摘要:提出了一種可配置,、功耗低的門禁監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計方案,,該方案基于ARM9與Linux相結(jié)合的軟硬件平臺,同時結(jié)合CGI技術(shù)實現(xiàn),。系統(tǒng)由前端撮像頭,,讀卡器,門禁控制器以及客戶端組成,。人員出入的時候,,經(jīng)刷卡后將卡內(nèi)信息傳輸?shù)介T禁控制器,門禁控制器檢測卡權(quán)限是否合法以決定是否開門,,同時控制前端攝像頭攝錄圖片傳輸?shù)介T禁控制器存儲并進行日志記錄,。用戶可以在客戶端通過Internet訪問門禁控制器,,進行人員信息的錄入和日志訪問等。與傳統(tǒng)方法相比,,該方案設(shè)計在易操作和低成本上具有明顯優(yōu)勢,。
關(guān)鍵詞:嵌入式;門禁,;ARM9,;CGI;boa服務(wù)器,;Berkeley DB
門禁,,又稱出入管理控制系統(tǒng),是一種管理人員進出的數(shù)字化管理系統(tǒng),。目前,,隨著工業(yè)自動化的發(fā)展和人們對應(yīng)用需求的不斷提高,門禁監(jiān)控系統(tǒng)得到了越來越多的應(yīng)用,,但傳統(tǒng)的門禁監(jiān)控系統(tǒng)一般采用門禁控制和視頻圖片攝錄相分離的實現(xiàn)辦法,,這給現(xiàn)場布線帶來了很多的不便,同時其成本也會大大提高,。
在該方案中提到的基于ARM9與Linux的嵌入式門禁監(jiān)控系統(tǒng)集門禁控制和圖片攝錄功能于一體,,并詳細描述了其系統(tǒng)的軟件設(shè)計。
本門禁系統(tǒng)使用B/S軟件架構(gòu),,采用嵌入式服務(wù)器boaserver,,結(jié)合CGI技術(shù),嵌入式數(shù)據(jù)庫以及嵌入式圖形庫來實現(xiàn)門禁系統(tǒng)的需求,。
1 系統(tǒng)工作原理及組成
1.1 系統(tǒng)工作原理
本門禁監(jiān)控系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)(Browser/Server,瀏覽器/服務(wù)器模式),,基于B/S架構(gòu)工作的門禁監(jiān)控系統(tǒng)首先是一個具有以太網(wǎng)接口的門禁控制器,;其次,這個門禁控制器內(nèi)置了以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議和WEB服務(wù)程序,;用戶在系統(tǒng)連接時可以把門禁控制器看作是一臺帶有寬帶網(wǎng)絡(luò)接口的計算機,,將其直接接入到網(wǎng)絡(luò)交換機上。用戶進行門禁管理時不需要安裝任何附加的軟件,,直接通過瀏覽器就可以實現(xiàn)對門禁系統(tǒng)的管理,,操作方便簡潔。
1.2 系統(tǒng)組成
如圖1所示,,系統(tǒng)服務(wù)器端由基于ARM9的門禁控制器,、讀卡器、電鎖,、前端攝像頭等組成,,當有人員進出大門刷卡時,,讀卡器就能感應(yīng)到有卡并將卡中的信息發(fā)送到門禁控制器,門禁控制器進行卡合法性檢查,,通過讀取用戶數(shù)據(jù)庫,,查看此卡號是否有對應(yīng)的持卡人信息,如果存在的話,,則檢查此卡對應(yīng)的權(quán)限信息,,一切匹配成功后,決定是否進行開門動作,。從而保證了系統(tǒng)的安全性,。此時門禁控制器進行的操作還有圖像攝錄操作,即在開門動作的同時通過前端的攝像頭攝錄圖片,,傳送到相應(yīng)的存儲設(shè)備,,供用戶訪問。
客戶端可以通過瀏覽器遠程對門禁控制器即服務(wù)器端進行訪問及相應(yīng)的權(quán)限操作,,可實現(xiàn)用戶信息錄入及授權(quán)管理,,硬件設(shè)置,出入圖像監(jiān)控,,房門開啟,,數(shù)據(jù)瀏覽等功能。圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型,。
2 門禁控制器硬件設(shè)計
本系統(tǒng)采用ATMEL公司的AT91RM9200(以下簡稱9200)作為MCU,,該處理器基于ARM920T內(nèi)核,工作主頻為180MHz,,性能可達到200 MI/S,,系統(tǒng)采用開源的LINUX OS。內(nèi)核版本為2.6.25,,系統(tǒng)采用1片Nor-Flash,,容量為64 MB,2片SDRAM,,容量分別為32 MB,。如圖2所示,本門禁控制器以ARM9200為核心,,同時連接的還有LCD控制器,,可連接顯示屏,方便用戶調(diào)試,。另外,,本門禁系統(tǒng)最多可連接256臺讀卡器及對應(yīng)攝像頭。系統(tǒng)硬件組成示意圖如圖2所示。
3 系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計
整個系統(tǒng)分為前后臺兩部分,,后臺監(jiān)控程序會時刻監(jiān)控讀卡器是否有刷卡信息,,并對刷卡信息作出響應(yīng),前臺則通過boa服務(wù)器調(diào)用CGI服務(wù)程序響應(yīng)客戶端訪問請求,。系統(tǒng)功能模型如圖3所示,。
3.1 前臺設(shè)計
系統(tǒng)前臺主要由運行在門禁控制器上的boa Server服務(wù)器和CGI服務(wù)程序構(gòu)成,boa server會時刻監(jiān)視是否有遠程用戶的訪問,,當有客戶端訪問請求到達后,,會通過boa server配置文件到相應(yīng)目錄下去調(diào)用對應(yīng)的CGI服務(wù)程序,在處理完成后,,boa server將處理結(jié)果返回給客戶端,。
3.1.1 CGI簡介及工作原理
CGI全稱是“通用網(wǎng)關(guān)接口”(Colnnlon Gateway Interface),是一種基于瀏覽器的輸入并在Web服務(wù)器上運行的程序方法,。
CGI的工作原理,,首先瀏覽器通過HTML表單或超鏈接請求指上一個CGI應(yīng)用程序的URL。服務(wù)器接收收到請求后,,執(zhí)行所指定的CGI應(yīng)用程序,。CGI應(yīng)用程序執(zhí)行所需要的操作(通常是基于瀏覽者輸入的內(nèi)容),并把結(jié)果格式化為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和瀏覽器能夠理解的文檔(通常是HTML網(wǎng)頁),。最后,,網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器把結(jié)果返回到瀏覽器中。
3.1.2 嵌入式服務(wù)器boa server
boa Server是一種小型單任務(wù)嵌入式服務(wù)器,,支持CGI,,可執(zhí)行代碼只有60 kB左右,體積小,,速度快,,安全性好,能夠滿足本項目的開發(fā),。boa服務(wù)器需要交叉編譯為可在ARM平臺下運行的程序,。在pc環(huán)境下,運用交叉編譯器arm-linux-gcc對boa server進行交叉編譯后,,需要修改其配置文件boa.conf,,關(guān)鍵配置有創(chuàng)建日志文件所在目錄,,創(chuàng)建HTML文檔的主目錄,,將靜態(tài)網(wǎng)頁存入該目錄下,創(chuàng)建CGI腳本所在目錄,,將cgi的腳本存放在該目錄下,。
3.2 后臺設(shè)計
當系統(tǒng)運行后,門禁控制器會一直運行主監(jiān)控程序,主監(jiān)控程序存在兩種工作方式,,分別為調(diào)試模式和監(jiān)控模式,。
3.2.1 調(diào)試模式
在調(diào)試模式下,可以對門禁控制器進行一些基本的設(shè)置:包括有門禁控制器的IP設(shè)置,,系統(tǒng)管理員用戶名及密碼設(shè)置,,卡權(quán)限設(shè)置等操作,在此部分,,需要配合圖形環(huán)境方便調(diào)試,,本系統(tǒng)采用minigui嵌入式圖形庫。
MiniGUI下的通訊是一種類似于Win32的消息機制,,是由某公司開發(fā)的自由軟件,,遵循LGPL協(xié)議,可以為嵌入式linux系統(tǒng)建立的一個快速,,穩(wěn)定和輕量級的圖形用戶界面支持系統(tǒng),。
3.2.2 監(jiān)控模式
在工作模式下,后臺駐留程序會時刻監(jiān)視是否有刷卡信息,,在檢測到刷卡信息后,,后臺駐留程序通過訪問數(shù)據(jù)庫進行卡信息的比對,只有當比對通過后,,方可進行門打開動作,。
由于在開門的同時,需要保存圖片至數(shù)據(jù)庫,,而此時,,可能會存在客戶端對系統(tǒng)存儲圖片的訪問,這會造成對相同數(shù)據(jù)庫的訪問沖突,,所以系統(tǒng)在接收到客戶端訪問系統(tǒng)存儲圖片請求的時候,,前端CGI服務(wù)程序通過命名管道的進程間通信方式和后臺監(jiān)控程序通信,以獲得數(shù)據(jù)庫訪問句柄,,在客戶端訪問結(jié)束后,,前端CGI服務(wù)程序會釋放數(shù)據(jù)庫句柄。
本系統(tǒng)中由于涉及到頻繁的數(shù)據(jù)庫存取操作,,基于ARM9的硬件平臺,,選用數(shù)據(jù)庫為Berkeley DB數(shù)據(jù)庫,Berkeley DB是歷史悠久的嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),,主要應(yīng)用在UNIX/LINUX操作系統(tǒng)上,,其設(shè)計思想是簡單、小巧,、可靠,、高性能,,滿足本系統(tǒng)的需求。
4 系統(tǒng)軟件功能模塊設(shè)計
4.1 用戶信息錄入及授權(quán)管理
用戶信息錄入及授權(quán)管理由具有管理員權(quán)限的用戶設(shè)置,,在客戶端,,具有管理員權(quán)限的用戶通過瀏覽器輸入管理員用戶名及密碼,發(fā)送至門禁控制器,,門禁控制器在接受到請求后,,通過調(diào)用相應(yīng)的CGI服務(wù)程序,檢驗權(quán)限是否合法,,確定合法后,,進入下一級頁面,在此頁面可以完成用戶信息錄入及授權(quán)管理,。
主要完成的功能有錄入用戶個人信息,,及與特定卡綁定,同時授予其卡的權(quán)限,,在用戶刷卡開門的時候,,首先檢查卡是否有對應(yīng)的持卡人信息以及持卡人信息是否與系統(tǒng)定義的格式吻合,這樣可以防止非法卡的使用,。如果這一步匹配成功的話,,接下來檢查的是卡所對應(yīng)的權(quán)限信息,包括有此卡可以控制哪些大門的開啟及在哪些時間段可以控制,。
4.2 數(shù)據(jù)瀏覽
系統(tǒng)注冊用戶可以在客戶端瀏覽系統(tǒng)授權(quán)信息,,同時只有管理員權(quán)限的用戶才可以對系統(tǒng)注冊用戶進行刪除。
4.3 硬件設(shè)置
管理員用戶可以在客戶端對門禁控制器系統(tǒng)進行遠程測試和設(shè)置,。分別為根據(jù)門禁控制器地址檢測控制器狀態(tài),,對門禁控制器設(shè)置當前時間和星期,讀取當前控制器時間,,開門延時,,手動開門,編輯和讀取設(shè)備名稱,,清空授權(quán)文件,,清空刷卡記錄等功能。
4.4 圈像監(jiān)控
當持卡人在進行大門開啟的時候,,門禁控制器會將合法的刷卡信息記錄如數(shù)據(jù)庫,,并將刷卡瞬間的圖像保存為jpg圖片存入門禁控制器的存儲設(shè)備中,系統(tǒng)注冊用戶可以在客戶端通過瀏覽器,,對門禁控制器所保存的圖片進行瀏覽,。系統(tǒng)日志界面如圖4所示。
4.5 后臺服務(wù)
門禁控制器啟動后,,通過持續(xù)檢測讀卡器是否有信號以驗證是否需要進行大門的開啟,,當檢測到讀卡器有刷卡消息時,通過讀取卡內(nèi)信息,,調(diào)用相應(yīng)數(shù)據(jù)庫進行匹配,,若匹配成功,則一方面攝錄此刻圖像,,保存到數(shù)據(jù)庫相應(yīng)目錄,,房門打開;若不成功,,則發(fā)出報警信號,,操作者無法打開房門。
5 結(jié)束語
門禁監(jiān)控系統(tǒng)有效保障了企事業(yè)單位的安全,?;贏RM9與linux的嵌入式門禁監(jiān)控系統(tǒng)具有穩(wěn)定、可配置的特性,,支持基于Internet的數(shù)據(jù)傳輸,,系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)體系,用戶通過瀏覽器訪問系統(tǒng)的工作方式,。該方案詳細敘述了實現(xiàn)此門禁監(jiān)控系統(tǒng)的軟件思想,,并對實現(xiàn)過程進行了詳細的描述。目前,,該方案在生產(chǎn)和科研中已經(jīng)投入使用,。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展,門禁監(jiān)控系統(tǒng)的性能會得到更進一步地提高,。