嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　隨著互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)軟件與硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，以8位單片機為硬件、實時操作系統(tǒng)為軟件的嵌入式以太網(wǎng)解決方案以其低成本、小功耗、小體積、開發(fā)周期短和實時性好等優(yōu)點得到廣泛的應(yīng)用。一些工業(yè)和科研場合要求門禁系統(tǒng)在實時記錄留在某一場所內(nèi)準(zhǔn)確人數(shù)的同時，能通過以太網(wǎng)告知門禁系統(tǒng)現(xiàn)場的人數(shù)。

　　本工作完成了一種基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的計數(shù)設(shè)備，該計數(shù)設(shè)備可以在現(xiàn)場實時顯示并通過以太網(wǎng)告知門禁控制中心在某一場所內(nèi)人員的數(shù)量。該系統(tǒng)采用AVR單片機ATmega128為主控制器，嵌入Nut/OS實時操作系統(tǒng)，通過TCP/P協(xié)議與控制中心實現(xiàn)通信。

　　2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　圖1所示為該系統(tǒng)的硬件框架圖，系統(tǒng)由AVR單片機以太網(wǎng)控制電路、兩個紅外傳感器陣列和三位數(shù)碼管顯示器組成。AVR單片機以太網(wǎng)控制電路為系統(tǒng)核心，主要任務(wù)包括：實現(xiàn)基于TCP／IP協(xié)議的以太網(wǎng)通訊、檢測傳感器陣列的探測信號以及向用于本地顯示的三位數(shù)碼管顯示器發(fā)送數(shù)據(jù)。基于實際應(yīng)用的需要，數(shù)碼管顯示器最多可以顯示三位數(shù)，即最多可計的數(shù)目為999.為了減少I／O的使用數(shù)量，采用了串行的方式控制顯示電路。控制信號由三根的數(shù)據(jù)線組成，分別是串行數(shù)據(jù)線、串行時鐘線和鎖存信號線。由三片74LS164級聯(lián)組成24比特的串行移位寄存器，分別向三位的數(shù)碼管提供七段碼數(shù)據(jù)；由三片74LS374組成鎖存器，目的是避免串行移位過程中在數(shù)碼管上出現(xiàn)閃爍；由三片8達林頓管陣列ULN2003A分別驅(qū)動三個數(shù)碼管。

　　如圖1所示，傳感器陣列分別由兩個紅外線傳感器列A和B組成。每個傳感器列由4對紅外發(fā)射、接收管組成，相應(yīng)的4個紅外接收管的輸出端與一個4或門的輸入端連接。同時4或門的輸出端再與ATmega128的I／O連接，通過控制電路對傳感器進行實時檢測。任何一對的紅外管如果沒有被遮擋住時，接收管輸出高電平，而被遮擋住時輸出低電平。因此只有當(dāng)一個傳感器列上的4對紅外觀均被遮擋住時才向AVR單片機發(fā)送低電平信號。

　　為了能夠區(qū)分人員經(jīng)過的方向，使用了兩個傳感器列A和B，通過檢測兩個傳感器列被遮擋的先后順序來區(qū)分人員進出的方向，相應(yīng)的控制器做出加1或減1的操作。考慮到普通成年人的一般體型，將每個傳感器列上的4對傳感器從1.5米至1.2米等間距的排列，同時每對紅外傳感器的發(fā)射管與接收管間的距離限制在80cm，而兩扇傳感器列A和B的間距設(shè)置為30cm，這樣可以確保在任意時刻只有同一個人能先后經(jīng)過傳感器列A和B，避免了多人同時經(jīng)過探測器等各種影響正常計數(shù)情況的發(fā)生。AVR單片機以太網(wǎng)控制電路以Ethernut 1.3gI1 開源軟硬件嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方案為藍本，進行了部分的刪減和重新設(shè)計。

　　主要包括以下幾個組成部分：采用AVR 單片機ATmega128 為CPU：外擴一片32KB 的RAMKM62256：ATmega128上的UART 接口通過MAX3222引出到DB.9 串口上； 以太網(wǎng)控制器為RTL8019ASI3 ：20F.01以太網(wǎng)隔離變壓器；LM1086向接口電路提供+5V電源。該電路以AVR單片機ATmega128為核心，控制以太網(wǎng)控制器RTL8019AS實現(xiàn)局域網(wǎng)通信。通過RS232接口與PC機上超級終端或串口調(diào)試助手實現(xiàn)串口通信。該電路基于TCP/IP協(xié)議，采用Socket方式與門禁控制中心進行通信。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)實時性要求不高時，傳輸速率達到10Mbps的以太網(wǎng)控制器RTL8019AS已經(jīng)能夠滿足系統(tǒng)的要求。ATmega128提供了22個可編程的I/O 口、一個JTAG和ISP接口。傳感器列A和B的輸出分別經(jīng)過4或門后與ATmega128的I/O連接。為了減少ATmega128可編程I/O的使用數(shù)量，采用串行的方式向數(shù)碼管顯示電路發(fā)送數(shù)據(jù)。