基于ARM的钥匙智能化管理系统设计与实现

摘 要

介绍了基于ARM的钥匙智能化管理系统的硬件机械吞吐机构，阐述在GEC2410平台上进行外部总线数据的扩展方法，并以SQLCE远程数据库访问技术应用于智能化管理的钥匙收集、分配及借用出入记录的设计方案。

【关键词】ARM SQLCE 钥匙 远程数据访问

目前各行各业需要管理的钥匙越来越多，在对钥匙的使用过程中保密性、安全性及方便性的提高也变得要求越来越高，特别是有大量的机械钥匙都是集中管理，比如学校、仓库、政府部门、公寓、办公楼等场所。单靠人力不能进行有效的管理，如何保管这些机械钥匙就成为很多单位面临的一个重要的问题。在本设计中，充分考虑到以当前应用为目的，利用新技术、新器件，研制出具有能对所有使用钥匙人员的相关资料进行管理、对钥匙的提取进行限制、在某特定时段才可取出相应钥匙、可以对系统的所有操作进行记录，达到对普通钥匙有效的管理和维护。

1 智能钥匙管理箱的整体构架

该系统主要由硬件设备和软件系统组成。硬件设备最大的亮点是完成了钥匙的智能存放，并在机械结构的作用下实现自动吞吐功能。钥匙串的出入口在同一位置，存取钥匙都在同一地点，方便用户使用。控制板主要驱动步进电机通过机械结构实现水平、垂直和旋转运动，完成钥匙串的存取过程。而在GEC2410嵌入式硬件平台上运行的应用软件则是人机交互的窗口，完成用户存取钥匙的指令输入，而上位机作为数据库服务器实现钥匙使用前后的信息管理和维护的功能，并进行必要的存储和打印功能。

2 硬件构成

2.1 钥匙箱体

钥匙箱体是一种典型的机电一体化设备，本体部分是控制箱的骨架，有底座、立柱、工作台、机头和主轴组件等部分。在保证整个系统的机械刚性的前提下，为了简化设计的结构，减轻整机重量，缩短产品的设计和制造的周期，其主体框架采用铝合金拉延型材和轧制铝板制造，防护件用塑料件和饭金件制造，用标准的紧固件和定位销连接。

结构内部有四大运动部件构成：存钥匙过程中的水平和反转运动、二级钥匙槽的垂直运动和取钥匙过程中的旋转运动。主要措施是采用步进电机直接与滚珠丝杠连接，省去了机械运动链，简化了机械结构，而且减少了由于机械摩擦、磨损、间隙等引起的传动误差。固定在中间的吸盘式电磁铁在通电情况下产生的吸附力有效的将钥匙串吸附在表面，并旋转一定的角度，在控制信号的作用下断开电流失去吸附力，此时钥匙串利用自身的重力倾落在钥匙槽内，当取钥匙时，旋转开关拨动钥匙槽倾斜一定角度使钥匙流进出入口。

2.2 控制电路

钥匙箱控制器采用Gec2410开发板。由于开发板预留的GPIO接口数量有限，本设计通过扩展外部总线数据来实现信号流的输出，它的核心处理器是S3C2410，根据所支持的设备的特点将存储空间分为了8份，每份空间有128MB，这每一份的空间又称为一个BANK（图1）。其中6个用于ROM、SRAM等存储器，2个用于ROM、SRAM、SDRAM等存储器。当2410对外寻址时，采用了部分译码的方式，即低位地址线用于外围存储器的片内寻址，而高位地址线用于外围存储器的片外寻址。对于系统要访问的任意外部地址，2410可以方便地利用内部地址总线的高3位ADDR[29：27]来选择该地址属于哪一个存储器组（Bank），从而激活相应的Bank选择信号（nGCSx）。这8个片选信号可以看作是2410处理器内部30根地址线的最高三位所做的地址译码的结果。正因为这3根地址线所代表的地址信息已经由8个片选信号（nGCS7～nGCS0）来传递了，因此2410处理器最后输出的实际地址线就只有A26～A0Bank的内部寻址由外部地址总线A[26：0]来实现，寻址范围为128M（227），从而使得其外围地址访问空间为1GB（128MB×8）。S3C2410/2440存储控制器提供了8个Bank，并没有都用来接存储芯片，可以对它进行扩展，电路如图1所示。

处理器的数据总线DATA[7…0]接到D7～D0。nCGS7经过一个反向器接74HC374的CPnCGS7对应的存储区块的地址区间为0x39000000～0x3FFFFFFF，只要存储这一区间的存储器，nCGS7就会输出有效电平。74HC374会将CPU数据总线的数据DATA[7…0]由Q7～Q0输出，这就得到了需要的8路电机控制信号。

2.3 驱动电路

驱动步进电机工作采用专用的驱动器能够提高精确度，本设计采用M415B作为电机的驱动装置纯正弦精密电流控制技术，保证电机运行在超低噪声状态。驱动器细分倍数可选、精度高，可满足高精度、低噪声、低发热的使用需求。包括对实现水平方向、垂直方向、反转和钥匙槽拨动开关四个步进电机的控制，实现钥匙的自动存取。其控制信号接口描述如表1所示。

根据接口描述定义，控制器与驱动器及步进电机的硬件连接如图2所示。

3 系统终端应用软件总体设计

3.1 主机与从机的软件设计

钥匙箱控制软件整体目标是：为用户提供一个友好、简单易用的操作界面；为用户提供良好的交互平台，包括键盘输入、语音提示、液晶显示等；通过服务器端IIS与设备端（控制器）通讯，完成使用情况的登记、统计和打印；通过SQLCE定义数据存储格式以及存储用户信息及使用记录，并匹配钥匙使用时间表与用户的使用时间。

软件开发工具是Visual studio 2005之Visual C++。根据要实现的功能可以把整个软件分成下位机与上位机两个应用软件。在这里上位机相当于数据库服务器，主要用于信息的存储及提取，下位机完成用户操作指令并实时向主机发布更新数据。下位机软件主要划分为3个模块：用户登录模块、存钥匙模块、取钥匙模块。上位机软件主要划分为操作员管理模块、机房使用情况统计模块、课表查询模块。

3.2 SQLCE远程数据访问

通过RDA技术，可以完成从服务器端下载数据、向服务器上传数据、更新服务器端数据和下达无返回的T-SQL命令操作远程服务器。主要提供“拉数据”、“推数据”、和“远程T-SQL操作三种方法，把用户的存取钥匙的相关数据存储到服务器中或从服务器上下载最新的数据表格。例采用拉数据就是Windows CE从Sql 服务器获取数据的过程，比如课表发生改变就要从新从服务器上下载新的时刻表，rda.Pull（"Patients"， "SELECT * FROM ClassSchedule " + _ "WHERE Date='01/10/12'；"，_remoteConnectionString， _RdaTrackOption.TrackingOn） ，执行之后系统控制器就按照新的时刻表进行钥匙的智能分配管理。

4 结语

本系统提出一个种通过嵌入式系统来控制钥匙智能控制箱的分配方案。该钥匙管理分配系统采用的就是现代化信息技术、嵌入式技术与安全性高的钥匙箱结合。实现了更加方便、更加安全的钥匙管理机制。基于嵌入式平台下，融合机电一体化技术，在加上现代化的信息管理模式等技术开发的智能钥匙管理分配系统。在很大程度上准确记录各种人员使用钥匙的信息，实现了钥匙的智能化管理。

参考文献

[1]汪兵.Windows CE嵌入式高级编程及实例详解[J].北京：中国水利水电出版社，2008.

[2]漆军，李驹光.基于ARM处理器的数控雕刻机控制系统设计[J].工业控制计算机，2011（09）.

作者单位

漳州职业技术学院 福建省漳州市 363000