基于ARM的门禁系统的设计

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2012.09

门窗专栏

基于ARM 的门禁系统的设计

李晓强

西安理工大学高等技术学院

摘

要：门禁系统是在传统门锁基础上发展而来的。近年来，随着自动控制技术、计算机技术、感应卡技术、生物识别技术

等的发展，门禁系统得到了飞跃式的发展，其应用领域也更加广泛。但随着科技的发展，人们对门禁系统也提出了更多的实际功能要求，而目前市场上的门禁系统大多是基于单片机的理念设计的，这种门禁系统由于速度、接口和性能等方面的限制，已很难甚至不能满足人们的各种生活需求。因此设计一种高速度、高性能、低功耗、低成本且益于扩展的门禁系统迫在眉睫。考虑到ARM 处理器具有较高的处理效率以及对各种操作系统的良好支持，本文提出了一套新型的门禁系统设计方案———

基于ARM9的嵌入式门禁系统。此系统消除了以往门禁系统中依赖单片机作为主要控制芯片而导致的各种缺点，并将人体生物特征应用其中，利用人体生物特征的唯一性大大提高系统的安全性，促进其不断向前发展。

关键字：ARM9；嵌入式门禁系统；人体生物特征

1研究背景

如今，门禁系统已逐渐发展成为一套现代化的、功能齐

全的管理系统，它不仅仅作为人员进出的管理使用，而且还能提供公司或小区内部的有序化管理，出入口的实时视频监测等功能。在一些发达国家，门禁系统已经相对成熟，广泛地应用于智能小区、办公室、宾馆的各种房门、大门、人行通道管理方面。在国内，门禁系统也呈现出了迅猛发展的势头，在各种领域开始应用。目前，从国际、国内研发的门禁系统的控制手段来看，主要有键盘输入密码式门禁系统、接触式卡门禁系统、非接触式IC 卡门禁系统、生物辨别系统等。虽然目前的门禁系统也能完成一些相应的基本功能，但其核心处理器大多主要依赖单片机来实现，扩展能力等有限，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、性能和价格比合理等特点，已在实际生活中得到了广泛的应用。现以ARM9作为核心处理芯片，通过通信管理器完成主机与门禁控制器的通信，通过对门磁开关、门控开关、防盗报警探测器等传来的信息进行识别、分析，从而有效地监视并管理门的开与关，保证授权出入人员的自由出入，限制未授权人员的进入，对强行侵入的行为及其他异常情况予以报警等，以实现对出入事件或人员的有效检索管理。

2系统设计原则探讨

作为安全防范系统的重要部分，门禁系统正以远远高于

其他安防产品的速度快速向前发展着，这与它遵循的设计原则是密不可分的。

系统的设计一般应遵循以下原则：①安全性———设备及配件要符合安全标准，并能防人为破坏；②易扩展性；③易维护性———

维护工作要尽量简单易行，无需使用过多专用工具；④先进实用性———使用的技术要先进，且在未来几年内不会被淘汰，但不可使用不成熟的新技术或不实用的新功能；⑤稳定可靠性———系统要运行稳定且保存和恢复设置方便；⑥实时性。

3系统的功能模块设计

本文研究的门禁系统主要由门禁控制器、管理主机、通

信管理器、电控锁、读卡器、开门开关等构成。

3.1门禁控制器的功能设计

门禁控制器是门禁系统的核心，是主要的功能实现者，

主要功能包括：初始化设置，读卡权限验证，开关门控制，前端信息的采集、传输和处理，考勤功能，设备I/O 检测，人员信息管理功能，报警处理功能和网络通信功能等。其中，网络通信主要负责与主机的数据传输管理，接收管理器的配置信息，进行相应的处理并组织报文发送相应信息。

门禁控制器将数据发送给远程主机，通过验证某一张卡是否为有效卡以及该卡是否达到开门权限，从而控制电控锁的开关。它正常运行时，若无用户动作及异常情况，则其处于空闲状态；若有异常发生则进行报警处理。

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3.2

通信管理器的功能设计

通信管理软件作为主机的辅助设备，通过局域网与控制器互联，主要完成如下工作：对门禁控制器的基本参数设置；远程控制节点控制器，收集、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；端口属性设置，用户属性配置；信息的上传和下载功能等。

其中控制器的基本参数设置完成其初始化设置、系统复位、时间校正等。

4系统硬件设计

硬件是软件运行的基础，它为软件的运行提供物理平台

和通信接口。该系统的硬件平台主要包括：嵌入式处理器、输入输出设备、存储器、显示装置、报警装置、电源管理及外围电路等。

4.1嵌入式处理器

嵌入式处理器采用韩国Samaung 公司的基于ARM9内

核的S3C2410芯片，该芯片接口模块丰富且适用面广。

4.2输入输出设备

它主要完成与系统外部的信息交换。

4.3

显示装置

它主要通过液晶(LCD ）显示器来显示门禁节点控制器中

相关的信息。为保证LCD 正常工作，一定要确保硬件的连接正确。

4.4存储器

存储器也是构建嵌入式系统的重要部分。虽然存储器的

选择依赖于处理器的选择，但是就功能需求来说，需要考虑容量大、性能稳定的存储器。其中，FLASH （闪存）可多次擦写、存储速度快、容量大、价格便宜。它可存放门禁节点控制器中的各种配置信息，事件记录信息，用户应用程序以及其他系统断电后需要保存的数据等。

4.5报警装置

它主要通过蜂鸣器来实现，当系统检测到非注册人员登

录或者试图通过强拆门锁进入时，系统就会启动蜂鸣器，发出持续报警声。

4.6电源管理

嵌入式系统对功耗极为敏感。系统功耗可通过变换电源

模式获得较好的控制。

4.7外围电路

本系统是一个完整的嵌入式系统，根据实际的应用还需

要以下通信接口：

a)RS-232串行接口：系统需要通过该串口下载程序和

进行串行通信；

b)Ethernet 接口：在Internet 迅猛发展的今天，网络已无

处不在，因此在该系统中以太网接口也是不可缺少的；

c)其它接口：I2C 现场总线接口、串行外围设备接口SPI 等。

5系统软件设计

本系统整体的软件设计主要包括以下几个部分:硬件的

加电初始化；指纹的采集、处理和识别；电控锁的开启；液晶显示提示信息等。系统采用一个无限循环函数，通过在循环体中调用各个功能模块来完成相应功能。对整个系统而言，指纹代码的编写是其关键和核心部分，系统的精度绝大部分取决于指纹识别算法的优劣。

当有指纹采集时，就进入指纹数据采集和处理模块，处理结束后，又重新退回低功耗等待模式，等待其他操作。同理，当有读卡数据或时钟设置响应时，便进入相应的操作模块进行处理。

为了使系统各功能模块能正常工作，还需要做如下工作：对于硬件方面，要对LPC2136的相关引脚、相关器件的寄存器等进行初始化设置，同时还要设置中断的优先级；至于软件方面，若第一次使用该系统，则要初始化设置控制器的相关状态信息、系统配置信息以及人员索引表。

6结语

随着科技的发展和人们对自身财产安全的高度重视，门

禁系统已渐渐成为人们日常工作和生活中非常重要的组成部分。近年来，ARM 体系结构在门禁、监控等领域正发挥越

来越重要的作用，也被广泛运用于工程领域。本文结合嵌入式系统和生物识别技术，设计了基于ARM9的门禁系统。该系统利用通信管理器来实现主机和门禁控制器的通信，试运行稳定可靠，但在传输距离和布线方面会受到局限，若能采用无线收发模块来完成它们的通信，就能省去布线的麻烦，提高门禁系统的适应性，针对这一点，将在以后的工程项目中进一步完善，使其具有更好的发展前景。

参考文献：

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论文.20030201.

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