無線網絡技術應用于門禁系統設計

文章出處：http://www.katarog.com 作者： 人氣： 發表時間：2013年02月09日

    摘 要：本文中提供一套無線門禁系統WDCS（WirelessDoorControlSystem）通過無線藍牙技術與IEEE802.11和以太網結合，來分別利用區域網絡與網際網絡的方式控制門禁系統，以提高門禁系統的方便性與安全性，并適合于現今多樣化環境與需求。本系統分別以PDA（PersonalDigitalAssistant）與Pc兩種不同系統作為開發平臺，分別設計出適用于藍牙通訊協議、IEEE802.11通訊協議與RS232通訊協議的三種不同的版本。再結合以單片機為主題的門禁系統主機，發展成一個多功能的無線終端遙控門禁系統，進而達到安全性與方便性。

    1引言

    近幾年來，由于無線網絡快速發展以及其速率提升，價格下跌，因此吸引了許多用戶開始使用無線網絡。無線網絡具備可隨意移動、隨時上網與其架設方便的特性。故有別于傳統有線的連接方式。而有著更大的方便性。而目前主要的無線通訊技術有IEEE802.11、藍牙（Bluetoth）~ll傳感器網絡SensorNet—work）等。本文中提供一套無線門禁系統WDCS（WirelessDoorControlSystem）通過無線藍牙技術與IEEE802.11和以太網結合，來分別利用區域網絡與網際網絡的方式控制門禁系統，以提高門禁系統的方便性與安全性，并適合于現今多樣化環境與需求。本系統分別以PDA（PersonalDigitalAssistant）與Pc兩種不同系統作為開發平臺，分別設計出適用于藍牙通訊協議、IEEE802.11通訊協議與RS232通訊協議的三種不同的版本。再結合以單片機為主題的門禁系統主機，發展成一個多功能的無線終端遙控門禁系統，進而達到安全性與方便性。

    2系統的架構及其功能

    WDCS的有線方面是用戶在客戶端采用PDA制作無線遙控器來控制開啟門禁，并利用WindowsCE是32-bit即時性的嵌入式操作系統。而在有線遙控器方面是以一般的個人電腦來控制開啟門禁，并利Windows XP操作系統作為開發平臺。以一部電腦作為中央監控中心，在中央監控中心與監控點子系統間溝通使用一個監控閘道器，其CPU為ARM7為架構的EP7212芯片，并將一般的i386平臺使用的Linux編譯成ARM Linux作為其操作系統，當主機接受終端下達的指令后，通過藍牙通訊模塊將指令傳給監控點子系統。監控點子系統是以8051芯片為系統核心，用來監控環境電壓變化，透過藍牙通訊模塊將偵測信息傳回監控閘道器。再傳回中央監控中心。

    2.1WDCS硬件架構

    系統的硬件架構可以從三個方面來說明，第一部分為WD—cs主機，第二部分為WDCS服務器，第三部分為WDCS客戶端。

    2.1.1WDCS主機硬件架構

    WDCS主機硬件架構主要是以8051單片機作為中央控制器。外加4x4鍵盤、LCD顯示屏和EEPROM93C46密碼存儲器、繼電器等周邊元件，以作為WDCS主機的I／0裝置與密碼設定。當使用者從4x4鍵盤輸入用戶名和密碼，8051執行指令并與EEPROM93C46檢驗用戶輸入的信息是否正確，進而通過繼電器的功能來控制開門或者關門的動作，并將信息的結果傳到LCD與WDCS服務器。

    AT89C51是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內4kB可重擦寫的只讀程序存儲器（FPEROM）和128B的隨機存取數據存儲器（I認，兼容標準MCS51產品指令系統，32個可編程I／0口，2個l6位定時、計數器，6個中斷源，可編程串行UART通道。表格一為WDCS主機在89C51各個外界端口連接。在4x4鍵盤原理是利用列固定輸出與行讀入的電壓值，來當作該鍵鍵值。如當某一個按鍵被觸發時，所對應的行跟列會導通，列固定端輸出低電位，然后再去讀回行的電壓值，哪一行的電壓值低，表示該鍵被按下，解碼的公式為按鍵值=列×4+行。表格2為4x4鍵盤的輸入引腳和對應位置。在EEPPROM93C46作為存儲密碼，并且在電源消失后仍要能記錄。

    2.1.2WDCS服務器硬件架構

    WDCS服務器的硬件設備，我們可以使用一般的Pc或者Notebook來完成，操作系統選擇Windows版本，必須同時擁有Bhetootll與mEE802.11等兩種硬件裝置。

    2.1.3WDCS客戶端硬件架構

    WDCS客戶端（遙控器）硬件要求可以跟為兩種類型，一種是使用PDA，另外一種為PC或者Notebook，不僅可以利用有線網絡來使用，也可以利用Bluetooth與區域網等無線網絡通訊技術作為連線，因此需要有BluetoothModule與WirelessLANCard等其中一種硬件設備。

    2.2WDCS的軟件架構介紹

    WDCS的軟件架構。也將分為三個部分來說明。第一部分為WDCS主機主體架構，第二部分為WDCS服務器與WDCS主機的控制架構。第三部分為WDCS服務器與WDCS客戶端的通訊架構。使用匯編語言作為開發WDCS主機主體架構的開發語言。流程圖如一。

    圖1WDCS主機的主程序流程圖WDCS的基本架構分成四步。第一步是基本的系統運作，包含系統環境及初始值設定等。第二步是計時器發生中斷。負責傳送或接收信息。第三步是判斷輸入輸出的信息是否正確。第四步是負責開門動作。

    輸入方面該系統提供4x4鍵盤作為輸入設備，包含9個數字鍵、2個方向鍵、3個功能鍵，使用者可使用這些鍵選擇功能表單。以及輸人與修改用戶名和密碼，并控制繼電器做開門關門的動作，進而達到門禁的目的。如圖二所示，WDCS主機提供了五項功能的選擇：Keyboard主要功能是讓用戶經由終端鍵盤或者本機鍵盤輸入密碼。首先以方向鍵選擇到Keyboard后按下Enter鍵，在輸入UserName和Password，如輸入正確則開門，并送回信息到LCD顯示屏與WDCS服務器，如輸入錯誤系統會分別要求重新輸入。CardReader功能是讓用戶經由讀卡頭刷卡輸入密碼。首先以方向鍵選擇到CardReader后安下Enter鍵。在輸入UserName和Card.如輸入正確則門禁會打開。并回送訊息到LCD顯示屏與WDCS服務器。如輸入錯誤系統分別會要求重新輸入和重新刷卡。SetUserP／W（Password）功能是修改使用的密碼。首先以方向鍵選擇到SetUserP／W后按下Enter鍵，在輸入UserName.如果正確則繼續輸入NewUserP／W和再輸入確認NewUserP／W一次。如輸入無誤則成功更改新的密碼并回送信息到LCD顯示屏與WDCS服務器。如輸入錯誤系統分別會要求重新輸入UserName和SetNewUserP。SetCardNo.功能是讓用戶設定新卡號碼，首先以方向鍵選擇到SetCardNo.后按下Enter鍵。再輸入UserName.如果正確則繼續輸入NewCardNo.和在刷入確認NewCardNo.一次，如刷入或刷入錯誤。系統分別會要求重新輸入UserName和重新SetCardN0_o最后SetUserName功能是設定用戶的名稱，首先以方向鍵選擇到SetUserName后按下Enter鍵。再輸入UserName.如果正確則繼續設定NewUserName和再輸入確認NewUserName一次。如輸入無誤則成功設定NewUserName并回送信息到LCD顯示屏與WDCS服務器如輸入錯誤系統分別會要求重新輸入UserName和SetNewUserName。

    圖2WDCS主機提供的五項功能第二部分是WDCS服務器與WDCS主機的控制建構。首先將WDCS主機啟動。然后WDCS服務器開啟已安裝服務器版本程序。并啟動RS232口連接到WDCS，即可下達指令與輸入UserName和UserPassword.在WDCS主機即會回傳成功登入或者錯誤信息到WDCS服務器。

    第三部分是WDCS服務器與WDCS客戶端的通訊架構。在WDCS服務器啟動已安裝好的服務器的程序。并啟動R232通信口與Winsock服務器。等待WDCS客戶端連線。客戶端須指定服務器IP位置或者服務器名稱及服務器的端口號。才可以連線到服務器，并進行下達指令與輸入UserName和UserPassword.在WDCS主機會回傳成功登錄或者錯誤信息至WD—CS服務器。

    3系統的整合與測試

    系統的整合與測試分為三個步驟，第一個步驟是WDCS服務器與WDCS主機的連接，第二個步驟是WDCS客戶端與WDCS服務器的連接，第三個步驟是將前面這兩種系統整合與測試。

    3.1第一步。首先為了測試WDCS服務器與WDCS主機部分的效果，使用一臺筆記本電腦當作WDCS服務器并安裝WDCS服務器Windows版本程序，利用筆記本上的USB口，以R232的通訊技術作為兩端設備的連接，因為此筆記本電腦上沒COMEl，所以使用了一條USB轉R232線，功能用來將USB口轉成9PinCOM口在連接到WDCS主機的UARTPort。當兩端設備就緒后就啟動WDCS服務器上的程序，并打開程序的通訊口。

    3.2第二個步驟。WDCS服務器與WDCS客戶端為了測試此部分的效果：使用兩臺筆記本電腦當作是WDCS服務器與WDCSPC客戶端，并安裝WDCS服務器Windows版本程序和WDCSPC客戶端Windows版本程序，在WDCS服務器裝置BluetoothDongol和WirelessIEEE802.1lb的網絡卡。在WDCSPC客戶端，裝置WirelessIEEE802.1lb的網絡卡或者網線，同時使用兩臺PDA當作是WDCS客戶端分別安裝WDCS客戶端WindowsCE版本程序，并在其中一臺啟動藍牙模塊和在另一臺PDA上安裝WirelessIEEE802.1lb網卡。首先在WDCS服務器裝好BluetoothDongol、WirelessIEEE802.1lb的網卡、WDCS服務器Windows版本程序，并啟動MicrosoftAc—tiveSynczTool，同時開放在WDCS服務器上的門禁系統程序，設定好Local Port，并啟動門禁系統程序。開啟WDCS客戶端，其中一臺PDA啟動藍牙模塊后必須以Microsoft ActiveSynczTool方式與WDCS服務器做藍牙通信協議同步。然后與其他WDCS客戶端，開啟門禁系統程序，設定好要連上終端WDCS服務器的Ip與Port。

    3.3第三個步驟是系統整合與測試系統，此步驟主要是結合前面兩種系統WDCS客戶端與WDCS服務器的網絡連接，WDCS服務器與WDCS主機的系統連接，在WDCS客戶端與服務可以網絡連線，且WDCS服務器也可以控制WDCS主機的情況下，所以依照程序上操作步驟進行，首先將測試用戶由WD—cs服務器控制WDCS主機，達到門禁通行、功能切換與更改用戶名及密碼。步驟如下：用戶先確定是要登錄還是要使用更改功能。如欲登錄須確定以何種方式登錄，方式又兩種，由1Key—board方式登錄者和由2Insercard方式登錄者。

    4結束語

    本文作者創新點：通過設計了一套全方位完整的無線門禁系統，以89C51的微處理器作為門禁控制主機，并利用手持嵌人式系統（PDA）作為開發平臺。進而結合了無線通訊技術（藍牙，WEAN）與無線網絡的特性，能夠針對多樣化的環境，提供視覺化與方便性的界面給用戶。幫助用戶快速地掌握操作的方式，并符合安全性與擴充性的要求。本系統同時也可以應用在不同的信息家電系統中，提供了一個非常具有彈性的開發模式，有別于一般傳統市面上單一性質的產品。在本系統中，我們實際測試應用與一般市面上的電子鎖，下達指令成功的將電子鎖打開。并在系統設定時間（5s）電子鎖自動執行關門的動作。由于電子鎖價格不菲，且未有實際的運通，因而未采購此產品。對于未來地方方向可以將藍牙模塊移植到單片機上，以達到小而美且功能強大的產品，符合藍牙在個人無線通訊設備具有的特色。（文/景德鎮陶瓷學院  江伴東 汪志成 陳正軍）

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