无线网络的特性,能够针对多样化的环境,提供视觉化与方便性的界面给用户。帮助用户快速地掌握操作的方式,并符合安全性与扩充性的要求。本系统同时也可以应用在不同的信息家电系统中,提供了一个非常具有弹性的开发模式,有别于一般传统市面上单一性质的产品。在本系统中,我们实际测试应用与一般市面上的电子锁,下达指令成功的将电子锁打开。并在系统设定时间(5s)电子锁自动执行关门的动作。由于电子锁价格不菲,且未有实际的运通,因而未采购此产品。对于未来地方方向可以将蓝牙模块移植到单片机上,以达到小而美且功能强大的产品,符合蓝牙在个人无线通讯设备具有的特色。

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