嵌入式網絡技術在門禁系統中的應用

　　隨著互聯網絡軟件與硬件技術的飛速發展，以8位單片機為硬件、實時操作系統為軟件的嵌入式以太網解決方案以其低成本、小功耗、小體積、開發周期短和實時性好等優點得到廣泛的應用。一些工業和科研場合要求門禁系統在實時記錄留在某一場所內準確人數的同時，能通過以太網告知門禁系統現場的人數。

　　本工作完成了一種基于嵌入式網絡技術的計數設備，該計數設備可以在現場實時顯示并通過以太網告知門禁控制中心在某一場所內人員的數量。該系統采用AVR單片機ATmega128為主控制器，嵌入Nut/OS實時操作系統，通過TCP/P協議與控制中心實現通信。

　　2 系統硬件結構

　　圖1所示為該系統的硬件框架圖，系統由AVR單片機以太網控制電路、兩個紅外傳感器陣列和三位數碼管顯示器組成。AVR單片機以太網控制電路為系統核心，主要任務包括：實現基于TCP／IP協議的以太網通訊、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碼管顯示器發送數據。基于實際應用的需要，數碼管顯示器最多可以顯示三位數，即最多可計的數目為999.為了減少I／O的使用數量，采用了串行的方式控制顯示電路。控制信號由三根的數據線組成，分別是串行數據線、串行時鐘線和鎖存信號線。由三片74LS164級聯組成24比特的串行移位寄存器，分別向三位的數碼管提供七段碼數據；由三片74LS374組成鎖存器，目的是避免串行移位過程中在數碼管上出現閃爍；由三片8達林頓管陣列ULN2003A分別驅動三個數碼管。

　　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對紅外發射、接收管組成，相應的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單片機發送低電平信號。

　　為了能夠區分人員經過的方向，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分人員進出的方向，相應的控制器做出加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的間距設置為30cm，這樣可以確保在任意時刻只有同一個人能先后經過傳感器列A和B，避免了多人同時經過探測器等各種影響正常計數情況的發生。AVR單片機以太網控制電路以Ethernut 1.3gI1 開源軟硬件嵌入式系統設計方案為藍本，進行了部分的刪減和重新設計。

　　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； 以太網控制器為RTL8019ASI3 ：20F.01以太網隔離變壓器；LM1086向接口電路提供+5V電源。該電路以AVR單片機ATmega128為核心，控制以太網控制器RTL8019AS實現局域網通信。通過RS232接口與PC機上超級終端或串口調試助手實現串口通信。該電路基于TCP/IP協議，采用Socket方式與門禁控制中心進行通信。當網絡實時性要求不高時，傳輸速率達到10Mbps的以太網控制器RTL8019AS已經能夠滿足系統的要求。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的使用數量，采用串行的方式向數碼管顯示電路發送數據。