基于ARM的智能门禁系统设计.doc

1、攀枝花学院本科毕业设计（论文） 摘要 I 摘 要 门禁系统作为安防系统中的一个重要部分，随着人们的生活水平和工作的质量的提升，其技术要求也得到了相应的提升。同时在楼宇自动化中门禁系统也得了很多的重视。它以计算机技术为主体，涉及了电子、机械、光学、通讯技术、生物技术等多种技术用来有效的对出入口进行控制，并且限制出入人员的权限。计算机系统通过门禁锁实现对出入口的控制，而最多只需要一个人在中心监控室实现有必要的人为控制。本课题就是以 ARM 为主控制器，将嵌入式技术和射频识别技术应用到门禁系统中，利用嵌入式系统丰富的控制器资源、对实时多任务有很强的支持能 力、可扩展的处理器结构方便以后功能的完善，同

2、时射频技术来检测IC 卡，通行的人用 IC 卡来获得进入的权限 。 关键字：门禁系统，嵌入式技术，身份识别技术 攀枝花学 院本科毕业设计（论文） ABSTRACT II ABSTRACT Access control system as an important part of the security system, with the enhancement of peoples living standards and the quality of work, technical require ments has also been a corresponding increase. A

3、ccess control systems in building automation also got a lot of attention. Computer technology as the main body involved in the electronic, mechanical, optical, communications technology, biotechnology and other technologies used to control the import and export, and to limit access permissions. Comp

4、uter system to control the import and export through access control lock up only one person in a central control room to achieve the necessary human control. The sub ject is the controller, ARM-based embedded technology and radio frequency identifi cation technology to the access control system, emb

5、edded system controller, a strong ability to support real-time multi-tasking, scalable processors structure to facilitate future improve the function of the radio frequency technology to detect IC card, IC card access to get permission to enter. Key words :Access control system ， embedded technology

6、 ， ID technology 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 目录 目 录 摘 要 . I ABSTRACT. II 第一章 绪论 .1 1.1 课题背景和意义 .1 1.2 门禁系统的发展和国内外现状 .1 1.3 论文研究的内容和工作 .2 第二章 门禁系统技术的介绍 .4 2.1 RFID 射频识别技术的介绍 .4 2.2 基于 ARM 平台的嵌入式系统的介绍 .5 2.2.1 ARM 技术的介绍 . 5 2.2.2 嵌入式系统概述 . 6 第三章 总体设计和软硬件平台的选择 .9 3.1 系统总体设计 .9 3.2 硬件平台的选择 .9 3.2.1 S3c6410 芯片介绍 .9

7、3.2.2 MF RC500 射频读写芯片 . 11 3.3 软件平台的选择 .13 3.3.1 选择 Linux 操作系统的理由 .14 3.3.2 bootloader 的选择 .15 3.3.3 文件系统的选择 .16 第四章 系统详细设计与实施 .18 4.1 嵌入式 Linux 开发环境的搭建 .18 4.2 主机开发环境的搭建和系统的移植 .18 4.2.1 搭建主机的开发环境 .18 4.2.2 U-boot 的编译 .18 4.2.3 内核的定制 .19 4.2.4 文件系统的制作 .22 第五章 应用软件的设计 .24 5.1 软件设计的总体思路 .24 5.2 通过协议编写

8、程序 .26 结 论 .28 参考文献 .29 附 录 .30 致 谢 .60 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 绪论 1 第一章 绪论 1.1 课题背景和意义 在科技、社会经济 飞速发展的当今，城市的面貌发生了极大的变化，林立的大厦、众多成片小区的出现的同时也产生了不少的安全隐患，不法分子利用高科技手段犯罪的行为也逐渐多了起来，怎么让人们利用现代科技手段为自己的人身财产安全保驾护航，同时有效的阻止犯罪行为呢？传统的门锁和防盗门已经不能满足人们的需求了。在现代化的城市地区，为树立公司、大厦或者机关办公场所规范化管理形象，提高管理，智能门禁系统就在这些情况下应运而生，它的出现让以前单一的让保安看守

9、的形式变得多样化，在高档办公区，可以智能门卡可以替代门锁的作用让人和人有不同的通过权限，被 授权的持卡人可以进入其职责范围内的区域，同时可将不受欢迎的人员拒之门外，例如业务推销员，这些干扰正常办公秩序的无关人等。所有进出入情况在电脑里面都有记录，便于针对具体事情的发生进行查询，责任落实。传统的机械门只能防范一般的的盗窃犯罪行为，无论材料是多么的坚固，设计怎样合理，人们想打开还是能够打开的，而且钥匙的管理是很麻烦的，钥匙掉了的话需要把锁和钥匙一起更换。为了解决出入方便这一系列的问题，智能门禁系统的发展变得快速，应用范围也越来越宽广。 1.2 门禁系统的发展和国内外现状 门禁系统，又被称作出入口控

10、制 系统，顾名思义就是对出入口通道进行管制的系统，通过管理来决定哪些人该进，哪些人不该进，在何种情况下发出警报，记忆出入的情况，从而保障出入安全的目的。 智能门禁系统是一种综合性的多学科的高科技集合，它涉及电子、机械、光学、计算技术、通信技术、生物统计学等诸多新技术领域。门禁系统出现的首要目的就是身份的识别，门禁系统通过识别方式可以分成三种： 密码识别 通过输入验证密码的正确性来获取进入权限，有成本低操作简单，用户只需要记住密码即可完成与门禁的互动，无需带上卡片等优点，可以说这是最简单的门禁设备，也是应用时间最 久的门禁控制设备，但是这类门禁的安全性和效率也是最低的，旁人可以通过观察或者其他简

11、单的渠道就可以获取大门的控制密码，而且由于知道密码的人众多，所以还存在着易公开但是不方便更换的特点。 卡片识别 通过读卡或读卡加密码的形式来识别进入权限，按卡片种类又可分为 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 绪论 2 磁卡：有成本较低；一人一卡（ +密码），安全一般， 可联微机，记录开门信息的优点；缺点就是卡片设备很容易磨损，寿命较短；卡片容易复制；同时很难双向控制。因外界磁场很容易造成卡片信息丢失，从而使卡片无效。 射频卡：优点就是无需和设备接触，开门方便安全；使用寿命 长，有很高的安全性，可以与微机相连，记录开门的信息；双向控制可以很容易实现。卡片很难被复制。虽然成本较高，但是这是应用范围最

12、为广泛的了。 生物识别 通过检验人员的生物特性的方式来识别，有指纹型、虹膜型、掌形型、面部识别型，还有手指静脉识别型等。这种方式具有很好的安全性，需进入的人不用携带卡片，但是带来了很高的成本花销的代价，识别率是基于一定软件算法的因此很有可能不高，同时对使用者的生物特性的要求较高，如果是指纹识别，就无法识别划伤的指纹，如果是虹膜识别，眼睛红肿出血也会出现无法识别的效果。同时对环境的要求也 很高，例如在黑夜的时候人的瞳孔会变大，虹膜识别很有可能失去原有的功能。综合起来使用生物设别在一定条件并不方便。 中国门禁行业的发展历程，也与国内其它行业一样经历了探索、仿制、研发、成熟等几个阶段。从最早的单门门

13、禁开始，随着房地产业发展规模的疯狂扩张，高档社区及商务楼对于门禁系统安全性能要求的不断提高，门禁产品经历了由独立型门禁系统、联网型门禁系统、一卡通门禁系统、 TCP/IP 网络型门禁系统的演变。 在国外的门禁系统有很多品牌，主要有美国的休斯 (HID)、摩托罗拉(MOTOROLA)、英国的集宝，以色列的 SE、西屋（ WSE）、洛泰克（ NTK）等品牌，国内门禁系统的品牌主要有清华紫光和捷顺等。在技术上面智能门禁系统相对于传统的门禁系统来说应用了更多的防范措施，这些措施涉及并综合了众多的高科技技术，其中包括光学、电子、通讯技术、计算机技术、乃至生物科学等诸多领域。国内外目前研制和使用主要集中的

14、门禁系统为感应门禁系统和生物识别门禁系统。 作为安防领域和楼宇设计的基础平台，随着人们生活水平的提高，工作质量的要求，门禁系统也会得到更加长足的发展，比如对门禁系统的安全性、稳定性方面的要求会更高，门禁系统也将会同安防领域一道 实现“联网”机制，更有效的防治违法行为的出现。智能小区的推广和智能小区的安全防范的增强，使智能门禁系统的网络化成为可能。 1.3 论文研究的内容和工作 本课题的研究目的是设计和实现具有良好的扩展性和适应性的门禁系统。因此该系统以射频门禁读卡器和嵌入式移植为核心，提出软件设计的详细方案，并给攀枝花学院本科毕业设计（论文） 绪论 3 出射频门禁卡、门禁控制器的相关介绍和设计

15、的总体思路和具体实现方法。 该系统中门禁读卡器的主要任务是控制射频模块来接受读取门禁识别卡上面的信息，并且对该卡进行识别和解码，将获取的信息再显示出来。同时在门禁主控制端要进行 Linux 的移植工作，其中包括 U-boot、内核的制定和裁剪、文件系统的制作。并且研究嵌入式系统开发的方法和 Linux 驱动程序的设计方法。 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 门禁系统技 术的介绍 4 第二章 门禁系统技术的介绍 2.1 RFID 射频识别技术的介绍 自动识别技术是一种自动收集数据的技术，用收集相关的人或者物的信息或数据，射频识别技术是众多自动识别技术中的一种。 RFID 技术最常见的应用就是通过一

16、个识别号码（类似姓名）来惟一地识别一个物体、地点、动物或者人。这个号码存储在附属天线集成电路中， IC 和天线一起被称为电子标签，电子标签附属于要识别的物体、地点或者人。 射频识别（ 英文 ： Radio Frequency IDentification， 缩写 ： RFID）是一种 无线 通信技术 ，可以通过 无线电 讯号识别特定目标并读写相关 数据 ，而无需识别系统与特定目标之间建立 机械 或者 光学 接触。 无线电的信号是通过调成无线电频率的电磁场，把数据从附着在物品上的标签上传出去，以自 动辨识与追踪该物品。某些标签在识别时从识别器发出的电磁场就可以得到能量，并不需要电池；也有标签本身

17、拥有电源，并可以主动发出无线电波（调成无线电频率的电磁场）。标签包含了电子存储的信息，数米之内都可以识别。与条形码不同的是射频标签不需要处在识别器视线之内，也可以嵌入被追踪物体之内。 RFID 系统一般是由电子标签和读写器组成，同时结合许多其他组件在现实生活中也出现过，例如计算机、软件系统、无线设备和网络。所有这些组件和电子标签以及读写器共同工作，组成了完整解决方案。典型的 RFID 系统由以下两部分组成 : 1)电子 标签，即携带数据的发射器（如标签）。位于要设别的目标表面或者内部，一般由两个部件（如线圈或者微波天线）和一个电子芯片组成。根据使用的电源可以把标签分为主动标签、半被动标签和被动

18、标签，还可以个根据其编码的数据进行进一步分为只读、读 /写以及读 /写 /重写。大多数标签比一粒沙子还小（即宽度小于 3mm），一般内部封有一个玻璃或塑料的模块。 2）读写器，即读取电子标签的数据和写入数据到电子标签的收发器（或阅读器）。许多读写都额外的接口，可以把收到的数据传送给另一个系统，如个人计算机或者自动控制系统。 RFID 技术的最大 优点就是减少了人工干预，可以在商业活动进行的过程中自动收集数据，且收集数据不需要贴别的动作。这种自动操作提高了数据质量，减攀枝花学院本科毕业设计（论文） 门禁系统技 术的介绍 5 少了数据采集的时间，具有实时地获取数据以及降低在低质量数据上的花销的特点

19、。因为无需打开物品包装盒就可以扫描货品来收集数据， RFID 还节约时间和降低成本的好处。此外，它还可以实时获取详细的目录信息和实时监测货物清单。 RFID 技术广泛应用于供应物流链管理、公共管理、人员管理、门禁控制、交通领域、生产领域中。 2.2 基于 ARM 平台的嵌入式系统的介绍 2.2.1 ARM 技术的介绍 ARM 公 司是微处理器行业的一家知名企业，专门从事的是基于 RISC 技术芯片设计开发。作为知识产权供应商， ARM 公司不直接从事芯片生产，而是转让设计许可，由合作公司生产各具特色的芯片。世界各大半导体生产商从 ARM 公司购买其设计的 ARM 微处理器内核，根据各自不同的应

20、用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的 ARM 微处理器芯片进入市场。 目前，采用 ARM 技术知识产权（ IP）核的处理器已遍布及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统和无线电系统等各类产品市场，基于 ARM 技术的微处理器应用约占据了 32 位 RISC 微处理器的大 部分市场份额， ARM 技术正逐步渗入到我们生活的各个方面。 ARM 微处理器采用 RISC 构架，一般具有如下特点： 1) 体积小、低功耗、低成本、高性能； 2) 支持 Thumb（ 16 位） /ARM（ 32 位）双指令集，能很好地兼容 8 位 /16 位器件； 3) 大量使用寄存器。指令执行速度更快； 4)

21、 大多数数据操作都在寄存器中完成； 5) 寻址方式灵活简单，执行效率高； 6) 指令长度固定； 除了上述特点之外， ARM 体系结构还采用了下面一些特别的技术，在保证高性能的前提下尽量缩小芯片的面积，并降低功耗： 1) 所有的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，从而提 高指令的执行效率； 2) 可用加载 /存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率； 3) 可在一条数据处理指令中间同时完成逻辑处理和移位处理； 4) 在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率； 到目前为止 ARM 微处理器及技术的应用几乎已经深入到以下的许多领域 : 1) 工业控制领域 :作为 32 的 RISC 架构

22、基于 ARM 核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额同时也逐渐向低端微控制器应用领域攀枝花学院本科毕业设计（论文） 门禁系统技 术的介绍 6 扩展 ,ARM 微控制器的低功耗、高性价比，向传统的 8 位 /16 位微控制器提出了挑战。 2）无线通讯领域目前已有超过 85%的无 线通讯设备采用了 ARM 技术， ARM 以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。 3）网络应用：随着宽带技术的推广，采用 ARM 技术的 ADSL 芯片正逐步获得竞争优势。此外，在语音及视频处理上行了优化并获得广泛支持，也对 DSP 的应用领域提出了挑战。 4）消费类电子产品：技术在目前流行的数

23、字音频播放器数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。 5）成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用 ARM 技术。手机中的 32 位 SIM 智能卡也采用了 ARM 技术 。 除此以外， ARM 微处理器及技术还应用到许多不同的领域并会在 将来取得更加广泛的应用。 2.2.2 嵌入式系统概述 嵌入式系统是基于计算机、电子和信息技术，以产品和设备为目标，集硬件和软件于一体的专用系统。具有集成度高，实时响应速度快、维护和扩展方便以及升级换代快等特点，广泛应用于实时性强以及系统对功能、可靠性、功耗等技术指标严格要求的多任务体系。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统及用户的应

24、用程序几个部分组成，用于实现对其他设别的控制、监控和或者管理等功能。随着嵌入式系统的发展，对于功能不断增强、应用范围日益广阔的嵌入式硬件，植入与之匹配的嵌入 式操作系统，并根据实际需要合理剪裁系统软、硬组件，既能充分发挥系统功能，有效提高系统利用率，又能节省存储空间，有利于操作系统的移植和效率的提高。 由于嵌入式系统是一种专用的计算机系统，所以嵌入式系统的体系结构也和PC 的体系结构类似，主要包括硬件、操作系统和应用程序三部分。如下图 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 门禁系统技 术的介绍 7 图 2.1 嵌入式体系结构图 1） 硬件 嵌入式硬件系统的核心是嵌入式处理器。在 PC 中， CPU 的体系结构几乎是 x86系列的天下。但是在嵌入式处理器领域，目前市面市面上流行的有上百种体系结构和品牌的 CPU。其中 ARM、 PowerPC、 MIPS 等应用最为广泛。在处理器方面，嵌入式系统一般使用 SDRAM 作为内存， Flash 作为外村。显然，嵌入式存储器的性能和容量是远远比不上 PC中的 DDR 内存和硬盘的。下面给出嵌入式系统的硬件组成图 图 2.2 嵌入式系统硬件组成图