宋志強(qiáng)

摘要： 對基于RS-485總線的指紋鎖監(jiān)控管理系統(tǒng)進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)了與指紋鎖相關(guān)的通信協(xié)議。介紹了主要功能模塊，給出了顯式調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫的方法，使用Victor串口VCL控件與指紋鎖進(jìn)行通信。主機(jī)軟件采用C++ Builder 6開發(fā)，數(shù)據(jù)庫采用InterBase 6.5。通過軟硬件結(jié)合的模塊化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)能以主從模式或?qū)Φ饶Ｊ竭M(jìn)行節(jié)點(diǎn)間通信。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，具有一定的實(shí)用性和推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 指紋鎖； C++ Builder； 串口通信； 監(jiān)控

中圖分類號：TP311.52文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2012）11-21-02

Design of monitoring and control system for fingerprint locks based on RS-485 bus

Song Zhiqiang

（Department of Information， Suzhou Institute of Trade & Commerce， Suzhou， Jiangsu 215009， China）

Abstract： The monitoring and control system for fingerprint locks based on RS-485 bus is investigated. The communication protocol relevant to fingerprint locks is realized. The main function modules are introduced. The host software is developed by using C++ Builder 6 and the database by InterBase 6.5. Because of module design of hardware and software， the system can work at master-slave mode or peer-to-peer mode. The real application shows that this system runs stably and accurately. The technology and methods adopted in this system are practical and worthy to be promoted.

Key words： fingerprint lock； C++ Builder； serial communication； monitoring and control

0 引言

指紋鎖是一種以人體指紋為識別載體和手段的智能鎖具，它是計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)和現(xiàn)代五金工藝的完美結(jié)合體。指紋鎖一般由電子識別與控制、機(jī)械聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)兩部分組成。指紋的惟一性和不可復(fù)制性決定了指紋鎖是目前所有鎖具中最為安全的鎖種[1]。隨著人們生活水平的不斷提高，人們對生活品質(zhì)的追求也日益提高，越來越多的人過上了智能化的生活，只需手指輕觸一下，便能開門。指紋鎖安全、方便、實(shí)用，非常適合寫字樓、辦公室、物業(yè)、賓館、酒店等集中統(tǒng)一管理。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本指紋鎖的核心為Analog Devices公司生產(chǎn)的嵌入式微處理器ADSP-BF533，指紋鎖與主機(jī)通過RS-485總線相連，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，RS-485接口連接成半雙工通信方式[2]。由于PC機(jī)只帶有RS232接口，故采用Moxa公司的TCC-80I作為RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器。在單片機(jī)端通過MAX487芯片將485信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)需要的串口信號，系統(tǒng)中可連接的下位機(jī)最多可擴(kuò)展至128個(gè)[3]。

2 指紋鎖工作原理

指紋鎖是基于RS-485總線的聯(lián)網(wǎng)型指紋鎖，采用鋰電池供電，既可以獨(dú)立工作，又可以聯(lián)網(wǎng)使用。首次使用時(shí)，可以通過指紋鎖或主機(jī)監(jiān)控管理軟件進(jìn)行指紋登錄。之后，當(dāng)用戶需要開門時(shí)，只需將手指平壓在指紋采集窗口上，系統(tǒng)便自動(dòng)完成指紋圖像的采集和特征提取，與存儲在Flash中的指紋特征進(jìn)行1：N比對，若比對通過，則指紋鎖控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)開門，同時(shí)指紋鎖記錄下開門信息，如時(shí)間、指紋ID等，以便主機(jī)進(jìn)行查詢。

圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

本文采用了軟硬件結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)了載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/沖突檢測[4-6]，如果系統(tǒng)檢測到不少于2個(gè)的指紋鎖同時(shí)使用總線時(shí)，則令讓出總線避障。指紋鎖根據(jù)各自的優(yōu)先級，在等待一段隨機(jī)時(shí)延后，再重新偵聽。這樣就能解決因?yàn)槎嘀鞫鴰淼目偩€沖突問題，優(yōu)先級較高的指紋鎖可優(yōu)先發(fā)送數(shù)據(jù)。

3 通信協(xié)議設(shè)計(jì)

PC機(jī)（上位機(jī)）與指紋鎖（下位機(jī)）通信采用自定義的通信協(xié)議，波特率為9600bps，8位數(shù)據(jù)，1位停止位，無校驗(yàn)。協(xié)議的幀格式如表1所示。

表1通信協(xié)議的幀格式

[[STX＼&SID＼&DID＼&FC＼&CMD/ACK＼&Len_L＼&Len_H＼&DATA＼&DES＼&CRC8＼&ETX＼&1B＼&1B＼&1B＼&1B＼&1B＼&1B＼&1B＼&不定＼&1B＼&1B＼&1B＼&]]

STX：幀首，固定為0XA0；

SID：源地址；

DID：目的地址，0XFF時(shí)，表示任意節(jié)點(diǎn)都需響應(yīng)；

FC：幀計(jì)數(shù)位，重發(fā)幀標(biāo)志；

CMD/ACK：命令/應(yīng)答標(biāo)志；

Len_L：數(shù)據(jù)長度低位；

Len_H：數(shù)據(jù)長度高位；

DATA：要傳送的參數(shù)或數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)長度不定，若傳輸指紋特征數(shù)據(jù)時(shí)，最多可達(dá)512個(gè)字節(jié)；

DES：0X00：數(shù)據(jù)未加密；0X01：表示數(shù)據(jù)采用DES加密，接收方收到數(shù)據(jù)后要先進(jìn)行解密；

CRC8：CRC類型為CRC-8-Dallas/Maxim，多項(xiàng)式為x8+x5+x4+1。其值是對“SID”、“DID”、“FC”、“CMD/ACK”、“Len_L”、“Len_H”、“DATA”、“LEN”，“DES”校驗(yàn)得到的。幀首和幀尾不參與校驗(yàn)；

ETX：幀尾，固定為0XA1。

4 監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法，采用Borland C++ Builder 6作為開發(fā)工具，操作系統(tǒng)為Windows XP Professional，數(shù)據(jù)庫選用InterBase 6.5。

4.1 系統(tǒng)主要模塊

監(jiān)控管理系統(tǒng)主要由系統(tǒng)設(shè)置、指紋登錄、指紋下載、串口設(shè)置、用戶管理、查詢、報(bào)警、下載程序等模塊組成。

系統(tǒng)設(shè)置：主要用于指紋鎖地址與房間號的設(shè)置、指紋鎖安全級別設(shè)置等。

指紋登錄：完成用戶指紋圖像的采集、提取、比對、存儲等操作，根據(jù)特定需要可對用戶的開門權(quán)限進(jìn)行設(shè)置，如對允許的開門時(shí)間段進(jìn)行設(shè)置，登記成功的指紋特征信息存儲在數(shù)據(jù)庫中。

查詢：管理系統(tǒng)存儲了所有的進(jìn)出記錄、狀態(tài)記錄，管理員可以按不同的條件進(jìn)行查詢，對查詢結(jié)果可以生成報(bào)表，同時(shí)該模塊也具備考勤功能。

報(bào)警：指紋鎖具有自動(dòng)檢測功能，非法侵入或低電壓時(shí)，指紋鎖會發(fā)出報(bào)警提示音，同時(shí)將報(bào)警信息傳送給PC端的監(jiān)控管理系統(tǒng)，以便管理人員及時(shí)作出響應(yīng)。

4.2 動(dòng)態(tài)鏈接庫調(diào)用

本文通過Windows的API函數(shù)來顯式調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL），步驟如下：

⑴ 調(diào)用LoadLibrary函數(shù)裝載DLL獲得句柄；

⑵ 調(diào)用GetProcAddress函數(shù)獲取導(dǎo)出函數(shù)的指針；

⑶ 用函數(shù)的指針調(diào)用函數(shù)；

⑷ 使用完成后，用FreeLibrary釋放DLL。

顯式調(diào)用DLL不需要在工程中加入lib庫和相應(yīng)的頭文件，只需把動(dòng)態(tài)庫放入指定的目錄下即可。本系統(tǒng)的核心調(diào)用代碼如下：

HINSTANCE hLIBFinger； //定義句柄變量

//指向FeatureExtraction函數(shù)的指針

Short （*FeatureExtraction1）（unsigned char *idata，

unsigned char *fdata，unsigned char *var）；

//裝載XTYDSP.dll

hLIBFinger=LoadLibrary（"XTYDSP.dll"）；

//得到指向特征提取函數(shù)FeatureExtraction的指針

FeatureExtraction1=（short（*）（unsigned char*， unsigned char*，

unsigned char*））GetProcAddress （hLIBFinger，

"FeatureExtraction"）；

…

//調(diào)用特征提取函數(shù)提取指紋特征值

k=FeatureExtraction1（Buffer，F(xiàn)eatureData，var）；

…

//將XTYDSP.dl從程序中卸載

FreeLibrary（hLIBFinger）；

4.3 串口通信實(shí)現(xiàn)

C++ Builder 6可以利用 Windows的API函數(shù)或控件來實(shí)現(xiàn)串口通信。本文采用的控件為Victor串口通信控件，該控件功能較為強(qiáng)大。

對于一些正常的開門信息，實(shí)時(shí)性要求不高，系統(tǒng)采用主從模式，由主機(jī)通過定時(shí)器控件循環(huán)輪詢各指紋鎖，各指紋鎖收到數(shù)據(jù)幀后將自身的地址與數(shù)據(jù)幀中的地址對比，若相同則作出響應(yīng)。對于非法侵入、低電壓報(bào)警等信息，則由指紋鎖以多主模式發(fā)送，這樣提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和快速響應(yīng)性。

5 實(shí)際運(yùn)用案例

該監(jiān)控管理系統(tǒng)已經(jīng)投入到多個(gè)科技園的寫字樓中試運(yùn)行，管理系統(tǒng)連續(xù)不間斷運(yùn)行了近6個(gè)月，沒有出現(xiàn)死機(jī)等異?，F(xiàn)象，效果良好。指紋鎖監(jiān)控管理系統(tǒng)界面如圖2所示。

圖2指紋鎖監(jiān)控管理系統(tǒng)界面

6 結(jié)束語

本文利用C++ Builder通過串口通信控件獲取數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，完全達(dá)到了所提出的技術(shù)要求。開發(fā)的基于RS-485總線的指紋鎖監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件運(yùn)行穩(wěn)定可靠，使用方便。目前該系統(tǒng)已成功交付用戶使用并得到用戶好評，證明了其適用性和可靠性。

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