基于32位高性能嵌入式处理器的门禁考勤系统

出处：computer00 发布于：2007-05-27 11:52:28

近几年来，随着市场上智能化楼宇的不断升温，门禁考勤系统已作为智能化办公室的一种标志被各商家用户所接受。人们已开始习惯用感应卡代替传统的铁钥匙去管理各通道门，这使门禁系统得到了飞跃性的发展。在2000年，全世界的门禁系统销量比1999增长了接近10倍，占整个安防市场的40％。

初期的门禁系统主要是应用在本地化通道管理领域，人们利用门禁系统去管理本地端的通道门，受系统连接线路的限制，系统的覆盖范围仅达几百米。后来，门禁系统引入总线制技术使系统的覆盖范围扩展至几km，大大地扩展了系统的容量。

1 MC68VZ328的性能特点

Motorola的MC68VZ328属于DragonBall(龙珠)系列，但较之于前面的产品具有更高的性能，例如速度更快、功耗更低，内置LCD控制器，可直接挂接640X512点阵式图形LCD等，具体特性如下所述：

时钟周期60ns，工作电压3．3V；

8个片选信号，每个片选信号的地址空间可由程序设置；

支持3种工作模式：正常模式、突发模式、睡眠模式；

18个边沿和电子中断，分为7个不同等级的中断；

54个I／O口，大部分是复用的，可对相应的寄存器进行设置来改变I／O的用途；

脉宽调制器，可以用于发声；

通用定时器具有60ns的分辨率，长定时时间为524 s；

通用异步收发器支持的波特率为115 200b／s，同时支持红外通讯；

支持单色LCD显示屏，支持2位，4位和1位的数据线接口，尺寸640X512象素，支持4级或16级灰度，有硬光标；

实时时钟模块：提供采样定时中断，每秒的中断和每天的中断，2S的看门狗；

DRMA控制模块：支持8位和16位宽度DRAM，可编程控制的刷新周期，对LCDDMA存取支持快速页面模式和EDO模式，支持4MXl6的容量。

目前，龙珠系列处理器是国内PDA设计的处理器，但实际根据Motorola所设计的特性，MC68VZ328的应用领域要广泛得多。下面以其在门禁考勤系统中的一款设计为例说明。

2 门禁考勤系统构成

2．1 硬件构成

一套典型的门禁考勤系统由3部分组成：控制器、红外遥控器、感应读卡器。

如图1所示，控制器外部可连接2个感应读卡器，同时可与PC机相连，接受红外遥控器的指令，控制2个电控锁。感应读卡器与控制器之间通讯使用I／O口。控制器与PC机的通讯使用标准串口。红外遥控器与控制器之间通讯使用I／O口。感应读卡器使用nRF4001感应器，红外遥控接受器使用GP(U52-933)。

控制器内部按功能模块可分为8部分(如图2所示)：

CPU：控制整个系统；

存储器：保存接受的数据；

串口RS232：与PC通讯。每天控制器保存的数据，如员工进入情况、上班时间等都上传给PC机作处理，达到门禁考勤的作用；

带触摸屏的LCD：大屏显示，同时带触摸屏实现手写输入；

实时钟：为系统提供准确时钟；

电源管理：为系统提供不同类型的电压，例如，为LCD提供18V偏压，为CPU提供3．3V电源，为感应读卡器、红外遥控接受器提供5V供电。外电220V接人，经过整流分别输出18V，5V，3．3V直流。

I／O口控制：控制电控锁、接收感应读卡器的数据、接收红外遥控器的数据、输出声音。

复位电路：保证系统崩溃后，能重新恢复正常。

2．2 软件结构

(1)操作系统

使用专用于DragonBall系列处理器的PPSM(Personal Portable System Manager)。PPSM是基于中断优先调度的32位实时操作系统核。所有任务根据事件驱动，例如，点击1个图标可以激活1个任务。PPSM提供的公用函数接口API包括基本的LCD控制，画图功能，实时钟管理及串口控制。PPSM并不直接访问硬件设备，而是通过驱动程序管理所有外设。因为为外设提供统一的驱动接口，因此即使外设发生变化，也不需要改变内核，使其具有更强的灵活性。PPSM支持多任务，每个任务还可建立于任务。PPSM定义了2种中断消息集：系统中断消息和用户自定义中断消息。系统中断消息指操作系统提供的中断处理函数自动产生的中断消息，用户只需要做上层应用处理，例如串口、实时钟、声音、触笔、定时器等。用户自定义中断指需要用户自己做中断处理函数，在中断处理函数中向任务发送中断消息，例如中断级别中断、中断级别二级中断、看门狗等。

(2)应用程序设计

程序首先初始化硬件，接着调用操作系统函数创建并启动任务，对于该系统只创建了一个主任务，处理了串口消息、二级中断消息(对应红外遥控产生的中断)、中断消息(对应感应读卡器产生的中断)、图标中断、定时器中断、触笔中断。由于操作系统基于中断消息驱动，所以主任务首先处于等待消息状态，如果中断产生，中断处理函数向主任务发送中断消息，主任务接收到消息后执行相应的分支语句，做对应中断的上层处理，处理结束后，主任务重新回到等待消息状态。

具体的软件功能可根据不同的需求而定。目前该门禁考勤系统支持的功能有：

①门禁功能提供电子门卫功能，允许多种通行识别方式：刷卡、刷卡+个人密码、超级密码；可控制刷卡人的允许进出时间段；记录刷卡员工的进出情况；记录异常事件及发生时间；可按天查询进出记录和异常记录。 ②考勤功能提供考勤管理和数据统计功能，可输入外出事由说明(请假、出差)和时间；可设置本单位上下班时间；可设置本单位的节假日时段和工休日；根据前面的事由说明和上下班时间及假日设置可统计某员工某月所有出勤、缺勤情况。

③员工管理功能可添加删除员工；可修改员工信息；可设置员工进入时间段限制。

④数据库管理功能本系统存储的进出记录数据可达8M。当存储区满时，系统将自动向用户提示；此时合法用户刷卡仍可通过，但进出记录将不能保存；管理员可通过备份功能，将存储区非当前月的进出记录转移到PC机端。管理员可添加、修改、删除部门名称、外出事由名称。

⑤红外遥控功能允许用户使用遥控器打开门、锁定遥控器自身、可输入管理员密码(超级密码)+任一锁定键，解除该锁定。

⑥系统设置功能提供管理员修改系统配置的工具，包括：

对比度设置：设置对比度值；
背光开关设置：打开或关闭背光；
声音开关设置：打开或关闭声音提示；
时钟设置：查看、修改系统时间；
红外开关设置：允许或禁止红外遥控功能；
闹钟功能：设置闹钟；
校笔：检验、修改触笔；
电池管理：可查看电池容量；可手动改变电池状态充电或放电。

⑦门铃功能客人来访时，按门铃提示开门。

3 结语

随着需求的不断提高，32位的门禁考勤系统比8位系统更具市场竞争力。由于32位嵌入式处理器本身拥有的丰富资源使功能扩展更容易，例如MC68VZ328提供2个串口，其中一个在该系统中用于与PC机通讯，另一个未使用，如果把该RS232转换成RS485则可很容易的实现控制器之间的通信，控制器通过485网络连接在一台中心控制PC机上，实现控制器的网络化管理，使整个门禁考勤系统具有更强功能，且更易于维护。

由于32位高性能CPU的强大功能，以及其高效方便的C语言编译调试环境，制作美观、友好的用户界面不再是令人头痛的问题。同时，MC68VZ328内置的大点阵LCD控制器，以及PPSM操作系统提供的图形显示驱动、触摸屏驱动机制、手写识别驱动，使得门禁产品在应用时，人机之间不再局限于键盘和LED灯这样的简单交互，而使得许多应用如：考勤记录、查询、考勤管理、统计、用户权限管理成为可能。

由于其内置的外设模块，使用32位嵌入式处理器还可减少控制器的元气件数量，使硬件系统维护变得更容易。

该门禁考勤系统已经实际正常运行1年多，发挥了应有的作用，证明龙珠在门禁考勤系统中的设计是可行、稳定、可靠的。