基于无线网络技术应用于门禁系统研究

    1引言

　　近几年来，由于无线网络快速发展以及其速率提升，价格下跌，因此吸引了许多用户开始使用无线网络。无线网络具备可随意移动、随时上网与其架设方便的特性。故有别于传统有线的连接方式。而有着更大的方便性。而目前主要的无线通讯技术有IEEE802.11、蓝牙（Bluetoth）~ll传感器网络SensorNet—work）等。本文中提供一套无线门禁系统WDCS（WirelessDoorControlSystem）通过无线蓝牙技术与IEEE802.11和以太网结合，来分别利用区域网络与网际网络的方式控制门禁系统，以提高门禁系统的方便性与安全性，并适合于现今多样化环境与需求。本系统分别以PDA（PersonalDigitalAssistant）与Pc两种不同系统作为开发平台，分别设计出适用于蓝牙通讯协议、IEEE802.11通讯协议与RS232通讯协议的三种不同的版本。再结合以单片机为主题的门禁系统主机，发展成一个多功能的无线终端遥控门禁系统，进而达到安全性与方便性。

　　2系统的架构及其功能

　　WDCS的有线方面是用户在客户端采用PDA制作无线遥控器来控制开启门禁，并利用WindowsCE是32-bit即时性的嵌入式操作系统。而在有线遥控器方面是以一般的个人电脑来控制开启门禁，并利Windows XP操作系统作为开发平台。以一部电脑作为中央监控中心，在中央监控中心与监控点子系统间沟通使用一个监控闸道器，其CPU为ARM7为架构的EP7212芯片，并将一般的i386平台使用的Linux编译成ARM Linux作为其操作系统，当主机接受终端下达的指令后，通过蓝牙通讯模块将指令传给监控点子系统。监控点子系统是以8051芯片为系统核心，用来监控环境电压变化，透过蓝牙通讯模块将侦测信息传回监控闸道器。再传回中央监控中心。

　　2.1WDCS硬件架构

　　系统的硬件架构可以从三个方面来说明，第一部分为WD—cs主机，第二部分为WDCS服务器，第三部分为WDCS客户端。

　　2.1.1WDCS主机硬件架构

　　WDCS主机硬件架构主要是以8051单片机作为中央控制器。外加4x4键盘、LCD显示屏和EEPROM93C46密码存储器、继电器等周边元件，以作为WDCS主机的I／0装置与密码设定。当使用者从4x4键盘输入用户名和密码，8051执行指令并与EEPROM93C46检验用户输入的信息是否正确，进而通过继电器的功能来控制开门或者关门的动作，并将信息的结果传到LCD与WDCS服务器。

　　AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内4kB可重擦写的只读程序存储器（FPEROM）和128B的随机存取数据存储器（I认，兼容标准MCS51产品指令系统，32个可编程I／0口，2个l6位定时、计数器，6个中断源，可编程串行UART通道。表格一为WDCS主机在89C51各个外界端口连接。在4x4键盘原理是利用列固定输出与行读入的电压值，来当作该键键值。如当某一个按键被触发时，所对应的行跟列会导通，列固定端输出低电位，然后再去读回行的电压值，哪一行的电压值低，表示该键被按下，解码的公式为按键值=列×4+行。表格2为4x4键盘的输入引脚和对应位置。在EEPPROM93C46作为存储密码，并且在电源消失后仍要能记录。

　　2.1.2WDCS服务器硬件架构

　　WDCS服务器的硬件设备，我们可以使用一般的Pc或者Notebook来完成，操作系统选择Windows版本，必须同时拥有Bhetootll与mEE802.11等两种硬件装置。

　　2.1.3WDCS客户端硬件架构

　　WDCS客户端（遥控器）硬件要求可以跟为两种类型，一种是使用PDA，另外一种为PC或者Notebook，不仅可以利用有线网络来使用，也可以利用Bluetooth与区域网等无线网络通讯技术作为连线，因此需要有BluetoothModule与WirelessLANCard等其中一种硬件设备。

　　2.2WDCS的软件架构介绍

　　WDCS的软件架构。也将分为三个部分来说明。第一部分为WDCS主机主体架构，第二部分为WDCS服务器与WDCS主机的控制架构。第三部分为WDCS服务器与WDCS客户端的通讯架构。使用汇编语言作为开发WDCS主机主体架构的开发语言。流程图如一。

　　图1WDCS主机的主程序流程图WDCS的基本架构分成四步。第一步是基本的系统运作，包含系统环境及初始值设定等。第二步是计时器发生中断。负责传送或接收信息。第三步是判断输入输出的信息是否正确。第四步是负责开门动作。[page]

　　输入方面该系统提供4x4键盘作为输入设备，包含9个数字键、2个方向键、3个功能键，使用者可使用这些键选择功能表单。以及输人与修改用户名和密码，并控制继电器做开门关门的动作，进而达到门禁的目的。如图二所示，WDCS主机提供了五项功能的选择：Keyboard主要功能是让用户经由终端键盘或者本机键盘输入密码。首先以方向键选择到Keyboard后按下Enter键，在输入UserName和Password，如输入正确则开门，并送回信息到LCD显示屏与WDCS服务器，如输入错误系统会分别要求重新输入。CardReader功能是让用户经由读卡头刷卡输入密码。首先以方向键选择到CardReader后安下Enter键。在输入UserName和Card.如输入正确则门禁会打开。并回送讯息到LCD显示屏与WDCS服务器。如输入错误系统分别会要求重新输入和重新刷卡。SetUserP／W（Password）功能是修改使用的密码。首先以方向键选择到SetUserP／W后按下Enter键，在输入UserName.如果正确则继续输入NewUserP／W和再输入确认NewUserP／W一次。如输入无误则成功更改新的密码并回送信息到LCD显示屏与WDCS服务器。如输入错误系统分别会要求重新输入UserName和SetNewUserP。SetCardNo.功能是让用户设定新卡号码，首先以方向键选择到SetCardNo.后按下Enter键。再输入UserName.如果正确则继续输入NewCardNo.和在刷入确认NewCardNo.一次，如刷入或刷入错误。系统分别会要求重新输入UserName和重新SetCardN0_o最后SetUserName功能是设定用户的名称，首先以方向键选择到SetUserName后按下Enter键。再输入UserName.如果正确则继续设定NewUserName和再输入确认NewUserName一次。如输入无误则成功设定NewUserName并回送信息到LCD显示屏与WDCS服务器如输入错误系统分别会要求重新输入UserName和SetNewUserName。

　　图2WDCS主机提供的五项功能第二部分是WDCS服务器与WDCS主机的控制建构。首先将WDCS主机启动。然后WDCS服务器开启已安装服务器版本程序。并启动RS232口连接到WDCS，即可下达指令与输入UserName和UserPassword.在WDCS主机即会回传成功登入或者错误信息到WDCS服务器。

　　第三部分是WDCS服务器与WDCS客户端的通讯架构。在WDCS服务器启动已安装好的服务器的程序。并启动R232通信口与Winsock服务器。等待WDCS客户端连线。客户端须指定服务器IP位置或者服务器名称及服务器的端口号。才可以连线到服务器，并进行下达指令与输入UserName和UserPassword.在WDCS主机会回传成功登录或者错误信息至WD—CS服务器。

　　3系统的整合与测试

　　系统的整合与测试分为三个步骤，第一个步骤是WDCS服务器与WDCS主机的连接，第二个步骤是WDCS客户端与WDCS服务器的连接，第三个步骤是将前面这两种系统整合与测试。

　　3.1第一步

　　首先为了测试WDCS服务器与WDCS主机部分的效果，使用一台笔记本电脑当作WDCS服务器并安装WDCS服务器Windows版本程序，利用笔记本上的USB口，以R232的通讯技术作为两端设备的连接，因为此笔记本电脑上没COMEl，所以使用了一条USB转R232线，功能用来将USB口转成9PinCOM口在连接到WDCS主机的UARTPort。当两端设备就绪后就启动WDCS服务器上的程序，并打开程序的通讯口。

　　3.2第二个步骤

　　WDCS服务器与WDCS客户端为了测试此部分的效果：使用两台笔记本电脑当作是WDCS服务器与WDCSPC客户端，并安装WDCS服务器Windows版本程序和WDCSPC客户端Windows版本程序，在WDCS服务器装置BluetoothDongol和WirelessIEEE802.1lb的网络卡。在WDCSPC客户端，装置WirelessIEEE802.1lb的网络卡或者网线，同时使用两台PDA当作是WDCS客户端分别安装WDCS客户端WindowsCE版本程序，并在其中一台启动蓝牙模块和在另一台PDA上安装WirelessIEEE802.1lb网卡。首先在WDCS服务器装好BluetoothDongol、WirelessIEEE802.1lb的网卡、WDCS服务器Windows版本程序，并启动MicrosoftAc—tiveSynczTool，同时开放在WDCS服务器上的门禁系统程序，设定好Local Port，并启动门禁系统程序。开启WDCS客户端，其中一台PDA启动蓝牙模块后必须以Microsoft ActiveSynczTool方式与WDCS服务器做蓝牙通信协议同步。然后与其他WDCS客户端，开启门禁系统程序，设定好要连上终端WDCS服务器的Ip与Port。

　　3.3第三个步骤

　　是系统整合与测试系统，此步骤主要是结合前面两种系统WDCS客户端与WDCS服务器的网络连接，WDCS服务器与WDCS主机的系统连接，在WDCS客户端与服务可以网络连线，且WDCS服务器也可以控制WDCS主机的情况下，所以依照程序上操作步骤进行，首先将测试用户由WD—cs服务器控制WDCS主机，达到门禁通行、功能切换与更改用户名及密码。步骤如下：用户先确定是要登录还是要使用更改功能。如欲登录须确定以何种方式登录，方式又两种，由1Key—board方式登录者和由2Insercard方式登录者。

　　4结束语

　　本文作者创新点：通过设计了一套全方位完整的无线门禁系统，以89C51的微处理器作为门禁控制主机，并利用手持嵌人式系统（PDA）作为开发平台。进而结合了无线通讯技术（蓝牙，WEAN）与无线网络的特性，能够针对多样化的环境，提供视觉化与方便性的界面给用户。帮助用户快速地掌握操作的方式，并符合安全性与扩充性的要求。本系统同时也可以应用在不同的信息家电系统中，提供了一个非常具有弹性的开发模式，有别于一般传统市面上单一性质的产品。在本系统中，我们实际测试应用与一般市面上的电子锁，下达指令成功的将电子锁打开。并在系统设定时间（5s）电子锁自动执行关门的动作。由于电子锁价格不菲，且未有实际的运通，因而未采购此产品。对于未来地方方向可以将蓝牙模块移植到单片机上，以达到小而美且功能强大的产品，符合蓝牙在个人无线通讯设备具有的特色。

参考文献:

[1]. RS232 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/RS232_585128.html.
[2]. EP7212 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/EP7212_300650.html.
[3]. AT89C51 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/AT89C51_810155.html.