嵌入式門(mén)禁系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)

    1 嵌人式門(mén)禁系統(tǒng)的需求分析

    1．1設(shè)計(jì)目標(biāo)

    本次設(shè)計(jì)要求嵌入式門(mén)禁系統(tǒng)能夠有效地對(duì)出人口進(jìn)行安全管制，系統(tǒng)可自檢查詢各個(gè)輸入端口狀態(tài)，如有異常則報(bào)警，如有用戶刷卡，則進(jìn)行權(quán)限驗(yàn)證，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的輸出動(dòng)作信號(hào)，并對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的事件進(jìn)行記錄和管理。上位機(jī)管理系統(tǒng)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)控制器進(jìn)行參數(shù)配置和監(jiān)控，控制器在參數(shù)配置完成之后，可獨(dú)立完成對(duì)門(mén)禁管制區(qū)域的監(jiān)控。

    l. 2功能需求

    本次系統(tǒng)謝十具體的功能需求如下：卡片使用模式：可采用非接觸式RFID卡和韋根卡；刷卡開(kāi)門(mén)：用戶進(jìn)入門(mén)禁管制區(qū)域時(shí)需刷卡，讀卡器讀取信息后，將信息傳輸?shù)街鳈C(jī)，主機(jī)首先判斷該信息是否合法，如合法則發(fā)出開(kāi)門(mén)指令，不合法則發(fā)出報(bào)警，同時(shí)記錄用戶刷卡事件；按鈕開(kāi)門(mén)：對(duì)于安全級(jí)別較低的門(mén)禁管制區(qū)域或者不需雙向管制的區(qū)域，用戶可選擇按鈕開(kāi)關(guān)門(mén)；出入等級(jí)控制：系統(tǒng)可任意對(duì)卡片的使用時(shí)間、使用地點(diǎn)進(jìn)行設(shè)定，即對(duì)不同的卡片進(jìn)行時(shí)區(qū)管制和節(jié)假日管制、有效期管制、訪問(wèn)區(qū)域的管制。具有合法權(quán)限的用戶才可開(kāi)門(mén)，對(duì)非法行為系統(tǒng)將會(huì)報(bào)警。

    不同的用戶的時(shí)段和訪問(wèn)區(qū)域可編程設(shè)置，同時(shí)對(duì)某些安全性較高的門(mén)禁區(qū)域，必須有多卡認(rèn)證功能，必須多用戶在規(guī)定時(shí)間內(nèi)刷卡才能開(kāi)門(mén)；報(bào)警功能：如發(fā)生控制器異常、非法卡開(kāi)門(mén)、強(qiáng)制開(kāi)門(mén)、開(kāi)門(mén)超時(shí)、讀卡器或者控制器被破壞等事件時(shí)則系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警信號(hào)、并記錄事件；定時(shí)事件：系統(tǒng)可設(shè)置定時(shí)事件，對(duì)某些門(mén)禁管制區(qū)域?qū)嵤┒〞r(shí)開(kāi)關(guān)門(mén)處理；互鎖判斷功能：系統(tǒng)可對(duì)某些管制區(qū)域設(shè)置互鎖條件，當(dāng)輸人端口狀態(tài)滿足互鎖條件的時(shí)候方可進(jìn)行開(kāi)關(guān)門(mén)處理；局域網(wǎng)互聯(lián)功能：門(mén)禁控制器可通過(guò)局域網(wǎng)與管理系統(tǒng)互聯(lián)，共同完成對(duì)出入口的監(jiān)控和管理。上位機(jī)管理系統(tǒng)可對(duì)控制器進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置和初始化，并對(duì)控制器的記錄進(jìn)行收集管理，可增加、刪除、更新用戶信息，節(jié)假日信息、時(shí)段信息等；遠(yuǎn)程控制：門(mén)禁管理系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可遠(yuǎn)程控制門(mén)鎖的開(kāi)啟和關(guān)閉；實(shí)時(shí)監(jiān)控：門(mén)禁管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)門(mén)的狀態(tài)和用戶的刷卡信息；時(shí)間校正：上位機(jī)管理系統(tǒng)可對(duì)門(mén)禁控制器進(jìn)行時(shí)間的校正；記錄存儲(chǔ)功能：系統(tǒng)可將門(mén)禁控制器運(yùn)行產(chǎn)生的所有用戶刷卡事件、報(bào)警時(shí)間等記錄，便于進(jìn)行用戶的考勤管理和發(fā)生事故后及時(shí)進(jìn)行處理。

    2 系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)思想

    由于嵌入式門(mén)禁控制器的特殊應(yīng)用環(huán)境，要求該控制器能夠在獨(dú)立運(yùn)行模式和在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式在均能夠正常運(yùn)行。因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮這兩種運(yùn)行模式，能夠方便切換。系統(tǒng)由門(mén)禁控制器和門(mén)禁管理軟件兩部門(mén)組成。在聯(lián)網(wǎng)模式下，門(mén)禁管理軟件負(fù)責(zé)對(duì)控制器的參數(shù)配置、實(shí)時(shí)監(jiān)控及其記錄的收集管理?？刂破髟谂渲猛陞?shù)之后可獨(dú)立對(duì)整個(gè)門(mén)禁管制區(qū)域進(jìn)行有效的監(jiān)控管理，并記錄門(mén)禁管制過(guò)程中發(fā)生的事件。

    與傳統(tǒng)的單機(jī)控制型門(mén)禁系統(tǒng)相比，嵌入式門(mén)禁系統(tǒng)管理中心的位置可以隨時(shí)變更，不需重新布線，很容易實(shí)現(xiàn)異地控制，具有良好的靈活性與及時(shí)性，極大地?cái)U(kuò)充了門(mén)禁系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。由于采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)和嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite，系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定、高效，同時(shí)也方便了系統(tǒng)功能和眭能的擴(kuò)展和優(yōu)化。

    本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中控制器的運(yùn)行平臺(tái)，采用了嵌入式Linux操作系統(tǒng)。控制器的數(shù)據(jù)庫(kù)，采用了小巧靈活的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite。上位機(jī)管理系統(tǒng)采用Windows XP操作系統(tǒng)，采用Vc++6D進(jìn)行界面開(kāi)發(fā)。

    3 門(mén)禁控制器的功能模塊設(shè)計(jì)和工作流程

    3．1門(mén)禁控制器的功能模塊設(shè)計(jì)

    門(mén)禁控制器是本系統(tǒng)謝十主要的功能實(shí)現(xiàn)者，主要包括系統(tǒng)初始化設(shè)置模塊、讀卡權(quán)限驗(yàn)證模塊、開(kāi)關(guān)門(mén)控制模塊、報(bào)警處理模塊、設(shè)備I^)檢測(cè)模塊、控制器底層信號(hào)處理模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊。其軟件結(jié)構(gòu)采用組件圖來(lái)表示，如圖1所示。 

圖1門(mén)禁控制器軟件結(jié)構(gòu)圖

    系統(tǒng)初始化設(shè)置，完成系統(tǒng)的各個(gè)端口的初始化設(shè)置，讀卡器的配置，及其網(wǎng)絡(luò)的配置。讀卡權(quán)限驗(yàn)證完成用戶刷卡及其刷卡后的權(quán)限驗(yàn)證，主要包括卡號(hào)的讀取、用戶權(quán)限驗(yàn)證、用戶時(shí)段判斷、節(jié)假日判斷，結(jié)果將作為開(kāi)關(guān)門(mén)的依據(jù)。開(kāi)關(guān)門(mén)控制模塊完成對(duì)電鎖的開(kāi)關(guān)控制，主要根據(jù)用戶信息驗(yàn)證結(jié)果和開(kāi)關(guān)的動(dòng)作信號(hào)及其互鎖條件來(lái)控制。

    設(shè)備FO檢測(cè)模塊完成系統(tǒng)輸入端口狀態(tài)的檢測(cè)，并采取相應(yīng)的輸出動(dòng)作處理。檢測(cè)到端口輸入異常時(shí)則報(bào)警，如非法開(kāi)門(mén)、控制器被破壞、開(kāi)門(mén)超時(shí)等事件。檢測(cè)門(mén)磁狀態(tài)，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。報(bào)警處理模塊完成系統(tǒng)異常時(shí)的報(bào)警處理，或者輸入端口狀態(tài)滿足自動(dòng)報(bào)警條件時(shí)的報(bào)警處理。底層處理模塊：完成讀卡器的信號(hào)處理，門(mén)鎖控制信號(hào)和報(bào)警輸出信號(hào)處理，門(mén)磁和防拆除等輸入信號(hào)的處理，以上處理過(guò)程都是通過(guò)調(diào)用相應(yīng)驅(qū)動(dòng)的API函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

    網(wǎng)絡(luò)通信模塊：主要負(fù)責(zé)與上位機(jī)門(mén)禁管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸處理，接收管理系統(tǒng)的配置信息，進(jìn)行相應(yīng)的處理并組織報(bào)文發(fā)送相應(yīng)信。

    3．2嵌入式門(mén)禁控制器的運(yùn)行狀態(tài)

    嵌入式門(mén)禁系統(tǒng)的主要功能就是進(jìn)行區(qū)域管制，其中控制器負(fù)責(zé)整個(gè)門(mén)禁管制區(qū)域的控制管理，可獨(dú)立運(yùn)行也可與門(mén)禁管理系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)共同完成對(duì)出人口的控制和管理。門(mén)禁控制器的運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖2所示。控制器正常運(yùn)行，如無(wú)用戶動(dòng)作及端口異常情況，則控制器處于空閑狀態(tài)；如需進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信則進(jìn)行通信處理；如發(fā)生異常則進(jìn)行報(bào)警處理；當(dāng)用戶有動(dòng)作時(shí)則進(jìn)行權(quán)限驗(yàn)證及其開(kāi)關(guān)門(mén)處理。 

圖2門(mén)禁控制器運(yùn)行狀態(tài)圖

    3.3門(mén)禁控制器的工作流程

    門(mén)禁控制器啟動(dòng)之后，如果是處在獨(dú)立運(yùn)行模式下，則首先對(duì)各個(gè)端口、網(wǎng)絡(luò)及其讀卡器進(jìn)行初始化配置，系統(tǒng)配置完之后，將進(jìn)行系統(tǒng)I／O檢測(cè)，查看各個(gè)端口的狀態(tài)是否異常，如有異常，系統(tǒng)將報(bào)警。在控制器正常運(yùn)行情況下，如有用戶刷卡，則進(jìn)行用戶權(quán)限驗(yàn)證，驗(yàn)證通過(guò)，發(fā)出開(kāi)門(mén)信號(hào)，如是非法卡，則系統(tǒng)將報(bào)警，并記錄事件。用戶也可通過(guò)按下開(kāi)關(guān)門(mén)按鈕對(duì)門(mén)鎖進(jìn)行控制。如果在聯(lián)網(wǎng)模式下，控制器啟動(dòng)通信線程，并接受門(mén)禁管理系統(tǒng)的配置和監(jiān)控，可實(shí)時(shí)上傳門(mén)禁事件。

    3A門(mén)禁管理軟件的的功能模塊設(shè)計(jì)

    門(mén)禁管理系統(tǒng)通過(guò)局域網(wǎng)與控制器互聯(lián)，主要完成對(duì)門(mén)禁控制器的基本參數(shù)設(shè)置、端口屙陛設(shè)置、用戶屬性配置、節(jié)假日及其時(shí)段設(shè)置、記錄的收集和管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控，其軟件功能結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。 

圖3門(mén)禁管理軟件功能結(jié)構(gòu)圖

    控制器基本參數(shù)設(shè)置完成控制器的初始化設(shè)置、系統(tǒng)復(fù)位、控制器IP參數(shù)的設(shè)置、控制器時(shí)間的校正等。

    端口屬性設(shè)置模塊負(fù)責(zé)控制器輸入輸出端口的設(shè)置，如門(mén)的屬性設(shè)置，互鎖條件沒(méi)置，報(bào)警條件的設(shè)置、讀卡器的設(shè)置等。

    用戶權(quán)限設(shè)置完成用戶居I生的設(shè)置、讀取和更新，如用戶卡類型、用戶編號(hào)、卡號(hào)、節(jié)假日是否加班、卡的有效期、用戶所屬時(shí)段等等。

    節(jié)假日時(shí)段設(shè)置某快完成門(mén)禁管制的日寸段、節(jié)假日、休息日等的設(shè)置、更新、讀取及其刪除等功能。

    實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊完成對(duì)門(mén)禁的實(shí)時(shí)控制及其遠(yuǎn)程控制。遠(yuǎn)程控制門(mén)鎖的開(kāi)關(guān)，監(jiān)控門(mén)磁狀態(tài)，及其各個(gè)門(mén)的刷卡事件。

    記錄的收集和管理主要完成對(duì)門(mén)禁控制器上傳的事件的記錄及其管理，如考勤記錄及其異常事件報(bào)警記錄等。

    (文/杭州師范大學(xué)錢江學(xué)院，姚建強(qiáng))