基于嵌入式的门禁考勤系统设计

《嵌入式系统及接口技术》

（课程论文）

基于嵌入式的门禁考勤系统设计

专业班级：机械工程1408班

学号：1049721402850

学生姓名：卢舸

指导教师：朱宏辉

基于嵌入式的门禁考勤系统设计

卢舸(1049721402850)

摘要:提出了一种嵌入式门禁考勤系统的设计方案。首先阐述了门禁考勤系统软件的总体设计方案，对门禁控制系统软件实现的关键技术进行研究，完成了嵌入式门禁系统的详细设计。在本文设计实现的嵌入式门禁考勤系统中，实现了使用射频卡进行刷卡门禁控制功能，并可以根据用户刷流水一记录进行考勤。系统通过门禁考勤管理系统可以方便灵活的设置门禁时间，编制节假日与加班的门禁考勤班次。从功能上极大的满足了中小型企业的安全管理需求。嵌入式门禁考勤系统可以对门禁管制区域进行有效的控制，实现网络化智能化的门禁管理。

关键字:嵌入式；门禁系统；Linux；控制器

0 引言

随着科学技术的不断进步，人们对工作、生活的自动化水平提出了越来越高的要求，智能建筑的日益流行对于楼宇管理自动化和安全监控也提出了更高的安全性和可靠性要求，门禁考勤系统就是为了满足人们对现代化办公和生活场所的更高层次安全管理的需要应运而生的。

早期的门禁系统都是基于单片机理念设计的，这种门禁系统虽然可实现基本的门禁控制功能，但系统结构和功能相对单一，处理效率低，存储容量小，已经不合时宜，它们不能满足现在对于门禁系统的主动性、实时性、灵活性及其可扩展性的需求。

近年来，随着嵌入式技术与感应卡识别技术的迅速发展，以及二者的结合为嵌入式门禁考勤系统的诞生提供了强有力的平台。嵌入式门禁考勤系统集成嵌入式系统实时、稳定、可靠，具有网络支持的特点和感应卡识别方式安全、方便、快捷的优点，可以实现对门禁管制区域的安全、高效、可靠的智能化管理。

本文设计和实现一套实用的嵌入式门禁考勤系统，使系统可实现门禁管制区域高效、稳定、可靠的智能化控制和管理。

1 门禁系统概述

门禁系统是安全技术防范领域的重要组成部分，是解决重要部门出入口实现安全防范管理的有效措施，由门禁控制器单独控制或者通过计算机服务器通过网络实行远程控制来实现对出入口的安全管理。门禁系统通常由门禁控制器、门禁识别器、出入凭证、电控锁、门禁软件、电源和其他相关门禁设备几部分组成。作为高科技安全设施，门禁系统在各企业的安全防范中占有举足轻重韵作用，其应用领域越来越广，近几年在国内得到广泛的发展和普及，目前正朝着网络化与智能化方向发展。

门禁系统按与微机通讯方式可分为以下三类:

(1)单机控制型

就是一个机子管理一个门，不能用电脑软件进行控制，也不能看到记录，直接通过控制器进行控制。特点是价格便宜，安装维护简单，不能查看记录，功能单一。

(2)485联网型

就是可以和电脑进行通讯的门禁类型，直接使用软件进行管理，包括卡和事件控制。所以有管理方便、控制集中、可以查看一记录、对一记录进行分析处理以用于其它目的。特点是价格比较高、安装维护难道加大，但培训简单，可以进行考勤等增值服务。适合人多、流动性大、门多的工程。

(3)TCP/IP网络型

产品的技术含量高，目前还不多见，只有少数几个公司的产品成型。它的通讯方式采用的是网络常用的TCP/IP协议。这类系统的优点是控制器与管理中心是通过局域网传递数据的，管理中心位置可以随时变更，不需重新布线，很容易实现网络控制或异地控制。适用于大系统或安装位置分散的单位使用。

目前，门禁系统已成为安全防范系统中极其重要的一部分，在一些发达国家中，门禁系统正以远远高于其它类安防产品的进度迅猛发展。门禁系统之所以能在众多安防产品中脱颖而出，根本原因是因为其改变了以往安防产品如闭路监控，防盗报警等被动的安防方式，以主动控制替代了被动监视的方式，实现对进出口的重要通道的智能安全管理。

门禁系统不仅可用于智能大厦或智能小区，还可应用在远程控制、停车场控制、电梯控制、交通管理或与其他系统联动控制等多种控制场合，其应用范围越来越广。

2 嵌入式门禁考勤系统组成

嵌入式门禁考勤系统由嵌入式门禁控制器、门禁考勤管理系统、读卡器、电锁、门磁、开门按钮、报警器、网络传输设备等组成。其系统结构如图1所示。

图1 嵌入式门禁考勤系统结构图

门禁控制器是本次系统设计功能的主要实现者。它负责监视端口信号输入和读卡器的输入，并根据输入的数据进行相应的控制。监视的信号包括:「]磁状态、按钮状态和读卡器的输入等信号的监视。输出信号主要包括:开/关门信号、报警信号，用于打开/关闭门和启动报警器报警。控制器接受管理系统的配置信息，对本身运行的参数进行设置，配置信息包括:控制器的网络参数(IP地址、端口、网关、掩码等)、用户基本信息、节假日参数、时区参数、防区参数等，也可接受远程控制命令，进行远程控制和实时监控。门禁考勤管理系统负责控制器的参数配置，如端口参数、读卡器参数、用户数据、节假日时段等的设置，并对控制器上传的一记录进行收集管理，可对控制器实施远程控制和实时监控。

读卡器属于系统的前端设备，它的主要用途是读取出入凭证卡内部的用户信息，将数据传送给门禁控制主机，从而进一步控制电子门锁的开/关。门禁控制主机还可以和不同的读卡器相搭配，可以让用户有更多的选择，系统的灵活性大大提高。本系统采用的RFID读卡器和韦根读卡器。开门按钮主要是方便用户从内向外开门，同时作为门禁控制主机的输入信号之一，给门禁控制主机的某些业务逻辑处理提供判断依据。有些管制区域的安全性要求不是很高，不要求双向管制的话，仅安装开门按钮就可以了。否则，就需要在门的两边都安装读卡器，实行双向管制。

门磁专门用于检测门的开关状态，作为门禁控制主机的输入信号之一，为门禁控制器的逻辑控制提供依据。例如，系统通过检测门磁信号，可以判断开门是否超时，是否非法开门。如检测到为非法状态，系统将发出报警信号，并记录事件。电控锁是门禁系统中的执行部件。主要是控制门的开关，根据门的材料的不同可选取不同的锁具。

警报器同样受到门禁控制主机输出信号的控制，专门用于意外情况的报警工作。如控制器被破坏、非法开门等。

网络传输设备完成控制器与管理系统的通信连接，包括双绞线和集线器、交换机等。

3 嵌入式门禁考勤系统设计

传统的门禁考勤系统中，在简单硬件基础上进行简单的设备控制或数据采集，并不需要特别操作系统的支持。本次设计中，门禁控制器可独立地对出入口进行监控，而且还能通过网络与管理系统互联共同完成对门禁管制区域的监控和管理，因此要求控制器必须有网络的软硬件支持，包括一个TCP/IP协议栈和相配合的网络硬件驱动。所以，本设计必须选择使用某种操作系统。结合所选用的硬件，考虑成本问题，选用嵌入式Linux操作系统作为门禁控制器的操作系统。

嵌入式门禁考勤系统的功能是对整个门禁管制区域进行有效的控制和管理，主要由门禁考勤管理系统和嵌入式门禁控制器两部分组成。其中嵌入式门禁控制器是整个系统功能的主要实现者和执行者，门禁管制的功能通过控制器的作用得以体现。

3.1嵌入式门禁控制器主控模块的设计

嵌入式门禁控制器是门禁系统的核心控制部分，它完成所有的门禁管制逻辑业务。门禁系统的稳定性、可靠性、高效性取决于门禁控制器的合理设计。控制器工作流程图如图2所示。