嵌入式门禁系统软件的总体设计

    1 嵌人式门禁系统的需求分析

    1．1设计目标

    本次设计要求嵌入式门禁系统能够有效地对出人口进行安全管制，系统可自检查询各个输入端口状态，如有异常则报警，如有用户刷卡，则进行权限验证，根据验证结果发出相应的输出动作信号，并对系统运行过程中产生的事件进行记录和管理。上位机管理系统可通过网络对控制器进行参数配置和监控，控制器在参数配置完成之后，可独立完成对门禁管制区域的监控。

    l. 2功能需求

    本次系统谢十具体的功能需求如下：卡片使用模式：可采用非接触式RFID卡和韦根卡；刷卡开门：用户进入门禁管制区域时需刷卡，读卡器读取信息后，将信息传输到主机，主机首先判断该信息是否合法，如合法则发出开门指令，不合法则发出报警，同时记录用户刷卡事件；按钮开门：对于安全级别较低的门禁管制区域或者不需双向管制的区域，用户可选择按钮开关门；出入等级控制：系统可任意对卡片的使用时间、使用地点进行设定，即对不同的卡片进行时区管制和节假日管制、有效期管制、访问区域的管制。具有合法权限的用户才可开门，对非法行为系统将会报警。

    不同的用户的时段和访问区域可编程设置，同时对某些安全性较高的门禁区域，必须有多卡认证功能，必须多用户在规定时间内刷卡才能开门；报警功能：如发生控制器异常、非法卡开门、强制开门、开门超时、读卡器或者控制器被破坏等事件时则系统将发出报警信号、并记录事件；定时事件：系统可设置定时事件，对某些门禁管制区域实施定时开关门处理；互锁判断功能：系统可对某些管制区域设置互锁条件，当输人端口状态满足互锁条件的时候方可进行开关门处理；局域网互联功能：门禁控制器可通过局域网与管理系统互联，共同完成对出入口的监控和管理。上位机管理系统可对控制器进行参数的设置和初始化，并对控制器的记录进行收集管理，可增加、删除、更新用户信息，节假日信息、时段信息等；远程控制：门禁管理系统通过网络可远程控制门锁的开启和关闭；实时监控：门禁管理系统实时监控各个门的状态和用户的刷卡信息；时间校正：上位机管理系统可对门禁控制器进行时间的校正；记录存储功能：系统可将门禁控制器运行产生的所有用户刷卡事件、报警时间等记录，便于进行用户的考勤管理和发生事故后及时进行处理。

    2 系统软件的总体设计思想

    由于嵌入式门禁控制器的特殊应用环境，要求该控制器能够在独立运行模式和在网络运行模式在均能够正常运行。因此在设计时必须考虑这两种运行模式，能够方便切换。系统由门禁控制器和门禁管理软件两部门组成。在联网模式下，门禁管理软件负责对控制器的参数配置、实时监控及其记录的收集管理。控制器在配置完参数之后可独立对整个门禁管制区域进行有效的监控管理，并记录门禁管制过程中发生的事件。

    与传统的单机控制型门禁系统相比，嵌入式门禁系统管理中心的位置可以随时变更，不需重新布线，很容易实现异地控制，具有良好的灵活性与及时性，极大地扩充了门禁系统的应用领域。由于采用嵌入式Linux操作系统和嵌入式数据库SQLite，系统运行更加稳定、高效，同时也方便了系统功能和眭能的扩展和优化。

    本次系统设计中控制器的运行平台，采用了嵌入式Linux操作系统。控制器的数据库，采用了小巧灵活的嵌入式数据库SQLite。上位机管理系统采用Windows XP操作系统，采用Vc++6D进行界面开发。

    3 门禁控制器的功能模块设计和工作流程

    3．1门禁控制器的功能模块设计

    门禁控制器是本系统谢十主要的功能实现者，主要包括系统初始化设置模块、读卡权限验证模块、开关门控制模块、报警处理模块、设备I^)检测模块、控制器底层信号处理模块、网络通信模块。其软件结构采用组件图来表示，如图1所示。 

图1门禁控制器软件结构图

    系统初始化设置，完成系统的各个端口的初始化设置，读卡器的配置，及其网络的配置。读卡权限验证完成用户刷卡及其刷卡后的权限验证，主要包括卡号的读取、用户权限验证、用户时段判断、节假日判断，结果将作为开关门的依据。开关门控制模块完成对电锁的开关控制，主要根据用户信息验证结果和开关的动作信号及其互锁条件来控制。

    设备FO检测模块完成系统输入端口状态的检测，并采取相应的输出动作处理。检测到端口输入异常时则报警，如非法开门、控制器被破坏、开门超时等事件。检测门磁状态，并进行相应的处理。报警处理模块完成系统异常时的报警处理，或者输入端口状态满足自动报警条件时的报警处理。底层处理模块：完成读卡器的信号处理，门锁控制信号和报警输出信号处理，门磁和防拆除等输入信号的处理，以上处理过程都是通过调用相应驱动的API函数来实现的。

    网络通信模块：主要负责与上位机门禁管理系统的数据传输处理，接收管理系统的配置信息，进行相应的处理并组织报文发送相应信。

    3．2嵌入式门禁控制器的运行状态

    嵌入式门禁系统的主要功能就是进行区域管制，其中控制器负责整个门禁管制区域的控制管理，可独立运行也可与门禁管理系统联动共同完成对出人口的控制和管理。门禁控制器的运行状态转换图如图2所示。控制器正常运行，如无用户动作及端口异常情况，则控制器处于空闲状态；如需进行网络通信则进行通信处理；如发生异常则进行报警处理；当用户有动作时则进行权限验证及其开关门处理。 

图2门禁控制器运行状态图

    3.3门禁控制器的工作流程

    门禁控制器启动之后，如果是处在独立运行模式下，则首先对各个端口、网络及其读卡器进行初始化配置，系统配置完之后，将进行系统I／O检测，查看各个端口的状态是否异常，如有异常，系统将报警。在控制器正常运行情况下，如有用户刷卡，则进行用户权限验证，验证通过，发出开门信号，如是非法卡，则系统将报警，并记录事件。用户也可通过按下开关门按钮对门锁进行控制。如果在联网模式下，控制器启动通信线程，并接受门禁管理系统的配置和监控，可实时上传门禁事件。

    3A门禁管理软件的的功能模块设计

    门禁管理系统通过局域网与控制器互联，主要完成对门禁控制器的基本参数设置、端口屙陛设置、用户属性配置、节假日及其时段设置、记录的收集和管理、实时监控，其软件功能结构图如图3所示。 

图3门禁管理软件功能结构图

    控制器基本参数设置完成控制器的初始化设置、系统复位、控制器IP参数的设置、控制器时间的校正等。

    端口属性设置模块负责控制器输入输出端口的设置，如门的属性设置，互锁条件没置，报警条件的设置、读卡器的设置等。

    用户权限设置完成用户居I生的设置、读取和更新，如用户卡类型、用户编号、卡号、节假日是否加班、卡的有效期、用户所属时段等等。

    节假日时段设置某快完成门禁管制的日寸段、节假日、休息日等的设置、更新、读取及其删除等功能。

    实时监控模块完成对门禁的实时控制及其远程控制。远程控制门锁的开关，监控门磁状态，及其各个门的刷卡事件。

    记录的收集和管理主要完成对门禁控制器上传的事件的记录及其管理，如考勤记录及其异常事件报警记录等。

    (文/杭州师范大学钱江学院，姚建强)