智能門(mén)禁系統(tǒng)參考模板

1、摘要智能安防設(shè)備以前沿的技術(shù)與設(shè)計(jì)理念走進(jìn)了市場(chǎng)，讓人們的生活更加便捷智能。通過(guò)智能安防設(shè)備，用戶(hù)可以更好的遠(yuǎn)程感知防護(hù)周?chē)h(huán)境和信息，這種安防設(shè)備，會(huì)通過(guò)軟件支持以及數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能。越來(lái)越多的創(chuàng)業(yè)者、科技公司、傳統(tǒng)廠商加入了智能安防的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)當(dāng)中，然而目前來(lái)說(shuō)智能硬件設(shè)備依處在發(fā)展早期階段，市場(chǎng)上大多數(shù)的產(chǎn)品都只是空炒概念、缺乏創(chuàng)新，不斷疊加各式各樣的功能。我們要抓住市場(chǎng)上已有產(chǎn)品的不足，將功能以簡(jiǎn)單優(yōu)雅的元素和色調(diào)呈現(xiàn)給用戶(hù)，對(duì)其功能進(jìn)行智能化的時(shí)候，要找準(zhǔn)用戶(hù)需求，以需求為導(dǎo)向、以健康安全為切入點(diǎn)，為用戶(hù)設(shè)計(jì)一款具有針對(duì)性的智能門(mén)禁系統(tǒng)。本文主要完成以下工作：1研究智能門(mén)禁系統(tǒng)

2、通信模塊的需求，根據(jù)需求將其分成幾個(gè)子模塊，并將每個(gè)模塊所需要的技術(shù)羅列出來(lái)，查閱網(wǎng)上資料、圖書(shū)、期刊、論文來(lái)掌握相關(guān)技術(shù)。2GSM模塊通過(guò)串口通信實(shí)現(xiàn)撥打電話和發(fā)送短信的功能。3掌握Qt配置文件的讀寫(xiě)操作，將系統(tǒng)所需要的設(shè)置保存到配置文件中。4連接并實(shí)現(xiàn)socket通信連接的建立以及數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，數(shù)據(jù)包格式的定義，數(shù)據(jù)包的打包解包操作的實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)包的完整性驗(yàn)證。5Qt國(guó)際化支持的實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：嵌入式，門(mén)禁系統(tǒng)，Linux，Qt1 / 34ABSTRACTIntelligent security equipment to the forefront of technology and de

3、sign concept into the market, let the life of people more convenient intelligence. Through intelligent security system, the user can better protective environment remote sensing and information, this kind of security equipment, through software support and data interaction, powerful functions. More

4、and more entrepreneurs, technology companies, the traditional manufacturers to join the development and design of intelligent security, for now, however, intelligent hardware equipment according to the development in early stage, most of the products on the market just empty concept, lack of innovat

5、ion, constantly superposition of a variety of functions. We should seize the shortcomings of existing products on the market, the function with a simple and elegant elements and colour presented to the user, to intelligent, its function to get the user requirements, demand oriented, with health and

6、safety as the breakthrough point, for the user to design a targeted intelligent entrance guard system.This paper mainly do the following:1. Research the demand of the intelligent entrance guard system communication module, according to the demand will be divided into several modules, and will list e

7、ach module need technology, access to online data, books, journals, papers to master relevant technology.2. GSM module through the serial port communication, we can realize the function of call and send text messages.3. Master the Qt configuration file read and write operations, the system Settings

8、saved to the configuration file you need.4. Establishing the connection and realize the socket communication connection and data sending and receiving, data packet format, the definition of the package of packet unpack the implementation of the operation, the integrity of the data packet validation.

9、5. The realization of the Qt internationalization supportKeywords: Embedded, entrance guard system, Linux, QT,目錄摘要IABSTRACTII1 引言11.1課題背景11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3研究的主要內(nèi)容31.3.1系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容31.3.2本文研究的主要內(nèi)容31.4本文的組織結(jié)構(gòu)42. 系統(tǒng)分析52.1可行性分析52.2功能需求分析52.3系統(tǒng)用例分析62.3.1系統(tǒng)用例概述62.3.2用例分析63. 總體設(shè)計(jì)83.1總體框圖83.2工作流程圖83.3嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法93.

10、3.1系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)流程93.4數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)103.4.1.E-R圖（power designer）104 .系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境構(gòu)建114.1硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹114.2軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹124.2.1建立C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境124.2.2建立Qt開(kāi)發(fā)環(huán)境135功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)165.1GSM模塊165.1.1GSM模塊（ATK-SIM900A）介紹165.1.2SIM900A介紹175.1.3GSM模塊使用介紹185.1.4AT命令介紹185.1.5GSM功能實(shí)現(xiàn)195.3socket通信模塊205.3.1數(shù)據(jù)包格式205.3.2Socket建立連接215.3.3數(shù)據(jù)包的處理226系統(tǒng)測(cè)試26總結(jié)28

11、1 引言1.1課題背景物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信之后世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，它將現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)設(shè)施和信息網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了整合。物聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)延伸與應(yīng)用拓展，具有整合感知識(shí)別、傳輸互聯(lián)和計(jì)算處理等功能，是對(duì)新一代信息技術(shù)的高度集成和綜合運(yùn)用。安防視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的應(yīng)用先鋒，從某種意義上講，物聯(lián)網(wǎng)由于具備實(shí)時(shí)感知、準(zhǔn)確定位、有效控制等安防基本要素，可以說(shuō)它天生就是為安防準(zhǔn)備的，將會(huì)對(duì)安防產(chǎn)生重大影響，因此而出現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)安防，也被稱(chēng)為智能安防。它促使安防產(chǎn)業(yè)“互聯(lián)網(wǎng)”化，使智能視頻成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要部分。公共安全管理的關(guān)鍵是預(yù)先感知，物聯(lián)網(wǎng)在公共安全方面應(yīng)用的核心是智能化，

12、使得我們能夠建立相關(guān)技術(shù)平臺(tái)、謀劃事件預(yù)案，營(yíng)造安全氛圍，使社會(huì)環(huán)境更加平安與和諧?，F(xiàn)代信息社會(huì)的發(fā)展，人民的生活水準(zhǔn)也在不斷提升，因而對(duì)安全的需求也越來(lái)越迫切。尤其自“9·11”與倫敦爆炸案事件后，國(guó)內(nèi)外安防市場(chǎng)就迫切需要智能安防監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外先后涌現(xiàn)出一批不同程度的智能安防監(jiān)控系統(tǒng)或產(chǎn)品，由此也可窺見(jiàn)，安防監(jiān)控系統(tǒng)正在由數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化逐步走向智能化。智能安防監(jiān)控系統(tǒng)是指采用圖像處理、模式識(shí)別和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，通過(guò)在監(jiān)控系統(tǒng)中增加智能視頻分析模塊，借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力過(guò)濾掉視頻畫(huà)面無(wú)用或干擾信息，自動(dòng)識(shí)別不同物體，分析抽取視頻源中的關(guān)鍵有用信息，快速準(zhǔn)確定位事

13、故現(xiàn)場(chǎng)，判斷監(jiān)控畫(huà)面中的異常情況，并以最快速度和最佳方式發(fā)出警報(bào)或觸發(fā)其它動(dòng)作，從而有效進(jìn)行事前預(yù)警、事中處理、事后及時(shí)取證的全自動(dòng)實(shí)時(shí)智能監(jiān)控系統(tǒng)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，智能安防監(jiān)控就是由計(jì)算機(jī)替代部分人腦的工作，對(duì)監(jiān)控的圖像自動(dòng)進(jìn)行分析并作出判斷，出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)發(fā)出預(yù)警，改變監(jiān)控系統(tǒng)擺脫不了人工干預(yù)以及只能作為場(chǎng)景記錄的“事后諸葛亮”角色。而提到智能安防，自然而然就離不開(kāi)智能門(mén)禁系統(tǒng)。門(mén)禁系統(tǒng)，又稱(chēng)出入口管理系統(tǒng)，是一種管理人員進(jìn)出的數(shù)字化管理系統(tǒng)。一般的門(mén)禁系統(tǒng)通常由門(mén)禁讀卡器（生物識(shí)別儀）、門(mén)禁控制器、電控鎖、開(kāi)門(mén)按鈕、卡片及其他設(shè)備組成。歷經(jīng)二十多年的發(fā)展，門(mén)禁系統(tǒng)已經(jīng)超越過(guò)去單純的門(mén)道及鑰匙管

14、理，發(fā)展成為一套完整的出入管理系統(tǒng)。通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行何時(shí)何處放行某些人、何時(shí)何處拒絕某些人、何時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)及保存出入記錄，門(mén)禁系統(tǒng)能達(dá)到安全防范和及時(shí)警報(bào)聯(lián)動(dòng)的目的，它在工作環(huán)境安全、提升企業(yè)管理效率中發(fā)揮著重大的作用。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 物聯(lián)網(wǎng)有感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三個(gè)主要層面。物聯(lián)網(wǎng)的第一層就是感知層，而視頻監(jiān)控又是感知層最典型的應(yīng)用，當(dāng)前占到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的約40%.視頻監(jiān)控之所以在物聯(lián)網(wǎng)中承擔(dān)如此重要地位，主要原因有三個(gè)：其一，視頻監(jiān)控應(yīng)用最為廣泛、市場(chǎng)規(guī)模最大，任何監(jiān)控都要包括圖像監(jiān)控；其二，視頻監(jiān)控是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展初期技術(shù)可實(shí)現(xiàn)性最強(qiáng)的；其三，隨著社會(huì)對(duì)安全和治安的重視，未來(lái)行業(yè)推

15、動(dòng)因素多，行業(yè)推動(dòng)的迫切性強(qiáng)。2011年中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到2500億元，根據(jù)“十二五”規(guī)劃，到2015年，中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)整體市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到7500億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)30%，作為物聯(lián)網(wǎng)第一環(huán)節(jié)典型應(yīng)用的視頻監(jiān)控發(fā)展空間巨大。智能安防是物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)前最重要和最現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用平臺(tái)之一，智能安防具有從“集約安防”到“智慧安防”轉(zhuǎn)變之特征，從單一功能產(chǎn)品到多傳感終端集成；從單一變量監(jiān)測(cè)到周邊環(huán)境全面感知；從被動(dòng)防御到基于模型分析與態(tài)勢(shì)分析的主動(dòng)防御，安防行業(yè)將會(huì)因此實(shí)現(xiàn)從提供產(chǎn)品到系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)服務(wù)的全面升級(jí)，同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)還將對(duì)安防行業(yè)的發(fā)展格局及業(yè)務(wù)模式產(chǎn)生重大影響。2012年2月14日，我國(guó)正式出臺(tái)了物聯(lián)

16、網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃，作為當(dāng)前世界新一輪經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展戰(zhàn)略制高點(diǎn)之一的物聯(lián)網(wǎng)，對(duì)于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步有重要的現(xiàn)實(shí)意義。規(guī)劃圈定了重點(diǎn)發(fā)展的九大應(yīng)用，包括產(chǎn)業(yè)類(lèi)的智能工業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、智能物流、智能交通、智能環(huán)保，以及民生類(lèi)的智能電網(wǎng)、智能安防、智能醫(yī)療和智能家居。物聯(lián)網(wǎng)作為一種技術(shù)和理念，也是一種應(yīng)用和發(fā)展的模式。它通過(guò)云計(jì)算中心，將可按約定的協(xié)議將物件與互聯(lián)網(wǎng)連結(jié)起來(lái)進(jìn)行信息交換和通信等功能。物聯(lián)網(wǎng)將可能實(shí)現(xiàn)人與物體之間的“對(duì)話”、物體和物體之間的“交流”，使得生活中的任何物品都可以變得“有感覺(jué)、有思想”。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用同時(shí)將為優(yōu)化資源配置、加強(qiáng)科學(xué)管理、緩解資源能源約束提供可能與拓寬渠道。

17、在安防產(chǎn)業(yè)鏈中，視頻監(jiān)控?zé)o疑是重中之重。安防行業(yè)主要包括安防設(shè)備、安防工程及運(yùn)營(yíng)服務(wù)三個(gè)部分。2010年中國(guó)安防行業(yè)總產(chǎn)值2270億元中，安防設(shè)備約占1000億元，安防工程約占1150億元，運(yùn)營(yíng)服務(wù)約占120億元，三個(gè)部分占比分別為44%、51%、5%.安防設(shè)備又分成電子類(lèi)安防產(chǎn)品與實(shí)體類(lèi)安防產(chǎn)品兩大類(lèi)。電子類(lèi)安防產(chǎn)品中，視頻監(jiān)控產(chǎn)品產(chǎn)值約400億元，占電子類(lèi)安防產(chǎn)品的58%，是安防產(chǎn)業(yè)鏈中產(chǎn)值最大、行業(yè)發(fā)展最快的行業(yè)。1.3研究的主要內(nèi)容1.3.1系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容智能門(mén)禁系統(tǒng)項(xiàng)目主要是對(duì)智能安防的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，我們是在PcDuino以及pc上借助qt開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)測(cè)試，在PcDuin

18、o上我們連接有多種傳感器進(jìn)行信息的采集通過(guò)通信模塊和網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)共享和同步。系統(tǒng)分為機(jī)器端和手機(jī)端，機(jī)器端主要負(fù)責(zé)基本功能、人臉識(shí)別、發(fā)送短信、語(yǔ)音互動(dòng)等功能的實(shí)現(xiàn)；手機(jī)端主要負(fù)責(zé)信息的接收處理和顯示、修改和同步設(shè)置、個(gè)人數(shù)據(jù)錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)等功能的實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)研究的主要功能如下：機(jī)器端(1) 基本功能：門(mén)禁舵機(jī)控制(2) 其他功能有l(wèi)ed手電筒、人臉識(shí)別、語(yǔ)音互動(dòng)。(3) GSM模塊實(shí)現(xiàn)發(fā)送短信、撥打電話。(4) 數(shù)據(jù)保存和通信方面：支持配置保存到配置文件，利用socket通信在機(jī)器端和手機(jī)端進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互如設(shè)置的同步，socket通信的時(shí)候數(shù)據(jù)包以一定的格式在發(fā)送端打包，在接收端解包，驗(yàn)證數(shù)據(jù)的

19、完整性，根據(jù)校驗(yàn)碼執(zhí)行對(duì)應(yīng)的操作。手機(jī)端(1) 設(shè)置和機(jī)器端的連接參數(shù)進(jìn)行socket連接(2) 連接的同時(shí)進(jìn)行時(shí)間等信息的同步(3) 顯示攝像頭信息(4) 設(shè)置機(jī)器端的配置并同步1.3.2本文研究的主要內(nèi)容如本文課題所示，本人主要研究的是紅外測(cè)距模塊與通信模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，其中包含信息的處理與保存，配置文件的讀寫(xiě)，GSM模塊通過(guò)串口通信發(fā)送短信，socket通信，數(shù)據(jù)包格式的編寫(xiě)，數(shù)據(jù)包的打包解包，國(guó)際化支持。具體內(nèi)容如下所示：(1) 機(jī)器端使用的是搭載Ubuntu系統(tǒng)的PcDuino，在開(kāi)發(fā)之前，需要在PcDuino上安裝好qt，然后配置運(yùn)行環(huán)境。(2) 機(jī)器端所有的配置包括機(jī)器自帶的設(shè)置

20、以及手機(jī)端更改的設(shè)置都保存在配置文件中，不同設(shè)置保存在不同的節(jié)（section）下，機(jī)器端在啟動(dòng)時(shí)會(huì)自動(dòng)加載配置文件的內(nèi)容，保存機(jī)器端設(shè)置的同時(shí)也會(huì)保存到配置文件中。(3) 撥打電話和發(fā)送求助短信是利用GSM模塊實(shí)現(xiàn)的，開(kāi)發(fā)板和GSM模塊的數(shù)據(jù)交互是通過(guò)串口。這里本人使用的是網(wǎng)上開(kāi)源的qt串口讀寫(xiě)庫(kù)，機(jī)器端在初始化的時(shí)候打開(kāi)串口并對(duì)串口參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，學(xué)習(xí)sim900開(kāi)發(fā)手冊(cè)后，按照說(shuō)明使用AT指令集完成發(fā)送短信的操作。(4) 網(wǎng)絡(luò)通信使用的是socket，機(jī)器端在運(yùn)行時(shí)就開(kāi)放端口并開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)。為了實(shí)現(xiàn)手機(jī)對(duì)多個(gè)機(jī)器的連接，由手機(jī)端發(fā)起socket連接請(qǐng)求后，機(jī)器會(huì)對(duì)id進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證通過(guò)后才能建

21、立連接，然后雙方開(kāi)始自動(dòng)同步信息如校對(duì)時(shí)間、離線時(shí)更改的設(shè)置等，建立連接后修改的設(shè)置會(huì)立即同步。socket通信時(shí)，數(shù)據(jù)包都是按照規(guī)定的格式進(jìn)行打包和解包的，接收的數(shù)據(jù)包會(huì)進(jìn)行完整性驗(yàn)證，無(wú)效的數(shù)據(jù)包會(huì)丟棄。(5) 本系統(tǒng)擁有國(guó)際化支持，qt自帶Qt語(yǔ)言家工具可供更新和發(fā)布語(yǔ)言文件，用于本系統(tǒng)在不用環(huán)境下的使用。1.4本文的組織結(jié)構(gòu)本文共分六章，具體的內(nèi)容組織如下：第一章：引言，介紹本系統(tǒng)的研究背景，并根據(jù)文獻(xiàn)資料，介紹到目前國(guó)內(nèi)外智能安防設(shè)備的發(fā)展情況，并簡(jiǎn)述本文研究?jī)?nèi)容。第二章：系統(tǒng)可行性分析及功能需求，根據(jù)當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀，簡(jiǎn)述本系統(tǒng)的需求，并根據(jù)需求進(jìn)行分析。第三章：開(kāi)發(fā)環(huán)境的介紹，介紹開(kāi)

22、發(fā)需要的軟件和硬件環(huán)境。第四章：系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，主要根據(jù)功能需求，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)本模塊所涉及的功能，并作代碼分析。第五章：系統(tǒng)控制模塊運(yùn)行于測(cè)試，主要根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)各功能模塊進(jìn)行測(cè)試。第六章：論文結(jié)束語(yǔ)。最后是致謝與參考文獻(xiàn)。2. 系統(tǒng)分析2.1可行性分析本課題的可行性分析主要對(duì)社會(huì)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面的研究來(lái)確定系統(tǒng)的可行性，根據(jù)研究的結(jié)果提出可行的解決方案，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，具體分析如下：(1) 社會(huì)可行性：自從2014年智能硬件的興起，智能安防設(shè)備逐漸成為電子產(chǎn)品的熱點(diǎn)，越來(lái)越多的創(chuàng)業(yè)者和開(kāi)發(fā)者加入了智能安防設(shè)備的大軍，而智能門(mén)禁系統(tǒng)則是結(jié)合傳統(tǒng)安防以及智能互動(dòng)之后出來(lái)的產(chǎn)物，在目前有很

23、大的市場(chǎng)。(2) 技術(shù)可行性：市場(chǎng)上已經(jīng)有多款智能安防設(shè)備，上面集成了多種傳感器，能夠檢測(cè)數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)傳輸給手機(jī)。說(shuō)明目前的技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)將傳感器集成到門(mén)禁系統(tǒng)上，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。本人選擇的開(kāi)發(fā)板具有足夠的性能，也有豐富的傳感器提供測(cè)試和研究，開(kāi)發(fā)板上有多組不同功能的接口，并且官方提供拓展板來(lái)解決更高的接口需求，其上搭載的Ubuntu系統(tǒng)是非常優(yōu)秀的開(kāi)源系統(tǒng)，能完成大量的功能定制。(3) 經(jīng)濟(jì)可行性：PcDuino開(kāi)發(fā)板性能足夠勝任日常開(kāi)發(fā)使用，配套的開(kāi)發(fā)工具都是免費(fèi)開(kāi)源的，大大降低了開(kāi)發(fā)成本，傳感器及線材等開(kāi)發(fā)成本都在接受的范圍內(nèi)。在開(kāi)發(fā)后期的維護(hù)中，系統(tǒng)不需要大量的開(kāi)支，而開(kāi)發(fā)完成產(chǎn)生的收

24、益遠(yuǎn)大于前期開(kāi)發(fā)成本，所以本系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)上是可行的。2.2功能需求分析本人所負(fù)責(zé)的是通信模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以及信息的處理和保存，需要實(shí)現(xiàn)的功能需求主要是以下幾點(diǎn)：(1) 系統(tǒng)要能夠提供接口，控制GSM模塊實(shí)現(xiàn)發(fā)送短信的操作。具體在機(jī)器端的體現(xiàn)是，當(dāng)人臉識(shí)別超時(shí)之后自動(dòng)發(fā)送短信?？刂艷SM模塊需要實(shí)現(xiàn)串口通信，sim900開(kāi)發(fā)手冊(cè)的學(xué)習(xí)，熟悉AT指令集的使用。(2) 為了實(shí)現(xiàn)手機(jī)端對(duì)多個(gè)機(jī)器的連接，機(jī)器在接收到手機(jī)端的連接請(qǐng)求的時(shí)候，要對(duì)機(jī)器的ID進(jìn)行驗(yàn)證。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，要對(duì)數(shù)據(jù)包的完整性進(jìn)行驗(yàn)證，防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)包的損壞導(dǎo)致數(shù)據(jù)出錯(cuò)。數(shù)據(jù)包中要包含要執(zhí)行的操作以及要操作的數(shù)據(jù)，以便提取對(duì)應(yīng)的操作號(hào)

25、和數(shù)據(jù)。2.3系統(tǒng)用例分析2.3.1系統(tǒng)用例概述用例分析是從用例模型到分析模型的過(guò)程，是需求與設(shè)計(jì)之間的橋梁。用例分析把系統(tǒng)的行為分配給分析類(lèi)，讓分析類(lèi)交互完成系統(tǒng)的行為。用例圖是指由參與者（Actor）、用例（Use Case）以及它們之間的關(guān)系構(gòu)成的用于描述系統(tǒng)功能的視圖。用例圖（User Case）是被稱(chēng)為參與者的外部用戶(hù)所能觀察到的系統(tǒng)功能的模型圖，呈現(xiàn)了一些參與者和一些用例，以及它們之間的關(guān)系，主要用于對(duì)系統(tǒng)、子系統(tǒng)或類(lèi)的功能行為進(jìn)行建模。用例圖展示了用例之間以及同用例參與者之間是怎樣相互聯(lián)系的。用例圖用于對(duì)系統(tǒng)、子系統(tǒng)或類(lèi)的行為進(jìn)行可視化，使用戶(hù)能夠理解如何使用這些元素，并使開(kāi)發(fā)者

26、能夠?qū)崿F(xiàn)這些元素。將每個(gè)系統(tǒng)中的用戶(hù)分出工作狀態(tài)的屬性和工作內(nèi)容，方便建模，防止功能重復(fù)和多余的類(lèi)。用例圖定義了系統(tǒng)的功能需求，它是從系統(tǒng)的外部看系統(tǒng)功能，并不描述系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)功能的具體實(shí)現(xiàn)。2.3.2用例分析在本次設(shè)計(jì)中，智能門(mén)禁系統(tǒng)主要包括設(shè)備管理、人臉信息管理、號(hào)碼管理等幾類(lèi)功能。其中設(shè)備管理，管理對(duì)應(yīng)設(shè)備的信息，可以添加、修改、刪除設(shè)備信息。人臉信息管理，管理智能門(mén)禁系統(tǒng)所要驗(yàn)證的人臉信息，可以識(shí)別、添加、刪除人臉信息。號(hào)碼管理，管理號(hào)碼的信息，可以增加、修改、刪除號(hào)碼信息，訪客可以通過(guò)驗(yàn)證人臉信息來(lái)決定能否打開(kāi)門(mén)進(jìn)入。本次設(shè)計(jì)總體用例圖如圖2-1所示。圖2-1智能門(mén)禁系統(tǒng)總體用例圖3.

27、 總體設(shè)計(jì)3.1總體框圖智能門(mén)禁系統(tǒng)的主要分為紅外測(cè)距、語(yǔ)音播報(bào)、人臉檢測(cè)與識(shí)別、GSM通信等四大模塊，總體框圖如圖3-1所示。圖3-1智能門(mén)禁系統(tǒng)總體框圖3.2工作流程圖智能門(mén)禁系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)系統(tǒng)初始化之后，通過(guò)紅外測(cè)距模塊檢測(cè)到是否有人靠近門(mén)禁系統(tǒng)。檢測(cè)不到重復(fù)此過(guò)程，監(jiān)測(cè)到有人靠近則調(diào)用語(yǔ)音播報(bào)模塊提醒訪客將臉部靠近攝像頭進(jìn)行人臉獲取、定位、特征提取等采集工作，將特征進(jìn)行比對(duì)判斷是否符合原始數(shù)據(jù)中的人臉信息，如若符合則進(jìn)行開(kāi)門(mén)、安全檢查、關(guān)門(mén)等操作，反之將等待室內(nèi)人員響應(yīng)，如果響應(yīng)超時(shí)則調(diào)用GSM通信模塊將信息發(fā)送到指定的號(hào)碼之中，提醒門(mén)口訪客情況。具體工作流程圖如圖3-2所示圖3-2智能門(mén)

28、禁系統(tǒng)工作流程圖3.3嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法嵌入式計(jì)算系統(tǒng)將必須緊密工作的硬件和軟件相結(jié)合。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)一旦確定，硬件和軟件可以相對(duì)獨(dú)立地進(jìn)行設(shè)計(jì)。協(xié)同設(shè)計(jì)的目標(biāo)是做出恰當(dāng)?shù)捏w系結(jié)構(gòu)決策，允許在以后的實(shí)現(xiàn)階段中獨(dú)立完成。好的體系結(jié)構(gòu)決策需要恰當(dāng)?shù)姆治龇椒?，因?yàn)樗鼈儽仨殱M足嚴(yán)格的度量標(biāo)準(zhǔn)，例如實(shí)時(shí)性能和功耗。硬件/軟件劃分選取體系結(jié)構(gòu)，其中一些操作直接由硬件完成，而另一些則由運(yùn)行在可編程平臺(tái)上的軟件完成。硬件/軟件劃分生成可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)的模塊設(shè)計(jì)。那些模塊隨后結(jié)合，進(jìn)行性能或功耗測(cè)試，并調(diào)試以創(chuàng)建最終的系統(tǒng)。3.3.1系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)流程軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)是指對(duì)系統(tǒng)中的軟硬件部分使用統(tǒng)一的描述和工具進(jìn)行

29、集成開(kāi)發(fā),可完成全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證并跨越軟硬件界面進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。傳統(tǒng)協(xié)調(diào)流程如圖3-3所示。圖3-3傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)流程圖3.4數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)在一個(gè)系統(tǒng)中占有非常重要的地位，數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞直接對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的效率，以及實(shí)現(xiàn)的效果產(chǎn)生影響。合理的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的效率，保證數(shù)據(jù)的完整和一致。3.4.1.E-R圖（power designer）本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)劃處的實(shí)體有：主人實(shí)體、號(hào)碼實(shí)體、人臉信息實(shí)體，門(mén)禁設(shè)備實(shí)體、訪客實(shí)體，總體E-R圖如3-4所示。圖3-4智能門(mén)禁系統(tǒng)總體E-R圖4 .系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境構(gòu)建4.1硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹本系統(tǒng)主要使用的硬件設(shè)備是PcDuino

30、開(kāi)發(fā)板。PcDuino 是一種高性能，高性?xún)r(jià)比的迷你PC 的平臺(tái)，擁有非常豐富的接口，如下圖所示。能夠運(yùn)行PC操作系統(tǒng)，如Ubuntu 和Android 的ICS 等。通過(guò)PcDuino 可以?xún)?nèi)置HDMI 接口輸出視頻到電視或顯示器屏幕。PcDuino接口圖PcDuino 的硬件性能指標(biāo)遠(yuǎn)超樹(shù)莓派，性能穩(wěn)定，做工精良。PcDuino 的CPU 采用1GHz ARM Cortex A8 內(nèi)核，DRAM 為1GB，板載存儲(chǔ)達(dá)到2GB Flash。另外，PcDuino可以從NAND 或者從mini-SD 卡(TF 卡)啟動(dòng)，在NAND Flash 內(nèi)有出廠預(yù)裝的ubuntu系統(tǒng)，可方便使用。PcDu

31、ino硬件參數(shù)如下圖所示PcDuino硬件參數(shù)圖4.2軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹4.2.1建立C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境在進(jìn)行PcDuino開(kāi)發(fā)之前，首先需要獲取PcDuino的C語(yǔ)言環(huán)境，也就是Arduino程序的底層支持包。PcDuino官方將C環(huán)境放在Github的網(wǎng)站上，使用者可以通過(guò)web網(wǎng)頁(yè)或者Git工具自由下載。Ubuntu默認(rèn)不集成Git，因此需要手動(dòng)下載安裝Git，命令如下：sudo apt-get install git安裝完成后，跳轉(zhuǎn)到用戶(hù)目錄/home/Ubuntu，并使用Git工具獲取PcDuino的C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境，命令如下：cd git clone 使用Git工具的過(guò)程中可能由于PcDu

32、ino的時(shí)間與服務(wù)器的時(shí)間不同步，需要更新系統(tǒng)時(shí)間：sudo date -s 2016/1/1sudo date -s 22:10:00接下來(lái)可以在用戶(hù)目錄下看到C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境了。4.2.2建立Qt開(kāi)發(fā)環(huán)境Qt是一個(gè)1991年由奇趣科技開(kāi)發(fā)的跨平臺(tái)C+圖形用戶(hù)界面應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)框架。它既可以開(kāi)發(fā)GUI程序，也可用于開(kāi)發(fā)非GUI程序，比如控制臺(tái)工具和服務(wù)器。Qt是面向?qū)ο蟮目蚣?，使用特殊的代碼生成擴(kuò)展（稱(chēng)為元對(duì)象編譯器(Meta Object Compiler, moc)）以及一些宏，易于擴(kuò)展，允許組件編程。接下來(lái)介紹如何在PcDuino上安裝QT（以下操作都是在終端上執(zhí)行，執(zhí)行前要確保PcDui

33、no能上網(wǎng)）：apt-update(1分鐘左右)Qt Creator的安裝（10分鐘左右）Qt4-dev-tools的安裝（1分鐘左右）Qt4-qmake的安裝（1分鐘左右）Libqt4-dev的安裝（1分鐘左右）Mysql-client的安裝（2分鐘左右）5功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)智能門(mén)禁系統(tǒng)本人主要負(fù)責(zé)紅外測(cè)距與通信模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，在本文中將對(duì)通信模塊進(jìn)行詳細(xì)的敘述。智能門(mén)禁系統(tǒng)的通信模塊主要包括兩個(gè)個(gè)子模塊：GSM模塊，通過(guò)串口通信實(shí)現(xiàn)撥打電話和發(fā)送短信； socket通信模塊，在機(jī)器端和手機(jī)端建立socket連接進(jìn)行信息傳遞；通信模塊總體框架如圖5-1所示。圖5-1系統(tǒng)框架圖5.1GSM

34、模塊5.1.1GSM模塊（ATK-SIM900A）介紹ATK-SIM900A模塊是ALIENTEK開(kāi)發(fā)的一款高性能工業(yè)級(jí)GSM/GPRS模塊（開(kāi)發(fā)板），接口豐富，功能完善，尤其適用于需要語(yǔ)音/短信/GPRS數(shù)據(jù)服務(wù)的各種領(lǐng)域，如圖5-2以及圖5-3所示：圖5-2ATK-SIM900A資源圖圖5-3ATK-SIM900A特性圖5.1.2SIM900A介紹SIM900A模塊如圖5-4所示是一款尺寸緊湊的GSM/GPRS模塊，采用SMT封裝，基于STE的單芯片案，采用ARM926EJ-S架構(gòu),性能強(qiáng)大，可以?xún)?nèi)置客戶(hù)應(yīng)用程序?？蓮V泛應(yīng)用于車(chē)載跟蹤、車(chē)隊(duì)管理、無(wú)線POS、手持PDA、智能抄表與電力監(jiān)控等

35、眾多方向。圖5-4SIM900ASIM900A模塊主要特點(diǎn)：SMT封裝：易于客戶(hù)生產(chǎn)加工尺寸?。?24*24*3mm功耗低：待機(jī)模式電流低于18mA、sleep模式低于2mA供電范圍寬：3.24.8V支持頻段：GSM/GPRS 900/1800MHz語(yǔ)音編碼：支持半速率、全速率、增強(qiáng)型速率支持回聲抑制算法，可以基于不同客戶(hù)設(shè)備通過(guò)AT命令調(diào)節(jié)回音抑制消除。5.1.3GSM模塊使用介紹將GSM模塊串口連接到PcDuino的USB接口，電源接口連接上電源，按下電源開(kāi)關(guān)，此時(shí)紅燈亮起。按下powerkey約2S后，可以看見(jiàn)一盞紅燈常亮，一盞紅燈閃爍。當(dāng)紅燈閃爍頻率為100ms亮500ms滅的時(shí)候，說(shuō)

36、明SIM卡還未注冊(cè)成功，正在搜尋網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)紅燈閃爍頻率為100ms亮1S滅的時(shí)候，說(shuō)明SIM卡已注冊(cè)上網(wǎng)絡(luò)了。5.1.4AT命令介紹我們用到AT+CMGS指令來(lái)發(fā)送短信，發(fā)送全英文/數(shù)字短信的時(shí)候，我們先設(shè)置為："GSM"字符集（AT+CSCS="GSM"），文本模式（AT+CMGF=1）。假設(shè)我們要給手機(jī)號(hào)：15261*0，發(fā)送一條短信，則發(fā)送：AT+CMGS="15261*0"，然后模塊返回：>，此時(shí)我們輸入我們需要發(fā)送的內(nèi)容： SIM900A_V1.0 Send English SMS Test.，注意，此可以不用發(fā)送回車(chē)了

37、。在發(fā)送完內(nèi)容以后，最后以十六進(jìn)制(HEX)格式單獨(dú)發(fā)送（不用添加回車(chē)）：1A（即0X1A）1，即可啟動(dòng)一次短信發(fā)送。注1：0X1A，即“CTRL+Z”的鍵值，用于告訴SIM900A，要執(zhí)行發(fā)送操作。另外還可以發(fā)送：0X1B，即“ESC”的鍵值，用于告訴SIM900A，取消本次操作，不執(zhí)行發(fā)送。稍等片刻，在短信成功發(fā)送后，模塊返回如：+CMGS:7，的確認(rèn)信息，表示短信成功發(fā)送，其中7為模塊內(nèi)部的短信計(jì)數(shù)器，一般不用理會(huì)。5.1.5GSM功能實(shí)現(xiàn)短信發(fā)送分為多步，將AT指令一條條先后發(fā)送給串口，中間必須要加延時(shí)，因?yàn)镚SM同一時(shí)間只能執(zhí)行一條語(yǔ)句。void MainWindow:SendMes

38、sage() /發(fā)送短信 QString phone_Num; phone_Num = Data:s_Phonesos; phone_Num.prepend("AT+CMGS = "+86"); phone_Num.append(""r"); com_Gsm->write("AT+CSCS="GSM"r"); delay(100); com_Gsm->write("AT+CMGF=1r"); delay(100); com_Gsm->write(phone_

39、Num.toLatin1(); delay(100); com_Gsm->write(QString("門(mén)口有人").arg(Data:s_Nickname).toLatin1();/the content of the message delay(100); com_Gsm->write(QString("032").toLocal8Bit();/the ASCII code of the ctrl+z is 26 delay(100); qDebug()<<"SOS message has send!"5.

40、3socket通信模塊5.3.1數(shù)據(jù)包格式Socket通信的數(shù)據(jù)包是以一定的格式封裝起來(lái)，用于校驗(yàn)、提取操作號(hào)以及要操作的數(shù)據(jù)，如下表所示。手機(jī)端數(shù)據(jù)包格式操作號(hào)操作名稱(chēng)數(shù)據(jù)包格式數(shù)據(jù)位數(shù)001連接請(qǐng)求操作號(hào)|機(jī)器id|數(shù)據(jù)長(zhǎng)度101|0001|000143|4|5002同步時(shí)間操作號(hào)|日期|時(shí)間|數(shù)據(jù)長(zhǎng)度002|2015/12/31|02:54:00|000293|10|8|5003同步手機(jī)號(hào)操作號(hào)|手機(jī)1|手機(jī)2|手機(jī)3|SOS號(hào)|數(shù)據(jù)長(zhǎng)度003|157xx|157xx|157xx|157xx|000573|11|11|11|11|5004同步用戶(hù)名操作號(hào)|用戶(hù)名|數(shù)據(jù)長(zhǎng)度004|Eder

41、th|000163|6|5機(jī)器端數(shù)據(jù)包格式操作號(hào)操作名稱(chēng)數(shù)據(jù)包格式數(shù)據(jù)位數(shù)101響應(yīng)連接請(qǐng)求操作號(hào)|響應(yīng)代碼|數(shù)據(jù)長(zhǎng)度101|1|000113|1|5102機(jī)器安裝狀態(tài)操作號(hào)|安裝狀態(tài)|數(shù)據(jù)長(zhǎng)度3|1|5102|1|000115.3.2Socket建立連接Socket建立連接由手機(jī)端發(fā)起，手機(jī)端除了填寫(xiě)機(jī)器的IP和端口號(hào)來(lái)建立連接，還要填寫(xiě)機(jī)器的ID。機(jī)器端接收到連接請(qǐng)求時(shí)，提取數(shù)據(jù)包中的機(jī)器ID和本機(jī)的機(jī)器ID進(jìn)行比較，如果一致才能允許建立連接。void MainWindow:ConnectCheck() /驗(yàn)證連接 QString id = socketMessageR.mid(4, 4)

42、; socketMessageS = "101|1|00011" if(id = Data:s_Id) SendSocketMsg(socketMessageS); qDebug() << socketMessageS; qDebug() << "連接建立成功" lightSensorState = digitalRead(LIGHTSENSOR_PIN); /第一次連接后同步狀態(tài) if(lightSensorState) SynchroLightonState(); else SynchroLightoffState(); Sy

43、nchroTemperature(); 5.3.3數(shù)據(jù)包的處理這里以同步手機(jī)號(hào)為例，講解數(shù)據(jù)包的處理過(guò)程。1 打包手機(jī)端修改好號(hào)碼之后點(diǎn)擊保存，手機(jī)端會(huì)調(diào)用同步手機(jī)號(hào)碼的函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)包的打包然后發(fā)送。void watch:SynchroPhone() socketMessageS = ("003|"); socketMessageS = socketMessageS + phone1 + '|' + phone2 + '|' + phone3 + '|' + phonesos; QString tmp = QString:nu

44、mber(socketMessageS.size()+6); tmp = tmp.rightJustified(5, '0'); socketMessageS = socketMessageS + '|' + tmp; qDebug()<<socketMessageS; sendMessage(socketMessageS);2 驗(yàn)證數(shù)據(jù)包完整性機(jī)器端接收數(shù)據(jù)包之后，會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)包的完整性進(jìn)行校驗(yàn)，如果數(shù)據(jù)不完整則放棄這一個(gè)數(shù)據(jù)包。void MainWindow:ReadSocketMsg() QByteArray qba= socket->rea

45、dAll(); qDebug()<<qba; socketMessageR = QVariant(qba).toString(); /轉(zhuǎn)成String if(socketMessageR.right(5).toInt() = socketMessageR.size() /校驗(yàn)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 SocketHandleList(); else qDebug()<<"socket數(shù)據(jù)包異常"3 提取操作號(hào)確認(rèn)數(shù)據(jù)包是完整的之后，機(jī)器端會(huì)提取數(shù)據(jù)包中的操作號(hào)，然后到操作列表里找到對(duì)應(yīng)的操作去執(zhí)行。void MainWindow:SocketHandleList()

46、 /socket 處理列表 int handleCode = socketMessageR.left(3).toInt(); switch(handleCode) case 1: ConnectCheck(); break; case 2: SynchroTime(); break; case 3: SynchroPhone(); break; case 4: SynchroNickname(); break; default: qDebug()<<"SocketHandleList don't find handleCode" 4 解包數(shù)據(jù)包提取數(shù)據(jù)在

47、對(duì)應(yīng)的操作函數(shù)中，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)包格式自動(dòng)提取要操作的數(shù)據(jù)，完成操作。void MainWindow:SynchroPhone() /同步電話號(hào)碼 Data:s_PhoneM = QString:number(socketMessageR.mid(4, 11).toLongLong(); /解包數(shù)據(jù) Data:s_PhoneF = QString:number(socketMessageR.mid(16, 11).toLongLong(); Data:s_PhoneO = QString:number(socketMessageR.mid(28, 11).toLongLong(); Data:s_Phonesos = QString:number(socketMessageR.mid(40, 11).toLongLong(); qDebug() << Data:s_PhoneM << " " << Data:s_PhoneF << " "