嵌入式网络技术在门禁系统中的应用

    1 引言 

    随着互联网络软件与硬件技术的飞速发展，以8位单片机为硬件、实时操作系统为软件的嵌入式以太网解决方案以其低成本、小功耗、小体积、开发周期短和实时性好等优点得到广泛的应用．一些工业和科研场合要求门禁系统在实时记录留在某一场所内准确人数的同时，能通过以太网告知门禁系统现场的人数． 

    本工作完成了一种基于嵌入式网络技术的计数设备，该计数设备可以在现场实时显示并通过以太网告知门禁控制中心在某一场所内人员的数量．该系统采用AVR单片机ATmega128为主控制器，嵌入Nut／OS实时操作系统，通过TCP／IP协议与控制中心实现通信． 

    2 系统硬件结构 

    图1所示为该系统的硬件框架图，系统由AVR单片机以太网控制电路、两个红外传感器阵列和三位数码管显示器组成．AVR单片机以太网控制电路为系统核心，主要任务包括：实现基于TCP／IP协议的以太网通讯、检测传感器阵列的探测信号以及向用于本地显示的三位数码管显示器发送数据．基于实际应用的需要，数码管显示器最多可以显示三位数，即最多可计的数目为999．为了减少I／O的使用数量，采用了串行的方式控制显示电路．控
制信号由三根的数据线组成，分别是串行数据线、串行时钟线和锁存信号线．由三片74LS164级联组成24比特的串行移位寄存器，分别向三位的数码管提供七段码数据；由三片74LS374组成锁存器，目的是避免串行移位过程中在数码管上出现闪烁；由三片8达林顿管阵列ULN2003A分别驱动三个数码管． 

图1 系统硬件框图

    如图1所示，传感器阵列分别由两个红外线传感器列A和B组成．每个传感器列由4对红外发射、接收管组成，相应的4个红外接收管的输出端与一个4或门的输入端连接．同时4或门的输出端再与ATmega128的I／O连接，通过控制电路对传感器进行实时检测．任何一对的红外管如果没有被遮挡住时，接收管输出高电平，而被遮挡住时输出低电平．因此只有当一个传感器列上的4对红外观均被遮挡住时才向AVR单片机发送低电平信号． 

    为了能够区分人员经过的方向，使用了两个传感器列A和B，通过检测两个传感器列被遮挡的先后顺序来区分人员进出的方向，相应的控制器做出加1或减1的操作．考虑到普通成年人的一般体型，将每个传感器列上的4对传感器从1．5米至1．2米等间距的排列，同时每对红外传感器的发射管与接收管间的距离限制在80cm，而两扇传感器列A和B的间距设置为30cm，这样可以确保在任意时刻只有同一个人能先后经过传感器列A和B，避免了多人同时经过探测器等各种影响正常计数情况的发生．AVR单片机以太网控制电路以Ethernut 1．3gI1 开源软硬件嵌入式系统设计方案为蓝本，进行了部分的删减和重新设计．图2所示是该网络控制电路的结构框图．

    主要包括以下几个组成部分：采用AVR 单片机ATmega128 为CPU：外扩一片32KB 的RAMKM62256：ATmega128上的UART 接口通过MAX3222引出到DB．9 串口上； 以太网控制器为RTL8019ASI3 ：20F．01以太网隔离变压器；LM1086向接口电路提供+5V电源．该电路以AVR单片机ATmega128为核心，控制以太网控制器RTL8019AS实现局域网通信．通过RS232接口与PC机上超级终端或串口调试助手实现串口通信．该电路基于TCP／IP协议，采用Socket方式与门禁控制中心进行通信．当网络实时性要求不高时，传输速率达到10Mbps的以太网控制器RTL8019AS已经能够满足系统的要求．ATmega128提供了22个可编程的I／O 口、一个JTAG和ISP接口．传感器列A和B的输出分别经过4或门后与ATmega128的I／O连接．为了减少ATmega128可编程I／O的使用数量，采用串行的方式向数码管显示电路发送数据．

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