智能門禁系統(tǒng)

PAGE32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，讓人們的生活更加便捷智能。通過智能安防設(shè)備，用戶可以更好的遠(yuǎn)程感知防護(hù)周圍環(huán)境和信息，這種安防設(shè)備，會通過軟件支持以及數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能。越來越多的創(chuàng)業(yè)者、科技公司、傳統(tǒng)廠商參加了智能安防的開發(fā)設(shè)計(jì)當(dāng)中，然而目前來說智能硬件設(shè)備依處在發(fā)展早期階段，市場上大多數(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。我們要抓住市場上已有產(chǎn)品的不足，將功能以簡單優(yōu)雅的元素和色調(diào)呈現(xiàn)給用戶，對其功能進(jìn)行智能化的時候，要找準(zhǔn)用戶需求，以需求為導(dǎo)向、以健康安全為切入點(diǎn)，為用戶設(shè)計(jì)一款具有針對性的智能門禁系統(tǒng)。本文主要完成以下工作：1．研究智能門禁系統(tǒng)通信模塊的需求，根據(jù)需求將其分成幾個子模塊，并將每個模塊所需要的技術(shù)羅列出來，查閱網(wǎng)上資料、圖書、期刊、論文來掌握相關(guān)技術(shù)。2．GSM模塊通過串口通信實(shí)現(xiàn)撥打和發(fā)送短信的功能。3．掌握Qt配置文件的讀寫操作，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。5．Qt國際化支持的實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：嵌入式，門禁系統(tǒng)，Linux，QtABSTRACTIntelligentsecurityequipmenttotheforefrontoftechnologyanddesignconceptintothemarket,letthelifeofpeoplemoreconvenientintelligence.Throughintelligentsecuritysystem,theusercanbetterprotectiveenvironmentremotesensingandinformation,thiskindofsecurityequipment,throughsoftwaresupportanddatainteraction,powerfulfunctions.Moreandmoreentrepreneurs,technologycompanies,thetraditionalmanufacturerstojointhedevelopmentanddesignofintelligentsecurity,fornow,however,intelligenthardwareequipmentaccordingtothedevelopmentinearlystage,mostoftheproductsonthemarketjustemptyconcept,lackofinnovation,constantlysuperpositionofavarietyoffunctions.Weshouldseizetheshortcomingsofexistingproductsonthemarket,thefunctionwithasimpleandelegantelementsandcolourpresentedtotheuser,tointelligent,itsfunctiontogettheuserrequirements,demandoriented,withhealthandsafetyasthebreakthroughpoint,fortheusertodesignatargetedintelligententranceguardsystem.Thispapermainlydothefollowing:1.Researchthedemandoftheintelligententranceguardsystemcommunicationmodule,accordingtothedemandwillbedividedintoseveralmodules,andwilllisteachmoduleneedtechnology,accesstoonlinedata,books,journals,paperstomasterrelevanttechnology.2.GSMmodulethroughtheserialportcommunication,wecanrealizethefunctionofcallandsendtextmessages.3.MastertheQtconfigurationfilereadandwriteoperations,thesystemSettingssavedtotheconfigurationfileyouneed.4.Establishingtheconnectionandrealizethesocketcommunicationconnectionanddatasendingandreceiving,datapacketformat,thedefinitionofthepackageofpacketunpacktheimplementationoftheoperation,theintegrityofthedatapacketvalidation.5.TherealizationoftheQtinternationalizationsupportKeywords:Embedded,entranceguardsystem,Linux,QT,,目錄摘要IABSTRACTII1引言11233342.系統(tǒng)分析5556663.總體設(shè)計(jì)88899103.4.1.E-R圖（powerdesigner）104.系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境構(gòu)建11111212135功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)16165.1.1GSM模塊（ATK-SIM900A）介紹1617181819202021226系統(tǒng)測試26總結(jié)281引言課題背景物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動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，具有整合感知識別、傳輸互聯(lián)和計(jì)算處理等功能，是對新一代信息技術(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)時感知、準(zhǔn)確定位、有效控制等安防基本要素，可以說它天生就是為安防準(zhǔn)備的，將會對安防產(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，使得我們能夠建立相關(guān)技術(shù)平臺、謀劃事件預(yù)案，營造安全氛圍，使社會環(huán)境更加平安與和諧?，F(xiàn)代信息社會的發(fā)展，人民的生活水準(zhǔn)也在不斷提升，因而對安全的需求也越來越迫切。尤其自“9·11”與倫敦爆炸案事件后，國內(nèi)外安防市場就迫切需要智能安防監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品，近年來，國內(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，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、模式識別和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，通過在監(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)處理能力過濾掉視頻畫面無用或干擾信息，自動識別不同物體，分析抽取視頻源中的關(guān)鍵有用信息，快速準(zhǔn)確定位事故現(xiàn)場，判斷監(jiān)控畫面中的異常情況，并以最快速度和最佳方式發(fā)出警報(bào)或觸發(fā)其它動作，從而有效進(jìn)行事前預(yù)警、事中處理、事后及時取證的全自動實(shí)時智能監(jiān)控系統(tǒng)。簡單地說，智能安防監(jiān)控就是由計(jì)算機(jī)替代部分人腦的工作，對監(jiān)控的圖像自動進(jìn)行分析并作出判斷，出現(xiàn)異常時及時發(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，自然而然就離不開智能門禁系統(tǒng)。門禁系統(tǒng)，又稱出入口管理系統(tǒng)，是一種管理人員進(jìn)出的數(shù)字化管理系統(tǒng)。一般的門禁系統(tǒng)通常由門禁讀卡器（生物識別儀）、門禁控制器、電控鎖、開門按鈕、卡片及其他設(shè)備組成。歷經(jīng)二十多年的發(fā)展，門禁系統(tǒng)已經(jīng)超越過去單純的門道及鑰匙管理，發(fā)展成為一套完整的出入管理系統(tǒng)。通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行何時何處放行某些人、何時何處拒絕某些人、何時發(fā)出報(bào)警信號及保存出入記錄，門禁系統(tǒng)能達(dá)到安全防范和及時警報(bào)聯(lián)動的目的，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。國內(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)中承當(dāng)如此重要地位，主要原因有三個：其一，視頻監(jiān)控應(yīng)用最為廣泛、市場規(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，隨著社會對安全和治安的重視，未來行業(yè)推動因素多，行業(yè)推動的迫切性強(qiáng)。2021年中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模將達(dá)到2500億元，根據(jù)“十二五”規(guī)劃，到2021年，中國物聯(lián)網(wǎng)整體市場規(guī)模將達(dá)到7500億元，年復(fù)合增長率超過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)測到周邊環(huán)境全面感知；從被動防御到基于模型分析與態(tài)勢分析的主動防御，安防行業(yè)將會因此實(shí)現(xiàn)從提供產(chǎn)品到系統(tǒng)運(yùn)營服務(wù)的全面升級，同時物聯(lián)網(wǎng)還將對安防行業(yè)的發(fā)展格局及業(yè)務(wù)模式產(chǎn)生重大影響。2021年2月14日，我國正式出臺了《物聯(lián)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)，對于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步有重要的現(xiàn)實(shí)意義?！兑?guī)劃》圈定了重點(diǎn)發(fā)展的九大應(yīng)用，包括產(chǎn)業(yè)類的智能工業(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、有思想”。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用同時將為優(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。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)營服務(wù)三個部分。2021年中國安防行業(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)營服務(wù)約占120億元，三個部分占比分別為44%、51%、5%.安防設(shè)備又分成電子類安防產(chǎn)品與實(shí)體類安防產(chǎn)品兩大類。電子類安防產(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)。研究的主要內(nèi)容系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容智能門禁系統(tǒng)項(xiàng)目主要是對智能安防的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，我們是在PcDuino以及pc上借助qt開發(fā)平臺進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)測試，在PcDuino上我們連接有多種傳感器進(jìn)行信息的采集通過通信模塊和網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)共享和同步。系統(tǒng)分為機(jī)器端和端，機(jī)器端主要負(fù)責(zé)基本功能、人臉識別、發(fā)送短信、語音互動等功能的實(shí)現(xiàn)；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、個人數(shù)據(jù)錄入到數(shù)據(jù)庫等功能的實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)研究的主要功能如下：機(jī)器端基本功能：門禁舵機(jī)控制其他功能有l(wèi)ed手電筒、人臉識別、語音互動。GSM模塊實(shí)現(xiàn)發(fā)送短信、撥打。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)器端和端進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互如設(shè)置的同步，socket通信的時候數(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)的完整性，根據(jù)校驗(yàn)碼執(zhí)行對應(yīng)的操作。端設(shè)置和機(jī)器端的連接參數(shù)進(jìn)行socket連接連接的同時進(jìn)行時間等信息的同步顯示攝像頭信息設(shè)置機(jī)器端的配置并同步1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，GSM模塊通過串口通信發(fā)送短信，socket通信，數(shù)據(jù)包格式的編寫，數(shù)據(jù)包的打包解包，國際化支持。具體內(nèi)容如下所示：機(jī)器端使用的是搭載Ubuntu系統(tǒng)的PcDuino，在開發(fā)之前，需要在PcDuino上安裝好qt，然后配置運(yùn)行環(huán)境。機(jī)器端所有的配置包括機(jī)器自帶的設(shè)置以及端更改的設(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)器端在啟動時會自動加載配置文件的內(nèi)容，保存機(jī)器端設(shè)置的同時也會保存到配置文件中。撥打和發(fā)送求助短信是利用GSM模塊實(shí)現(xiàn)的，開發(fā)板和GSM模塊的數(shù)據(jù)交互是通過串口。這里本人使用的是網(wǎng)上開源的qt串口讀寫庫，機(jī)器端在初始化的時候打開串口并對串口參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，學(xué)習(xí)sim900開發(fā)手冊后，按照說明使用AT指令集完成發(fā)送短信的操作。網(wǎng)絡(luò)通信使用的是socket，機(jī)器端在運(yùn)行時就開放端口并開始監(jiān)聽。為了實(shí)現(xiàn)對多個機(jī)器的連接，由端發(fā)起socket連接請求后，機(jī)器會對id進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證通過后才能建立連接，然后雙方開始自動同步信息如校對時間、離線時更改的設(shè)置等，建立連接后修改的設(shè)置會立即同步。socket通信時，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)包會進(jìn)行完整性驗(yàn)證，無效的數(shù)據(jù)包會丟棄。本系統(tǒng)擁有國際化支持，qt自帶Qt語言家工具可供更新和發(fā)布語言文件，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，介紹到目前國內(nèi)外智能安防設(shè)備的發(fā)展情況，并簡述本文研究內(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，簡述本系統(tǒng)的需求，并根據(jù)需求進(jìn)行分析。第三章：開發(fā)環(huán)境的介紹，介紹開發(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)行于測試，主要根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對各功能模塊進(jìn)行測試。第六章：論文結(jié)束語。最后是致謝與參考文獻(xiàn)。2.系統(tǒng)分析可行性分析本課題的可行性分析主要對社會、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面的研究來確定系統(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：社會可行性：自從2021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)，越來越多的創(chuàng)業(yè)者和開發(fā)者參加了智能安防設(shè)備的大軍，而智能門禁系統(tǒng)則是結(jié)合傳統(tǒng)安防以及智能互動之后出來的產(chǎn)物，在目前有很大的市場。技術(shù)可行性：市場上已經(jīng)有多款智能安防設(shè)備，上面集成了多種傳感器，能夠檢測數(shù)據(jù)并實(shí)時傳輸給。說明目前的技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)將傳感器集成到門禁系統(tǒng)上，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。本人選擇的開發(fā)板具有足夠的性能，也有豐富的傳感器提供測試和研究，開發(fā)板上有多組不同功能的接口，并且官方提供拓展板來解決更高的接口需求，其上搭載的Ubuntu系統(tǒng)是非常優(yōu)秀的開源系統(tǒng)，能完成大量的功能定制。經(jīng)濟(jì)可行性：PcDuino開發(fā)板性能足夠勝任日常開發(fā)使用，配套的開發(fā)工具都是免費(fèi)開源的，大大降低了開發(fā)本錢，傳感器及線材等開發(fā)本錢都在接受的范圍內(nèi)。在開發(fā)后期的維護(hù)中，系統(tǒng)不需要大量的開支，而開發(fā)完成產(chǎn)生的收益遠(yuǎn)大于前期開發(fā)本錢，所以本系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)上是可行的。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)：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)人臉識別超時之后自動發(fā)送短信?？刂艷SM模塊需要實(shí)現(xiàn)串口通信，sim900開發(fā)手冊的學(xué)習(xí)，熟悉AT指令集的使用。為了實(shí)現(xiàn)端對多個機(jī)器的連接，機(jī)器在接收到端的連接請求的時候，要對機(jī)器的ID進(jìn)行驗(yàn)證。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，要對數(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。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)，以便提取對應(yīng)的操作號和數(shù)據(jù)。系統(tǒng)用例分析用例概述用例分析是從用例模型到分析模型的過程，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，讓分析類交互完成系統(tǒng)的行為。用例圖是指由參與者（Actor）、用例（UseCase）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（UserCase）是被稱為參與者的外部用戶所能觀察到的系統(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，主要用于對系統(tǒng)、子系統(tǒng)或類的功能行為進(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。用例圖用于對系統(tǒng)、子系統(tǒng)或類的行為進(jìn)行可視化，使用戶能夠理解如何使用這些元素，并使開發(fā)者能夠?qū)崿F(xiàn)這些元素。將每個系統(tǒng)中的用戶分出工作狀態(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。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)部對功能的具體實(shí)現(xiàn)。用例分析在本次設(shè)計(jì)中，智能門禁系統(tǒng)主要包括設(shè)備管理、人臉信息管理、號碼管理等幾類功能。其中設(shè)備管理，管理對應(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，管理智能門禁系統(tǒng)所要驗(yàn)證的人臉信息，可以識別、添加、刪除人臉信息。號碼管理，管理號碼的信息，可以增加、修改、刪除號碼信息，訪客可以通過驗(yàn)證人臉信息來決定能否打開門進(jìn)入。本次設(shè)計(jì)總體用例圖如圖2-1所示。圖2-1智能門禁系統(tǒng)總體用例圖3.總體設(shè)計(jì)智能門禁系統(tǒng)的主要分為紅外測距、語音播報(bào)、人臉檢測與識別、GSM通信等四大模塊，總體框圖如圖3-1所示。圖3-1智能門禁系統(tǒng)總體框圖工作流程圖智能門禁系統(tǒng)在經(jīng)過系統(tǒng)初始化之后，通過紅外測距模塊檢測到是否有人靠近門禁系統(tǒng)。檢測不到重復(fù)此過程，監(jiān)測到有人靠近則調(diào)用語音播報(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)行開門、安全檢查、關(guān)門等操作，反之將等待室內(nèi)人員響應(yīng)，如果響應(yīng)超時則調(diào)用GSM通信模塊將信息發(fā)送到指定的號碼之中，提醒門口訪客情況。具體工作流程圖如圖3-2所示圖3-2智能門禁系統(tǒng)工作流程圖嵌入式系統(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)行性能或功耗測試，并調(diào)試以創(chuàng)建最終的系統(tǒng)。.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)是指對系統(tǒng)中的軟硬件部分使用統(tǒng)一的描述和工具進(jìn)行集成開發(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)庫設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫在一個系統(tǒng)中占有非常重要的地位，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞直接對應(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)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以提高數(shù)據(jù)存儲的效率，保證數(shù)據(jù)的完整和一致。.1.E-R圖（powerdesigner）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、號碼實(shí)體、人臉信息實(shí)體，門禁設(shè)備實(shí)體、訪客實(shí)體，總體E-R圖如3-4所示。圖3-4智能門禁系統(tǒng)總體E-R圖4.系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境構(gòu)建4.1硬件開發(fā)環(huán)境介紹本系統(tǒng)主要使用的硬件設(shè)備是PcDuino開發(fā)板。PcDuino是一種高性能，高性價比的迷你PC的平臺，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PcDuino可以內(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)超樹莓派，性能穩(wěn)定，做工精良。PcDuino的CPU采用1GHzARMCortexA8內(nèi)核，DRAM為1GB，板載存儲達(dá)到2GBFlash。另外，PcDuino可以從NAND或者從mini-SD卡(TF卡)啟動，在NANDFlash內(nèi)有出廠預(yù)裝的ubuntu系統(tǒng)，可方便使用。PcDuino硬件參數(shù)如下圖所示PcDuino硬件參數(shù)圖4.2軟件開發(fā)環(huán)境介紹4建立C語言開發(fā)環(huán)境在進(jìn)行PcDuino開發(fā)之前，首先需要獲取PcDuino的C語言環(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web網(wǎng)頁或者Git工具自由下載。Ubuntu默認(rèn)不集成Git，因此需要手動下載安裝Git，命令如下：sudoapt-getinstallgit安裝完成后，跳轉(zhuǎn)到用戶目錄/home/Ubuntu，并使用Git工具獲取PcDuino的C語言開發(fā)環(huán)境，命令如下：cd~gitclone使用Git工具的過程中可能由于PcDuino的時間與服務(wù)器的時間不同步，需要更新系統(tǒng)時間：sudodate-s2021/1/1sudodate-s22:10:00接下來可以在用戶目錄下看到C語言開發(fā)環(huán)境了。4建立Qt開發(fā)環(huán)境Qt是一個1991年由奇趣科技開發(fā)的跨平臺C++圖形用戶界面應(yīng)用程序開發(fā)框架。它既可以開發(fā)GUI程序，也可用于開發(fā)非GUI程序，比方控制臺工具和服務(wù)器。Qt是面向?qū)ο蟮目蚣?，使用特殊的代碼生成擴(kuò)展（稱為元對象編譯器(MetaObjectCompiler,moc)）以及一些宏，易于擴(kuò)展，允許組件編程。接下來介紹如何在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PcDuino能上網(wǎng)）：apt-update(1分鐘左右)QtCreator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)智能門禁系統(tǒng)本人主要負(fù)責(zé)紅外測距與通信模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，在本文中將對通信模塊進(jìn)行詳細(xì)的敘述。智能門禁系統(tǒng)的通信模塊主要包括兩個個子模塊：eq\o\ac(○,1)GSM模塊，通過串口通信實(shí)現(xiàn)撥打和發(fā)送短信；eq\o\ac(○,2)socket通信模塊，在機(jī)器端和端建立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模塊5GSM模塊（ATK-SIM900A）介紹ATK-SIM900A模塊是ALIENTEK開發(fā)的一款高性能工業(yè)級GSM/GPRS模塊（開發(fā)板），接口豐富，功能完善，尤其適用于需要語音/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5SIM900A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，可以內(nèi)置客戶應(yīng)用程序?？蓮V泛應(yīng)用于車載跟蹤、車隊(duì)管理、無線POS、手持PDA、智能抄表與電力監(jiān)控等眾多方向。圖5-4SIM900ASIM900A模塊主要特點(diǎn)：SMT封裝：易于客戶生產(chǎn)加工尺寸?。?4*24*3mm功耗低：待機(jī)模式電流低于18mA、sleep模式低于2mA支持頻段：GSM/GPRS900/1800MHz語音編碼：支持半速率、全速率、增強(qiáng)型速率支持回聲抑制算法，可以基于不同客戶設(shè)備通過AT命令調(diào)節(jié)回音抑制消除。5GSM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，按下電源開關(guān)，此時紅燈亮起。按下powerkey約2S后，可以看見一盞紅燈常亮，一盞紅燈閃爍。當(dāng)紅燈閃爍頻率為100ms亮500ms滅的時候，說明SIM卡還未注冊成功，正在搜尋網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)紅燈閃爍頻率為100ms亮1S滅的時候，說明SIM卡已注冊上網(wǎng)絡(luò)了。5AT命令介紹我們用到AT+CMGS指令來發(fā)送短信，發(fā)送全英文/數(shù)字短信的時候，我們先設(shè)置為："GSM"字符集（AT+CSCS="GSM"），文本模式（AT+CMGF=1）。假設(shè)我們要給號：15261*****0，發(fā)送一條短信，則發(fā)送：AT+CMGS="15261*****0"，然后模塊返回：>，此時我們輸入我們需要發(fā)送的內(nèi)容：SIM900A_V1.0SendEnglishSMSTest.，注意，此可以不用發(fā)送回車了。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）：1A（即0X1A）1，即可啟動一次短信發(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。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，因?yàn)镚SM同一時間只能執(zhí)行一條語句。voidMainWindow::SendMessage()//發(fā)送短信{QStringphone_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=1\r");delay(100);com_Gsm->write(phone_Num.toLatin1());delay(100);com_Gsm->write(QString("門口有人").arg(Data::s_Nickname).toLatin1());//thecontentofthemessagedelay(100);com_Gsm->write(QString("\032").toLocal8Bit());//theASCIIcodeofthectrl+zis26delay(100);qDebug()<<"SOSmessagehassend!";}5.3socket通信模塊5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，用于校驗(yàn)、提取操作號以及要操作的數(shù)據(jù)，如下表所示。端數(shù)據(jù)包格式操作號操作名稱數(shù)據(jù)包格式數(shù)據(jù)位數(shù)001連接請求操作號|機(jī)器id|數(shù)據(jù)長度101|0001|000143|4|5002同步時間操作號|日期|時間|數(shù)據(jù)長度002|2021/12/31|02:54:00|000293|10|8|5003同步號操作號|1|2|3|SOS號|數(shù)據(jù)長度003|157xx|157xx|157xx|157xx|000573|11|11|11|11|5004同步用戶名操作號|用戶名|數(shù)據(jù)長度004|Ederth|000163|6|5機(jī)器端數(shù)據(jù)包格式操作號操作名稱數(shù)據(jù)包格式數(shù)據(jù)位數(shù)101響應(yīng)連接請求操作號|響應(yīng)代碼|數(shù)據(jù)長度101|1|000113|1|5102機(jī)器安裝狀態(tài)操作號|安裝狀態(tài)|數(shù)據(jù)長度102|1|000113|1|55Socket建立連接Socket建立連接由端發(fā)起，端除了填寫機(jī)器的IP和端口號來建立連接，還要填寫機(jī)器的ID。機(jī)器端接收到連接請求時，提取數(shù)據(jù)包中的機(jī)器ID和本機(jī)的機(jī)器ID進(jìn)行比擬，如果一致才能允許建立連接。voidMainWindow::ConnectCheck()//驗(yàn)證連接{QStringid=socketMessageR.mid(4,4);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();}SynchroTemperature();}}5數(shù)據(jù)包的處理這里以同步號為例，講解數(shù)據(jù)包的處理過程。打包端修改好號碼之后點(diǎn)擊保存，端會調(diào)用同步號碼的函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)包的打包然后發(fā)送。voidwatch::SynchroPhone(){socketMessageS=("003|");socketMessageS=socketMessageS+phone1+'|'+phone2+'|'+phone3+'|'+phonesos;QStringtmp=QString::number(socketMessageS.size()+6);tmp=tmp.rightJustified(5,'0');socketMessageS=socketMessageS+'|'+tmp;qDebug()<<socketMessageS;sendMessage(socketMessageS);}驗(yàn)證數(shù)據(jù)包完整性機(jī)器端接收數(shù)據(jù)包之后，會對數(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數(shù)據(jù)包。voidMainWindow::ReadSocketMsg(){QByteArrayqba=socket->readAll();qDebug()<<qba;socketMessageR=QVariant(qba).toString();//轉(zhuǎn)成Stringif(socketMessageR.right(5).toInt()==socketMessageR.size())//校驗(yàn)數(shù)據(jù)長度SocketHandleList();elseqDebug()<<"socket數(shù)據(jù)包異常";}提取操作號確認(rèn)數(shù)據(jù)包是完整的之后，機(jī)器端會提取數(shù)據(jù)包中的操作號，然后到操作列表里找到對應(yīng)的操作去執(zhí)行。voidMainWindow::SocketHandleList()//socket處理列表{inthandleCode=socketMessageR.left(3).toInt();switch(handleCode){case1:ConnectCheck();break;case2:SynchroTime();break;case3:SynchroPhone();break;case4:SynchroNickname();break;default:qDebug()<<"SocketHandleListdon'tfindhandleCode";}}解包數(shù)據(jù)包提取數(shù)據(jù)在對應(yīng)的操作函數(shù)中，系統(tǒng)會根據(jù)數(shù)據(jù)包格式自動提取要操作的數(shù)據(jù)，完成操作。voidMainWindow::SynchroPhone()//同步號碼{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<<""<<Data::s_PhoneO<<""<<Data::s_Phonesos;QSettings*configIniWrite=newQSettings("smartwatch.ini",QSettings::IniFormat);//寫入配置文件configIniWrite->setValue("Phone/PhoneM",Data::s_PhoneM);configIniWrite->setValue("Phone/PhoneF",Data::s_PhoneF);configIniWrite->setValue("Phone/PhoneO",Data::s_PhoneO);configIniWrite->setValue("Phone/Phonesos",Data::s_Phonesos);}6系統(tǒng)測試綜上所述本文完成了智能門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這個系統(tǒng)主要包括了硬件和軟件兩個部分，硬件部分主要包括：pcduino開發(fā)板，紅外傳感器、語音模塊、攝像頭、GSM模塊、led燈；軟件部分包括：pcduino開發(fā)板客戶端。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中是依次分別完成每一部分模塊的設(shè)計(jì)，確保每個模塊可以正常運(yùn)行,最后對所有部分進(jìn)行整合操作，將每小模塊逐個連接起來，以確保整個系統(tǒng)能夠正常工作。在客戶端系統(tǒng)與ARM平臺下實(shí)現(xiàn)整個智能安全手表系統(tǒng)的搭建與實(shí)驗(yàn)測試。本文主要涉及到系統(tǒng)通信模塊的測試。 1）用戶登錄測試實(shí)例測試用例編號：1用例概述：用戶姓名為字符型，不能為中文輸入用戶名操作預(yù)期輸出實(shí)際輸出Admin登錄通過通過User登錄通過通過用戶登錄不通過不通過是否通過測試：是2）紅外測距模塊測試實(shí)例測試用例編號：2用例概述：紅外模塊距離測試，設(shè)定范圍為5米以內(nèi)輸入用戶名操作預(yù)期輸出實(shí)際輸出1米測距通過通過2米測距通過通過3米測距通過通過4米測距不通過不通過5米測距不通過不通過6米測距不通過不通過是否通過測試：是3）GSM模塊測試實(shí)例測試用例編號：3用例概述：人臉識別10秒時將會發(fā)送短信，超過后不重復(fù)發(fā)送識別時間操作預(yù)期輸出實(shí)際輸出3秒短信不發(fā)送不發(fā)送5秒短信不發(fā)送不發(fā)送7秒短信不發(fā)送不發(fā)送9秒短信不發(fā)送不發(fā)送10秒短信發(fā)送發(fā)送11秒短信不發(fā)送不發(fā)送是否通過測試：是總結(jié)本系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)前熱門的智能安防設(shè)備提出自己的解決方案，綜合分析市場上已有的智能門禁的特點(diǎn)，尋找它們的缺陷和不足加以改進(jìn)，吸取它們的優(yōu)點(diǎn)?？紤]到市場上的智能門禁普遍比擬貴，本系統(tǒng)并沒有選擇大量的傳感器一味去添加功能，在對手表功能進(jìn)行智能化的時候，力求找準(zhǔn)用戶需求，以需求為導(dǎo)向、以健康安全為切入點(diǎn)，為用戶設(shè)計(jì)一款具有針對性的健康安全監(jiān)測智能安全手表。在負(fù)責(zé)完成通信模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)時，了解了串口通信的實(shí)現(xiàn)方法，使用AT指令集來對GSM模塊進(jìn)行控制。在socket通信的實(shí)現(xiàn)中，本人嘗試了數(shù)據(jù)包的格式定義，利用字符串處理來進(jìn)行數(shù)據(jù)包的打包與解包，然后完成對不同操作的執(zhí)行以及數(shù)據(jù)的傳遞。在查閱相關(guān)資料后，成功實(shí)現(xiàn)了Qt國際化的支持，讓本系統(tǒng)有了更大的發(fā)展空間。盡管成功完成了通信模塊的開發(fā)任務(wù)，在過程中也學(xué)到了很多，本系統(tǒng)還是有一些不足之處：由于受到資金和技術(shù)限制，系統(tǒng)模塊集成度低，僅供測試學(xué)習(xí)，無法制作成成品。socket通信僅限于短距離的局域網(wǎng)，socket通信方式的實(shí)現(xiàn)還不夠成熟。對于GSM模塊的使用僅僅處于初級，無法和GSM模塊進(jìn)行交互，只是在單方面的控制GSM模塊，GSM模塊的很多功能特性還沒有完全掌握。

論大學(xué)生寫作能力寫作能力是對自己所積累的信息進(jìn)行選擇、提取、加工、改造并將之形成為書面文字的能力。積累是寫作的基礎(chǔ)，積累越厚實(shí)，寫作就越有基礎(chǔ)，文章就能根深葉茂開奇葩。沒有積累，胸?zé)o點(diǎn)墨，怎么也不會寫出作文來的。寫作能力是每個大學(xué)生必須具備的能力。從目前高校整體情況上看，大學(xué)生的寫作能力較為欠缺。一、大學(xué)生應(yīng)用文寫作能力的定義那么，大學(xué)生的寫作能力究竟是指什么呢？葉圣陶先生曾經(jīng)說過，“大學(xué)畢業(yè)生不一定能寫小說詩歌，但是一定要寫工作和生活中實(shí)用的文章，而且非寫得既通順又扎實(shí)不可?！睂τ诖髮W(xué)生的寫作能力應(yīng)包含什么，可能有多種理解，但從葉圣陶先生的談話中，我認(rèn)為：大學(xué)生寫作能力應(yīng)包括應(yīng)用寫作能力和文學(xué)寫作能力，而前者是必須的，后者是“不一定”要具備，能具備則更好。眾所周知，對于大學(xué)生來說，是要寫畢業(yè)論文的，我認(rèn)為寫作論文的能力可以包含在應(yīng)用寫作能力之中。大學(xué)生寫作能力的體現(xiàn)，也往往是在撰寫畢業(yè)論文中集中體現(xiàn)出來的。