门禁系统设计

课程设计报告

课程名称：嵌入式系统课程设计

学生姓名：叶文成

学号：201016020204

专业班级：通信工程10102班

指导教师：杨峰

完成时间：2013年6月19日

报告成绩：

评阅意见：

评阅教师日期

用嵌入式网络技术对门禁系统设计

1、课程设计要求

设计基于ARM和嵌入式实时操作系统的网络设备. 该设备在实时记录某一场所内准确人数的同时，能通过以太网告知门禁系统现场的人数. 满足某些需要远程实时获取某一场所准确人数的工业和科研场合的需求。

2、课程设计目的

（1）熟悉嵌入式系统ARM芯片工作原理以及如何使用

（2）了解门禁系统设计规则以及它是如何工作的

（3）熟悉Protel软件的使用以及仿真

3、所用设备及软件

计算机，Protel软件，Matlab6.5软件等。

4、门禁系统简介

目前使用较多的是指纹单机门禁系统，其采集、处理和识别都在一个控制系统中完成，只适用于小系统和安装位置集中的单位，且通信线路专用，安装好后不易于更换管理中心的位置。在大系统和安装位置分散的单位，单机门禁系统必然耗费较大且效率不高。因此有必要采用TCP/IP的网络型门禁控制系统，实现网络控制和远程控制。

系统采用指纹采集作为门禁系统的前端部分，由于指纹识别具有唯一性、不变性和贴身性的特点，使它成为一种安全有效的身份验证方法。另外，系统采用基于TCP/IP协议的网络型门禁控制器是通过局域网传递数据的，管理中心随时可以变更，不需要重新布线，很容易实现网络控制和远程控制，并且指纹的处理和识别可以在运算速度更快的管理中心实现，这样控制器功能简单，而且多个控制器可以连接到一个服务器，提高了门禁系统控制和管理的效率。

5、门禁系统设计

5.1门禁系统组成

门禁系统由门禁控制器、读卡器、出门按钮、通讯集线器、感应卡和管理软件组成。

5.2门禁系统工作原理

门禁系统实质上应用自识别技术，在进出门的每个人的出入凭证与各个门的锁具开闭之间实现逻辑控制关系。根据出入凭证与识别方式，目前的门禁系统工作方式可分为生物识别方式、密码识别方式、卡片识别方式三种。

生物识别方式的门禁系统是通过检验人员生物特征等方式来识别进出。研究表明。人的指纹、掌纹、面孔、发音、虹膜、视网膜、骨架等都具有唯一性和稳定性的特征。基于这些特征，人们发展了指纹识别、面部识别、发音识别等多种生物识别技术，其中的指纹识别技术更是生物识别技术的发展热点。

人体生物特征识别系统主要类别有：指纹比对；掌形比对；脸面比照；视网膜比对；虹彩比对；面部特征的识别系统；声音生物特征识别系统；签字动态识别系统；按键动态识别系统。

键盘密码式和接触卡式识别技术，在特定的时期，曾起过很大的作用。但无论是从保密方面还是实用角度，都显得很落后，它们已逐步被淘汰。非接触式IC卡又称射频卡，与接触式IC卡相似，卡内没有电源，有存储器，但非接触式IC卡表面没有触点，而是在卡片内增加了一个电感线圈。使用者在进门前将卡片靠近读卡器，电感线圈在读卡器内发射装置的激励下产生微弱电流，保证卡内芯片工作，并以电磁方式将信息返回给读卡器。这种门禁系统的卡片与读写设备之间无接触，开门方便安全，使用寿命长，可联微机，有开门记录，可以实现双向控制，卡片很难被复制，安全性高，因此会是今后门禁系统的发展方向之一。

5.3门禁系统工作原理框图

图1门禁系统原理框图

5.4门禁系统设计内容

本设计基于ARM芯片，利用网络门禁技术TCP/IP设计一个指纹识别门禁系统，内容分为指纹识别的算法研究和ARM门禁控制器硬件实现两个部分。在以往算法的研究基础上，利用指纹图像灰度梯度和方差的结合对指纹分割方法进行改进，该门禁系统以ARMS3C2410为核心和嵌入式操作系统Linux的基础上，设计指纹识别的以太网门禁控制系统，本文具体内容主要有以下几个方面：

(1)系统整体方案概述和设计：根据系统功能要求，设计指纹识别以太网门禁系统，重点阐述了其中关键模块的硬件设计。

(2)指纹识别算法的理论分析和仿真：研究了指纹识别算法，主要包括指纹图像预处理以及指纹图像的特征提取和匹配两部分。

(3)系统软件总体设计：阐述了门禁控制系统软件的总体设计。

6、门禁系统硬件设计

6.1 系统硬件总体设计

6.1.1 系统概述及设计原则

门禁管理系统是新型现代化的安全管理系统，主要用于管理重要部门出入口，是实现安全防范管理的有效措施，适用于各种重要部门，如企业、政府、银行、宾馆、金融贸易楼和综合办公楼等。

门禁系统一般分为独立型和联网型，联网型门禁系统通讯方式常见的有RS232、RS485、CAN和TCP/IP，采用TCP/IP通讯方式的联网型门禁系统简称为TCP/IP网络门禁系统。相对其它通讯方式，基于TCP/IP网络通信的门禁系统通过局域网传递数据，更容易实现远程控制和分布式管理。

从门禁锁的控制方式来看，主要有钥匙、密码、磁卡、IC卡等。随着现代生活对安防水平要求的提高，从目前已有的门禁锁具的控制方式来看，存在着一定的安全隐患，钥匙、密码和磁卡容易复制、窃取；IC卡的安全性较高，但也容易丢失。因此，现在人们心目中的门禁锁具必须具有方便、安全，美观等特点。随着计算机技术的飞速发展，基于人体生理特征的身份识别系统逐渐被人们开始采用，目前，从实用角度看，指纹识别技术要比其它生物识别技术更安全和方便。

基于指纹识别的TCP/IP网络门禁系统方案设计的前提是满足用户的各种需求，利用系统强大的功能以及良好的性价比，让用户得到最好的服务和最大的利益。方案的设计原则：实用性、稳定性、安全性、可扩展性和易维护性。

6.1.2 系统组成及功能

一般RS485门禁控制器只支持128台或者256台设备联网，而TCP／IP门禁控制器理论上可以支持无限多台门禁设备。所以TCP／IP网络型门禁控制器是最适合大型大面积的门禁系统联网的。例如供电部门的变电站门禁的联网管理、银行储蓄所的门禁管理等都适合这种模式。互联网的门禁系统结构如图2-1所示。