基于嵌入式系統(tǒng)的智能門禁系統(tǒng)設計10000字【論文】

基于嵌入式系統(tǒng)的智能門禁系統(tǒng)設計目錄TOC\o"1-3"\h\u167731緒論 186971.1門禁系統(tǒng)研究目的和意義 241061.2門禁系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 2313111.3章節(jié)分布說明 3247212系統(tǒng)方案設計 4270812.1系統(tǒng)設計框架 4226832.2系統(tǒng)工作原理 4290312.3系統(tǒng)功能描述 5105363門禁系統(tǒng)的硬件設計 596383.1主控制平臺 616253.2指紋識別模塊 7239183.2.1指紋識別工作原理 7147393.2.2指紋識別模塊選擇 823078 935433.3短信模塊 10218173.3.1短信模塊原理 10121973.3.2短信模塊選擇 10181443.3.3SIM900A模塊與開發(fā)板的連接 1195053.3.4SIM900A模塊供電 1161973.4蜂鳴器報警模塊 12267203.5電磁鎖驅動模塊 12171104系統(tǒng)軟件設計 13156134.1linux系統(tǒng)的搭建 13129614.2指紋模塊設計 14254411）錄指紋圖像GenImg： 1587822）圖像生成特征Img2Tz： 1680483）搜索指紋Search： 16127944）精確比對兩枚指紋特征Match： 16300725）存儲模板Store： 17119976）清空指紋Empty： 17224044.3短信模塊設計 18321834.4驅動程序設計 2137344.5執(zhí)行過程 22260535調試與運行 22179935.1安裝交叉編譯工具鏈 23102955.2指紋圖像獲取 2358685.3短信測試 24288015.3實物連接 2523306總結 2519448參考文獻 261緒論1.1門禁系統(tǒng)研究目的和意義在科技發(fā)達的今天，門禁系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為一套智能化、多功能化的安全管理系統(tǒng)。它對出入口的管理已不再是單純的鎖和鑰匙的管理，它能夠幫助內(nèi)部有序化管理。它能時刻記錄人員的出入情況，限制人員的出入范圍，也可以很好的拒絕非法人物進入。同時，它也有效的預防了住戶的財產(chǎn)等受到非法侵犯。門禁系統(tǒng)已經(jīng)成為了安全防范系統(tǒng)中很重要的部分,它在當今社會發(fā)展的十分迅速，并廣泛的應用在了辦公大樓、賓館酒店、智能小區(qū)等各種大門、通道、房間的管理?，F(xiàn)如今，房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展如火如荼，而智能門禁系統(tǒng)作為一種基礎的安全防范系統(tǒng)，已經(jīng)成為居民住宅、辦公場所等不可缺少的配套設施，為人們的生命及財產(chǎn)安全提供了有效的保障。a.理論意義智能門禁系統(tǒng)是一種新型現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)，它是在傳統(tǒng)的開鎖原理上，進行更加智能化、科技化的更新設計。在社會經(jīng)濟不斷增長的今天，建筑物內(nèi)的主要管理區(qū)、出入口、貴重物品的庫房、設備控制中心等重要部門的通道口都需要加強安全防護措施，這就需要開發(fā)出與之相對應的智能門禁系統(tǒng)，識別出入口人員的身份，對出入口進行有效控制。c.本課題設計的實際意義本課題所設計的門禁系統(tǒng)為基于嵌入式系統(tǒng)的智能門禁系統(tǒng)，采用雙解鎖方式，增加對住戶的生命財產(chǎn)安全的保障。既提高了新型門禁系統(tǒng)的安全性，同時也是基于傳統(tǒng)門禁系統(tǒng)的一種創(chuàng)新。1.2門禁系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢隨著感應卡技術、生物識別技術的發(fā)展，近幾年來，門禁系統(tǒng)得到了飛躍式的發(fā)展，進入了成熟期，集成了自動識別技術和現(xiàn)代安全管理措施為一體，涉及電子、機械、計算機技術、通訊技術、生物技術等諸多技術。在科技不斷發(fā)展的今天，門禁系統(tǒng)早已不再是單純的鎖和鑰匙的管理，已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一套完整的出入管理系統(tǒng)。它在工作環(huán)境安全、人事考勤管理等行政管理工作中發(fā)揮著巨大的作用?，F(xiàn)階段，國內(nèi)外研究和開發(fā)的門禁系統(tǒng)主要是感應式門禁系統(tǒng)和基于生物識別技術的門禁系統(tǒng)。在基于生物識別技術的門禁系統(tǒng)中，使用最廣泛的主要是以指紋識別為應用的門禁系統(tǒng)。由于圖像處理和自動識別技術的提高以及大規(guī)模的集成電路的發(fā)展，指紋識別系統(tǒng)的體積越來越小，價格也不斷的下降，等到未來生產(chǎn)和價格成熟后，可能廣泛應用于門禁系統(tǒng)以及其他有安全需求的領域。但是，無論是感應式的門禁系統(tǒng)還是基于生物識別技術的門禁系統(tǒng)，都還在發(fā)展和改進的進程中。與國內(nèi)相比，國外開發(fā)使用的門禁系統(tǒng)安全性較高，但是價格也相對昂貴。國內(nèi)生產(chǎn)的感應式或基于指紋識別技術的門禁系統(tǒng)價格與國外同類產(chǎn)品相比要低大約10%-50%，但是系統(tǒng)的可靠性相對會差一點。在技術方面，大部分廠家一般還是采用仿制國外的門禁系統(tǒng)，國內(nèi)目前還是處于跟進的狀態(tài)，對于智能門禁的使用也還處于發(fā)展階段。因此，對智能門禁系統(tǒng)的研究和設計是國內(nèi)研究領域中重要和必要的一塊。在如此大環(huán)境之下，門禁系統(tǒng)的多樣化、智能化設計變的尤為重要。隨著用戶安全性、保密性的提高，有些用戶需要更高級別的門禁系統(tǒng)，因此更高級別的門禁識別儀器也應運而生。本次設計采用了當前主流的指紋識別技術，通過指紋識別來控制門禁。但不止于此，本次設計在指紋識別的基礎上增加了短信解鎖的方式，既是對門禁系統(tǒng)多樣化的考慮，也是在探索新型智能門禁系統(tǒng)的可靠性。1.3章節(jié)分布說明第一章緒論部分主要描述了門禁系統(tǒng)的研究目的和意義，分析門禁系統(tǒng)的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢，突出了門禁系統(tǒng)在生活中的重要性和必要性。第二章主要講述門禁系統(tǒng)的方案設計，分析了系統(tǒng)構成，確定了門禁系統(tǒng)設計的具體方案，提出了系統(tǒng)框架，為之后的硬件電路和軟件設計提供設計思路，并對系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能進行了描述。第三章為硬件設計部分，首先是硬件上的選擇，再對每個硬件模塊進行詳細分析和設計。通過查閱相關資料，設計符合本課題的各模塊電路，其中包括指紋識別、短信控制、蜂鳴器報警、電磁鎖等模塊的設計，這些模塊整合到一起便能組成一個完整的門禁系統(tǒng)。第四章為軟件設計部分，包括linux系統(tǒng)的搭建、指紋模塊、短信模塊、驅動模塊等具體執(zhí)行過程的設計，以及對各模塊功能實現(xiàn)程序的編寫。第五章為設計過程中的測試及最終調試。第六章為總結與展望部分，對整個設計內(nèi)容的實現(xiàn)進行總結分析，對設計過程進行概括，并指出本設計中存在的不足和可改進的部分。2系統(tǒng)方案設計2.1系統(tǒng)設計框架本設計為基于嵌入式系統(tǒng)的智能門禁系統(tǒng)的設計，主要包括用戶指紋識別、遠程短信控制、異常開門報警等部分。整個門禁系統(tǒng)可分為指紋識別模塊、短信控制模塊、蜂鳴器報警模塊、電磁鎖模塊等，系統(tǒng)設計框架如圖2.1。圖2.1系統(tǒng)設計框架2.2系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)有兩種開鎖方式：指紋解鎖和短信解鎖。使用指紋解鎖時，用戶通過指紋傳感器錄入自己的指紋，指紋識別模塊對錄入的指紋進行圖像處理，并提取指紋特征，然后將當前錄入的指紋特征與指紋庫中的指紋特征進行對比。如果二者特征相似，將輸出結果送達控制平臺，電磁鎖打開。若不相似，電磁鎖無變化。使用短信解鎖時，用戶向門禁系統(tǒng)的短信控制模塊發(fā)送短信，當短信控制模塊接收到短信后，進行對短信內(nèi)容的讀取。若讀取短信的手機號碼為設定的手機號碼，則進一步讀取短信內(nèi)容；讀取的短信內(nèi)容與設定的開門短信內(nèi)容一致，將輸出結果送至控制平臺，電磁鎖打開；若讀取的手機號碼與設定的不一致，系統(tǒng)無響應。當開門者出現(xiàn)暴力破壞門禁設備或門在未開啟的情況下自然打開時，蜂鳴器響應，發(fā)出警報，并向住戶手機號碼發(fā)送報警提示短信。2.3系統(tǒng)功能描述1）本設計采用TQ2440ARM開發(fā)板作為控制平臺，指紋識別選擇FM-70光學指紋傳感器，遠程短信控制選擇SIM900A模塊，執(zhí)行機構包括電磁鎖和報警器等;2）此門禁系統(tǒng)包含指紋解鎖和短信解鎖，兩種開門方式并不沖突;3）為實現(xiàn)門禁系統(tǒng)各部分功能，增加預置開關，一般情況下預置開關處于關閉狀態(tài)，即用戶在開門時，指紋識別模塊進行正常的指紋錄入、指紋圖像處理、指紋特征對比等過程；短信控制模塊進行正常的收發(fā)短信過程。當打開預置開關，指紋識別模塊進入增加或刪除指紋過程，即實現(xiàn)對指紋的增加和刪除功能；短信模塊進入存儲用戶手機號碼的過程，即實現(xiàn)對用戶多個手機號碼的存儲，方便用戶控制門禁。4）出于安全方面的考慮，在使用短信開門時，需對接收到的短信內(nèi)容進行讀取，首先讀取發(fā)來的短信的手機號碼，再讀取短信里的內(nèi)容，只有當讀取的手機號碼和短信內(nèi)容都與設定的一致時，方可開門；否則門不開啟。在指紋識別時，本系統(tǒng)設置有3次指紋錄入機會，若開門者在3次錄入過程中有一次錄入的指紋比對成功即可開門；如若開門者3次錄入后的指紋都與指紋庫中的指紋不匹配，進行第4次指紋錄入時，此時蜂鳴器響應啟動報警，向住戶手機號碼發(fā)送一條報警提醒短信。5）本系統(tǒng)會自動檢測門的狀態(tài)，當門禁設備遭到破壞或是未執(zhí)行開門操作而門處于打開狀態(tài)時，蜂鳴器響應，亦向住戶手機號碼發(fā)送短信，提醒住戶。3門禁系統(tǒng)的硬件設計硬件設計部分包括主控平臺、指紋模塊、短信模塊、蜂鳴器報警模塊、電磁鎖模塊等的設計。其中主控平臺選擇實驗室常用的TQ2440開發(fā)板，指紋識別模塊選擇FM-70系列光學指紋傳感器，短信模塊選擇SIM900A模塊開發(fā)板，系統(tǒng)的執(zhí)行機構包括電磁鎖和報警器等。3.1主控制平臺本次設計選用TQ2440ARM開發(fā)板作為主控制平臺，開發(fā)板實物如圖3.1所示。圖3.1TQ2440開發(fā)板TQ2440開發(fā)板具有超小核心板設計，節(jié)省地方且功能齊全;使用插針式設計，具有良好的物理連接性能和超強的抗震性能;采用六層軍工布線設計，具備良好的電氣連接性能，比市場上四層布線的開發(fā)板在運行程序時更具有穩(wěn)定性。表1TQ2440開發(fā)板硬件特性TQ2440開發(fā)板底板硬件特性硬件特性說明串口板載五線異步串行口（UARTO），可外接串口擴展板引出另兩個串口（UART1和UART2）網(wǎng)絡接口板載10OMDM9000網(wǎng)卡，帶聯(lián)接和傳輸指示燈;USB接口USBHOST接口；USBDevice接口存儲接口一個SD卡接口,支持32GSD卡音頻接口采用芯片UDA1341，立體聲音頻輸出，可錄音時鐘源內(nèi)部實時時鐘（帶有后備鋰電池）調試JtagJTAG接口，支持ADS1.2等軟件的單步調試功能復位電路采用專業(yè)復位芯片811進行復位，穩(wěn)定可靠電源接口高電流帶載的5V電源供電，帶電源開關指示燈AD功能可調電阻接到ADC引腳上用來驗證模數(shù)轉換IIC功能提供AT24CO2的EEPROM驗證IIC功能蜂鳴器測試PWM功能的蜂鳴器用戶按鍵4個用戶按鍵，使用外部中斷用戶LED燈4個用戶LED燈，使用GPIO口控制底板尺寸105mm×128mm由于TQ2440開發(fā)板包含RS232串口【14】和TTL串口等多個可接入接口，方便用于與指紋模塊、短信模塊、電磁鎖等的連接，且開發(fā)板功能齊全，故選用TQ2440開發(fā)板作為本門禁系統(tǒng)的控制平臺。3.2指紋識別模塊3.2.1指紋識別工作原理人的手指內(nèi)側表面的皮膚凹凸不平產(chǎn)生的紋路會形成各種各樣的圖案，皮膚的紋路在圖案、斷點和交叉點上又各不相同，在信息處理中將這些稱作“特征”，每個手指的特征都是唯一的。依靠這種唯一性，我們就可以把一個人同他的指紋對應起來，通過對他的錄入的指紋和提前保存的指紋進行對比，就可以驗證他的真實身份。指紋識別通過特殊的光電轉換設備和圖像處理技術，對指紋進行采集、處理和比對，可以自動、快速、準確地鑒別出個人身份。指紋識別主要包括對指紋的采集、指紋圖像處理、指紋特征提取、指紋特征比對等過程。1.指紋圖像通過FM-70模塊的光學組件（如同照相機的拍照功能），可以清晰地獲得手指的指紋圖像。2.指紋特征指紋算法從指紋圖像中提取的特征，代表指紋的信息。FM-70模塊提取的指紋特征大小是256Bytes，2、3個特征文件將合成一個指紋模板文件（512Bytes）。指紋的存儲、比對和搜索等都是通過指紋特征來完成的。3.指紋特征處理包含兩個過程：指紋登錄過程和指紋匹配過程［其中指紋匹配分為指紋比對（1:1）和指紋搜索（1:N）兩種方式］。指紋登錄時，對每一枚指紋錄入2次，將2次錄入的指紋圖像進行處理，合成模板存儲于模塊中。指紋匹配時，通過指紋傳感器，錄入要驗證指紋圖像并進行處理，然后與模塊中的指紋模板進行匹配比較（若與模塊中指定的一個模板進行匹配，稱為指紋比對方式，即1:1方式；若與多個模板進行匹配，稱為指紋搜索方式，即1:N方式），模塊給出匹配結果（通過或失?。?。3.2.2指紋識別模塊選擇在指紋識別模塊的硬件選擇上，選擇FM-70光學指紋傳感器。FM-70系列光學指紋模塊以高性能的DSP處理器為核心，結合具有自主知識產(chǎn)權的光學指紋傳感器，在無需上位機參與管理的情況下，具有指紋采集、指紋圖像處理、指紋特征提取、指紋對比、指紋存儲等功能的智能型模塊。圖3.2.2FM-70指紋模塊和同類指紋產(chǎn)品相比，F(xiàn)M-70模塊具有以下特色:·自主知識產(chǎn)權，成像清晰光學指紋傳感器、模塊硬件所有技術，均由杭州指安自主開發(fā)，獲得多項國家專利，光路設計優(yōu)秀，·反應靈敏，指紋適應性強指紋圖像讀取時，對干濕手指都有靈敏的反應和判斷，獲得最佳的成像質量，適用人群廣泛?！ぞG色特定LED高亮光源，抗衰老性能優(yōu)，采用特定綠色高亮光源組件，超低光衰，使用壽命更長，性能更持久耐用?！し现讣y行業(yè)現(xiàn)行最高標準通過國家和公安部安全防范報警系統(tǒng)產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗，符合GA701-2007《指紋防盜鎖通用技術條件》標準，可提供檢驗報告?！ざ伍_發(fā)應用簡單無需具備指紋識別專業(yè)知識即可應用，用戶根據(jù)FM-70模塊提供的豐富控制指令，可自行開發(fā)出功能強大的指紋識別應用系統(tǒng)。·靈活設置安全等級針對不同應用場合或環(huán)境，用戶可自行設定1-5級的不同安全等級?！梅秶鷱V泛3.2.3所示。表2串行通訊接口引腳號名稱類型功能描述1VtouchIn觸摸感應電源輸入端。（線色：藍）2Soutout感應信號輸出。（線色：黃）3VinIn模塊電源正輸入端。（線色：紅）4TDOut串行數(shù)據(jù)輸出TTL邏輯電平。（線色：綠）5RDIn串行數(shù)據(jù)輸入TTL邏輯電平。（線色：白）6GND－信號地內(nèi)部與電源地連接。（線色：黑）注：類型欄中，in表示輸入到模塊，out表示從模塊輸出。圖3.2.3串行通訊接口實物圖模塊通過串行通訊接口，可直接與3.3V或者5V電源的開發(fā)板或其他MCU進行通訊：模塊的2腳（TD）接上位機的數(shù)據(jù)接收端（RXD），用以發(fā)送數(shù)據(jù)；模塊的3腳（RD）接上位機的數(shù)據(jù)發(fā)送端（TXD），用以接收數(shù)據(jù)?？紤]到整體電路的功耗，指紋模塊只存在兩種狀態(tài)，即工作狀態(tài)和不工作狀態(tài)；平常關閉指紋模塊電源輸入，指紋模塊不工作；當開發(fā)板（MCU）接入指紋模塊，提供指紋模塊電源輸入，指紋模塊開始工作，完成相應的命令，如不再使用指紋模塊，切斷指紋模塊電源，指紋模塊進入不工作狀態(tài)。3.3短信模塊3.3.1短信模塊原理當GSM短信模塊接收到短信,并以AT指令傳到ARM開發(fā)板時，開發(fā)板將AT指令轉換為輸出指令，控制電磁鎖開關；當由GSM短信模塊向用戶發(fā)送信息時,同樣由開發(fā)板將發(fā)送指令轉換為AT指令后傳輸給GSM短信模塊，由GSM短信模塊將信息發(fā)送到用戶手機,實現(xiàn)遠程信息傳輸控制的目的[10]。3.3.2短信模塊選擇短信模塊選擇SIM900A模塊開發(fā)板，如圖3.3.2所示。圖3.3.2sim900a模塊SIM900A模塊采用串口（UART）通信，所有的SIM900A開發(fā)板都含有TTL接口。使用標準的AT指令對SIM900A模塊進行控制，可實現(xiàn)打電話發(fā)短信等功能。下表為介紹SIM900A模塊的主要性能。表3SIM90OA主要特性特性說明供電單電壓:3.4V-4.5V省電SLEEP模式下的耗流為1.0mA(BS-PA-MFRMS=9)頻段SIM900A兩頻:EGSM900和DCS1800，M900A可以自動的搜尋兩個頻段，也可以通過AT命令來設置頻段。符合GSMPhase2/2+GSM類型小型移動臺溫度范圍正常工作溫度:-30℃～+80℃受限工作溫度:-40℃～-30℃和+80℃～+85℃串口和調試口支持標準的8線制串行接口傳輸速率支持從1.2kbps到115.2kbps可以通過串口發(fā)送AT命令和數(shù)據(jù)支持符合GSM07.10協(xié)議的串口復用功能支持從1200bps到115200bps的自動波特率檢查功能調試口:2線制串行接口用于調試和軟件升級通訊錄管理支持類型:SM,FD,LD,RC,ON,MC.實時時鐘(RTC)支持定時功能通過AT命令設置物理尺寸尺寸:24mmx24mmx3mm重量:3.4g3.3.3SIM900A模塊與開發(fā)板的連接SIM900ATTL2.85VTTL3.3V開發(fā)板TTL5V3.3V的開發(fā)板連接。在連接時，SIM900A模塊的TXDRXD相連接，模塊的RXD與開發(fā)板的TXD相連接，模塊的GND與開發(fā)板上的GND相連接。3.3.4SIM900A模塊供電SIM900A5V1A1A。模塊的正負極在板子后均有標出：VCC代表接入電源正極，GND代表接入電源負極。電源接口如圖3.3.4所示。IN40071AVCC_41000UF圖3.3.5模塊供電SIM900ASIM900A3.4蜂鳴器報警模塊蜂鳴器工作原理是系統(tǒng)利用微控制器的端口輸出高、低電平和三極管驅動電路控制蜂鳴器工作[12]。在一般的控制系統(tǒng)中，都設有報警電路，用以提醒工作人員相關事項。其主要方法就是把系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)進行處理之后，與原設定值進行比較，如果與原設定值不同就報警。在本次設計中，當指紋錄入比對失敗3次或門處于異常狀態(tài)時才會發(fā)出警報，此時系統(tǒng)鎖定，開發(fā)板的PIO口為高電平，蜂鳴器發(fā)出聲響。蜂鳴器上的二極管是續(xù)流用的，防止三極管被蜂鳴器反向電流擊穿。報警原理圖如圖3.4所示。圖3.4蜂鳴器報警原理圖3.5電磁鎖驅動模塊電磁鎖其實就是電磁鐵控制一簡單機械裝置的開關，通過一系列的指令可控制電磁鎖的開關動作。電磁鎖的控制是本門禁系統(tǒng)的一部分，本系統(tǒng)所用的鎖為普通電磁鎖，它的原理簡單，驅動方便，由門禁系統(tǒng)提供給其12V電壓。圖3.5電磁鎖4系統(tǒng)軟件設計軟件設計采用的是linux操作系統(tǒng)。對于嵌入式軟件設計首先需要在主機上建立交叉編譯環(huán)境,然后進行串口程序、模塊程序、驅動程序等的編譯。軟件設計部分主要有指紋采集、指紋圖像處理、指紋特征對比、指紋增加/刪除、收發(fā)短信、異常狀態(tài)報警以及其他程序的編寫。4.1linux系統(tǒng)的搭建Linux是一套免費而開源的操作系統(tǒng)，支持多用戶、多線程、多cpu等功能，目前已經(jīng)擁有多種發(fā)行版本。嵌入式Linux系統(tǒng)相對其他嵌入式系統(tǒng)，在穩(wěn)定性、功能豐富性上具有優(yōu)勢明顯。Linux的源代碼是開放的，可以免費得到，并自己根據(jù)個性的需求進行定制，可以將Linux內(nèi)核去除用不到的部分，經(jīng)過精簡的內(nèi)核將大大“瘦身”?？刂破鞯挠布脚_確定后,需要根據(jù)平臺的芯片型號進行Linux系統(tǒng)的針對性移植，然后再進行控制器相關驅動的開發(fā)與移植，比如門鎖設備相關驅動、蜂鳴器報警驅動等，相應的驅動模塊還需要添加進內(nèi)核中。嵌入式Linux平臺的構建流程如下:1．安裝和設置開發(fā)環(huán)境2．在目標機上安裝引導裝載程序(bootloader)3．配置和編譯內(nèi)核4．通過引導裝載器安裝和運行內(nèi)核5．驅動程序的開發(fā)6.準備目標根文件系統(tǒng)的內(nèi)容7．安裝目標根文件系統(tǒng)8．開發(fā)和運行程序9．系統(tǒng)集成4.2指紋模塊設計在此模塊的設計中，要執(zhí)行基本的指紋識別過程，這部分要實現(xiàn)指紋采集、指紋圖像處理、指紋特征對比、增加或刪除指紋的功能。圖4.2指紋模塊設計如上圖4.2所示為指紋識別模塊的執(zhí)行流程，用戶通過指紋傳感器進行指紋的錄入，程序初始化，一般情況下預置開關處于關閉狀態(tài)，即指紋識別模塊進行正常的指紋識別過程：用戶錄入自己的指紋，指紋識別模塊對當前錄入指紋進行圖像處理，并提取當前指紋的指紋特征，將指紋特征與指紋庫中的指紋進行比對，比對成功則輸出結果；不成功則重新采集指紋。當預置開關打開時，執(zhí)行增加或刪除指紋的程序，若執(zhí)行命令為A（增加指紋）指令時，將當前錄入的指紋存入指紋庫中；若執(zhí)行指令為B（刪除指紋）指令時，將指紋庫中所有指紋進行刪除。表4.2指紋識別程序指令代碼命令名功能說明0x01GenImg錄指紋圖像0x02Img2Tz圖像轉特征0x03Match特征比對0x04Serach搜索指紋0x05RegModel特征合成模板0x06Store存儲模板0x08UpChar上傳特征0x09DownChr下載特征0x0bDownImage下載圖像0x0dEmpty清空指紋庫其中：1）錄指紋圖像GenImg：探測手指，探測到后錄入指紋圖像存于ImageBuffer，并返回錄入成功確認碼；若探測不到手指，直接返回無手指確認碼。輸入?yún)?shù)：none返回參數(shù)：確認字確認碼=0x00，表示錄入成功；確認碼=0x01，表示收包有錯；確認碼=0x02，表示傳感器上無手指；確認碼=0x03，表示錄入不成功。2）圖像生成特征Img2Tz：將ImageBuffer中的原始圖像生成指紋特征，特征存儲于CharBuffer1或CharBuffer2。輸入?yún)?shù)：BufferID(特征緩沖區(qū)號)返回參數(shù)：確認字確認碼=0x00，表示生成特征成功；確認碼=0x01，表示收包有錯；確認碼=0x06，表示指紋圖像太亂而生不成特征；確認碼=0x07，表示指紋圖像正常，但特征點太少而生不成特征；確認碼=0x15，表示圖像緩沖區(qū)內(nèi)沒有有效原始圖生不成圖像。3）搜索指紋Search：以CharBuffer1或CharBuffer2中的特征文件搜索整個或部分指紋庫。若搜索到，則返回序號。輸入?yún)?shù)：BufferID+StartPage(起始序號)+PageNum（個數(shù)）返回參數(shù)：確認字+序號（相配指紋模板）確認碼=0x00，表示搜索到；確認碼=0x01，表示收包有錯；確認碼=0x09，表示沒搜索到。4）精確比對兩枚指紋特征Match：模塊精確比對（1:1）CharBuffer1與CharBuffer2中的特征文件，并給出比對結果。輸入?yún)?shù)：none返回參數(shù)：確認字+比對得分確認碼=0x00，表示指紋匹配；確認碼=0x01，表示收包有錯；確認碼=0x08，表示指紋不匹配。5）存儲模板Store：將指定的特征緩沖區(qū)（CharBuffer1或CharBuffer2）中的模板數(shù)據(jù)存儲到Flash指紋庫中指定位置。輸入?yún)?shù)：BufferID(緩沖區(qū)號)+PageID（指紋庫位置號，兩個字節(jié)，高字節(jié)在前）。返回參數(shù)：確認字6）清空指紋Empty：刪除模塊指紋庫內(nèi)所有指紋模板。輸入?yún)?shù)：none返回參數(shù)：確認字確認碼=0x00，表示清空成功；確認碼=0x01，表示收包有錯；確認碼=0x11，表示清空失敗。部分程序如下：voidaddfinger()//錄入用戶指紋{ ucharIDa1,IDa2; LcmClearTXT(); SFG_getimage(); while(querenma!=0) SFG_getimage(); SFG_genchar(buffer1ID); UART_Init(); SFG_fastsearch(buffer1ID); while(querenma==1) SFG_fastsearch(buffer1ID); if(querenma==0) { LcmClearTXT(); PutStr(1,1,"該指紋已存儲"); while(Keycan()==0);}4.3短信模塊設計圖4.3.1短信模塊設計流程程序初始化，SIM900A模塊接收到短信后，手動控制預置開關，預置開關處于關閉時，進行正常的讀取短信過程，即先對接收到的手機號碼進行判斷，若為SIM卡中設定的手機號碼，則進行下一步；若不是，退出程序。當讀取的手機號碼與設定的一致，進行對短信內(nèi)容的讀取，若讀取的短信內(nèi)容與設定的開門短信內(nèi)容一致時，輸出結果；若不一致，退出程序。預置開關處于開啟狀態(tài)時，會發(fā)送指令，判斷指令是否為存手機號碼指令，若是，將當前讀取的手機號碼進行存儲，并存入文件中；若不是，不保存當前讀取的手機號碼，退出程序。由于短信的收發(fā)過程是通過AT指令來實現(xiàn)的，因此要掌握對AT指令的應用，表4為本次用到的一些AT指令，并進行了簡單說明。表4AT指令語句說明AT+CMGF選擇短消息格式AT+CMGR讀取短消息AT+CMGS發(fā)送短消息AT+CMGW把消息寫入存儲器AT+CMSS從存儲器發(fā)送消息AT+CNMI新消息指示AT+CSMP設置短消息文本模式參數(shù)AT+CSMS選擇短消息服務讀取短信：index=1;sprintf(c_cmd,"AT+CMGR=%d\r\0",index);write(fd,c_cmd,strlen(c_cmd));//讀短信存儲位置索引值為indexsleep(1);length=read(fd,recv_buf,1024);//讀取短信數(shù)據(jù)包printf("read=%dbyte\n",length);發(fā)送短信：/發(fā)短信初始化/charc[20]="AT\r";char*buff=malloc(10);bzero(buff,10);printf("senddata\n");發(fā)送短信實現(xiàn)：圖4.3.2發(fā)送短信步驟其中：sprintf(c,"at+cscs=\"GSM\"\r");//設置GSM字符集sprintf(c,"at+cmgf=1\r");//設置文本模式sprintf(c,"at+cmgs=\"189xxxxxxxxx\"\r");//此為發(fā)送給對方的電話號碼sprintf(c,"hello");//短信內(nèi)容write(fd,&c[0],1);//發(fā)最后結束標記0X1A4.4驅動程序設計在內(nèi)核linux/drivers/char/下找到驅動文件tq2440-DCS.c，該c文件為門鎖的驅動源代碼。部分驅動程序如下：intfd;fd=open("/dev/"dcs，0);if(fd<0){perror("opendevice/dev/dcs");exit(1);}ioctl(fd,on,dcs);//使用ioctl函數(shù)，ioctl函數(shù)是設備驅動程序中對設備的I/O通道進行管理的函數(shù))close(fd);接著單獨編譯內(nèi)核驅動:[root@1ocalhost1inux]#makemenuconfig[root@1oca1host1inux]#makemodu1es編譯模塊化的驅動，生成tq2440-dcs.ko文件，即門鎖的驅動文件。執(zhí)行make語句，產(chǎn)生可執(zhí)行文件。切換到Xshell終端窗口，使用nfsmount開發(fā)主機的/home到開發(fā)板/mnt/nfs目錄。然后進入掛載點自己的應用程序目錄，用insmodtq2440-dcs.ko命令插入dcs驅動，并用lsmod命令查看是否已經(jīng)插入，手動創(chuàng)建設備節(jié)點。加載驅動程序:up-tech:~/dcs#lsdcsdcs.shtq2440-dcs.koup-tech:~/dcs#insmodtq2440-dcs.kotq2440-dcs.ko:modulelicense'unspecified'taintskernel.dcsinitialized4.5執(zhí)行過程圖4.3驅動模塊設計如上圖，在本次設計中，共設有兩種開鎖方式，一種為指紋解鎖，另一種為短信解鎖。當開門者使用指紋開門時，共有3次錄入指紋的機會，在3次錄入指紋過程中，指紋比對正確1次即可開門；當開門者3次錄入的指紋比對均不成功進行第4次錄入指紋時，指紋模塊鎖定，蜂鳴器響應啟動報警，并向住戶手機發(fā)送報警提示短信。當開門者使用短信開門時，指紋模塊對用戶發(fā)來的短信進行讀取，判斷接收到的短信是否與設定的短信內(nèi)容一致，若一致則門開啟，否則不開。當門禁控制器檢測到異常情況時，如出現(xiàn)破壞門禁設備、未執(zhí)行開門操作而門處于開啟狀態(tài)等，也會發(fā)出警報信號[11]，并向住戶手機發(fā)送報警提示短信。5調試與運行本系統(tǒng)相對于其他生物識別的門禁設計來說，成本較低、功耗較低、使用方便。經(jīng)調試后，系統(tǒng)能實現(xiàn)基本功能，且運行比較穩(wěn)定。5.1安裝交叉編譯工具鏈1）進入家目錄下2）創(chuàng)建文件夾toolchain3）進入toolchain目錄下4）將文件（toolchain-4.5.1-farsight.tar.bz2）拷貝到toolchain目錄下5）解壓文件toolchain-4.5.1-farsight.tar.bz26）配置環(huán)境變量：sudovi/etc/bash.bashrc在最后一行添加：exportPATH=$PATH:/home/linux/toolchain/toolchain-4.5.1-farsight/bin/7）重啟環(huán)境變量：source/etc/bash.bashrc8）測試交叉編譯工具鏈是否安裝成功圖5.1安裝交叉編譯鏈如上圖5.1所示，出現(xiàn)：gccversion4.5.1(SourceryG++Lite2010.09-50)，表示交叉編譯工具鏈安裝成功。5.2指紋圖像獲取圖5.2指紋圖像5.3短信測試圖5.3短信測試打開Ubantu操作系統(tǒng)，執(zhí)行指令找到發(fā)送短信程序位置，打開發(fā)送短信的.c文件，對程序進行編譯和修改。圖5.2短信收發(fā)測試短信測試結果如圖所示，用戶向SIM900A模塊中的SIM卡發(fā)送短信，模塊接收到短信。利用SIM900A模塊向用戶手機號碼發(fā)送短信，用戶手機收到短信。5.3實物連接圖5.3實物展示圖6總結本設計為基于嵌入式系統(tǒng)的智能門禁系統(tǒng)的設計，主要包括用戶指紋識別、遠程短信控制、異常開門報警等部分。整個系統(tǒng)可分為指紋識別模塊、短信控制模塊、蜂鳴器報警模塊、電磁鎖模塊等。最后設計成的門禁系統(tǒng)可以基本實現(xiàn)指紋錄入、指紋圖像處理、指紋對比、指紋刪除、遠程短信