智能门禁系统的设计与实现

1、Y351524饪旦大擎 学校代码:10246学 号:043053182硕 士 学 位 论 文 (专业学位智能门禁系统的设计与实现院系(所:软彳牛警堕专 业:软件工程姓 名:俞晓东指导教师:张睿完成日期:2006年3月20H智能门禁系统的设计与实现 摘蛰摘要为了科学地管理特定区域的出入权限,及时、准确地监控被管制区域的出入情况, 辅助工作人员监控异常情况的发生,防止各种人为的失误,在公司、企业、机关,以 及智能楼宇和生活小区中建立现代化的智能门禁管理系统是必不可少的。随着科技的 发展,智能化的门禁监控己经是现代化管理的重要手段之一。在进入信息化社会的今 天,电脑应用系统己渗透到各个角落。信息技术

2、的飞速发展引起了自动化系统结构的 变革,逐步形成以网络集成自动化系统为基础的管理信息系统。因此建立一个全方位、 多层次、立体化及高效率的监控管理信息系统己成为物业管理的一项重要内容,而智 能门禁管理系统是该信息化管理不可缺少的重要组成部分。本论文共分5个部分,首先介绍了门禁系统的发展、种类及其特点,然后讲述了 智能门禁系统的组成部分,以及系统的总体设计。接着第三、第四部分.以自己所参 与丌发设计的智能门禁系统为例,重点阐述了智能门禁系统是如何设计、如何实现的。 其中,包括门禁控制主机的设计和上层管理系统的设计,第血部分则介绍本智能门禁 系统在市场中的反响,最后对整个系统的改进作了探讨,并对全文

3、进行了总结。关键词:智能门禁系统;门禁控制主机;读卡器;感应卡;日;丁接口:管胖系统 智能门禁系统的设计与实现 Abslract AbstractIn order to manage in-and-out ri曲tS of location area effectively,supervise inandout circumstances of control area in time,help workers stake out all kinds of cases out of the way,prevent various man-made errors,it is absolutely

4、 necessary to set upmodem intelligent access control systems in the enterprises and the residential areasWith the development of science and technology,intelligent access control system is a kind of important method in the modern management.Today,we have come intothe information world and computer a

5、pplication systems have already penetrated each comer ofour society.With therapid development ofThis article is divided into five sections.Firstly,the development.variety and characteristics of access control system will he introduced.Secondly,the structure of access control system will he detalledl

6、y mentioned.During the third and the forth paragraph,this papercombines a projeet,which I take part in,to introduce how to design and how to realize the intelligent access control system which is mainly consisted of two components, such as the access controller and the access management system Lastl

7、.we discuss the posstblhty of improvement ofthe system and conclude the whole thesisKey words:Intelligent access system:Access Controller:Reader device:Proximity Card:Serial interface:Management systemV-智能门茅系统的设计与实现 第一帝绪论 第一章绪论2l世纪是科学技术日新月异、飞速发展的信息时代。当感受着高科技给我们带来 的方便和益处的同时,人们对于高科技服务于生活的要求也越束越高。但随着科技

8、的 发展,也带来了许多不安全的方面。例如,运用高科技手段进行的盗窃、抢劫和日J谍 等犯罪行为日益增多。怎样才能使人们的安全防范措施跟得上科技的发展,更有效的 阻止这些犯罪行为的侵犯呢?仅仅依靠普通的门锁、防盗门或者监控、报警等系统是 不够的。于是,智能门禁系统在千呼万唤中应运而生。1.1课题背景及意义门禁系统,又称“出入口安全管制系统”。在何处放行某些人,拒绝某些人, 何时要发出警报,记录出入的过程,以达到安全的目的,是门禁系统最基本的功能。 门禁系统的发展是随着人类社会的发展而一起进步的。从原始社会以来,随着剩余价 值的产生,人们有了自己的财产和物业,为了保护自己的产业不受他人的侵犯,人们

9、用杠棒将门锁起。于是,人类从有看家护院的意识起,就有了最千刀的出入口控制概念, 门禁也就随之产生了。随着社会的发展和人们安全意识的提高,产生了铁锁和暗锁等 门锁设备。传统的门锁仅仅是单纯的契合性机械装詈,无论它的结构如何复杂牢固,一把在 街头配制的钥匙就能打丌,并且不留痕迹。如果钥匙遗失连带门锁也婴一起更换。为 了弥补这些缺点,又产生了磁卡门禁系统。用磁卡控制锁,各种性能均有所提高,但 由于磁条存储的信息量小,磁卡与读卡器之日J容易产生机械磨损,并且设卡器的刷卡 口容易遭到人为破坏,它的安全性和可靠性受到一定的限制。随着现代化经济的迅速发展,各种酒店、宾馆、写字楼、智能大厦、政垧机关和 企事业

10、单位的物业管理部门,对门禁系统的需求TF发,土着重大的变化。其核心需求是 对门锁的丌启与关闭实现智能化管理。智能门禁系统是一种综合性的多学科的高科技技术的集合,它涉及电子、机械、 光学、计算机技术、通信技术等诸多新技术领域。近年束,嵌入式技术与网络技术的 迅速发展以及两者的巧妙结合为智能门禁系统的诞生提供了强有力的平台。通过采用 嵌入式以太网技术的网络式门禁控制主机和感应式读卡器,智能门禁系统已经实现了 网上监控和管理.与传统的单机控制型门禁系统相比,智能门禁系统管理中一Ii,的位霄 可以随时变更,而不需重新囱线,很容易实现网络控制或异地控制,具有良好的灵活 性与及时性,极大地扩大了门禁系统的

11、应用领域。第l斑共63负智能门禁系统的设计与实现 第一章绪论随着高科技的蓬勃发展,智能化管理己经走进了人们的日常生活。智能门禁系统 已成为安全防范系统中极其重要的一部分。在一些发达国家中,智能门禁系统J下以远 远高于其它类型安防产品的进度迅猛发展。智能门禁系统之所以能在众多安防产品中 脱颖而出,其根本原因在于它改变了以往安防产品如闭路监控、防盗报警等被动的安 防方式,以“主动控制”替代了“被动监视”.通过对主要通道的控制,有效地防止 了罪犯从正常通道的侵入。并且可以在罪案发生时,通过对通道门的控制来限制罪犯 的活动范围,从而制止犯罪或减少损失。正因为自身的优势,智能门禁系统已经在国内悄然兴起,

12、包括供电系统,银行系 统,住宅小区,度假村等各类物业场所都已开始使用智能门禁系统,它极大地提高了 管理者的工作效率和管理区域内的安全程度。同时也给使用者带来了极大的方便。1.2类似产品的现状、特点及发展趋势智能门禁(Intelligent Gate系统是近几年发展起柬的一种智能化电子安全防范 系统,其主要功能是对各种重要场所的出入口实行管制。智能化门禁系统作为安防系 统的一个重要组成部分,不仅可以取代传统的钥匙及人工出入登记的功能,更是多元 化的管理工具:一套功能齐全的智能门禁管理系统,可通过简单的预定操作手口序,对 各类场所的出入口实行计算机管理,从而建立起有序的管理机制与摸式。对内,它可

13、以随时控制不同人员的出入区域及出入时日J并记录各类人员的出入情况,为各种管理 机制提供严谨的手段和详实的数掘:对外,它可以礼貌地拒绝不速之客,有效的保护 控制区域内各项财产不受非法侵犯,维护区域内J下常的工作秩序。目前,国际上流行的智能门禁系统大致可从以下两个方面进行分类归纳:l按识别方式分类:1电子密码方式,主要是指各种密码键盘。2卡片方式,指各种接触式IC卡(如磁条卡、触点卡和j接触式射频卡“¨13生物识别方式,如指纹、声纹、视网膜、虹膜等识别方式,但目的比较成亭丸 的识别方式还是指纹。2.按用途分类:1通用型门禁:用于一般民用建筑的门禁,这类门禁的特点是通用性强,安装操 作简单

14、、成本低。2专用型门禁:一般是指用于各种专业场所的门禁,如银行会库、电信无人值育 机房等。与通用型门禁相比,专用型门禁的可靠性大大提高,同时成本也远 远高于通用型门禁.专用型门禁不仅要遵从安防行业的统一标准,还要满足 不同行业的行业要求。现代门禁系统所采用的自识别技术是一种能够自动识别记录各特定较体中的身 第2吼共63贝份信息的技术,目前包括磁卡技术,条码技术、智能卡“1(Smart Card技术、指纹 技术、射频技术等。其中,指纹门禁系统要用到计算机图像处理技术,设备造价昂贵, 不便于大量普及,仅使用于专业场所;接触式iC卡读写操作速度慢,每次读写时必 须把卡片正确地插入读卡器中才能完成数据

15、交换。这样,在公交,考勤等需要频繁读 写卡片的场合很不方便,而且读卡器和IC卡的触点暴露在外,容易损坏和弄脏,从 而造成接触不良;非接触式感应卡是根掘射频电磁感应原理产生的。它的读写操作只 需将卡放在读卡器的射频范围内就能实现数据交换,不需接触,使用方使快捷,并且 不易损坏。因此,在公交、门禁、校园、企业人事管理等方面有广泛的应用酌景。 目前,Ic卡技术“1(如接触式IC卡和射频技术嘲(非接触式感应卡使用较多。 但是,基于射频技术的非接触式感应卡大有取代接触式IC卡的趋势。本系统所采用的读卡器、以及用户卡片也是基于射频技术的感应卡。1.3本文研究的主要内容本论文以智能门禁系统在社会中的实际应用

16、情况为背景,分析门禁系统的发展趋 势。通过与传统门禁系统的比较,说明现代智能门禁系统的优势及将束的发展方向。 同时介绍现代智能门禁系统的组成及其所具备的i羊细功能。论文的主要研究内容为智 能门禁系统的设计与实现,主要解决如下几个问题:1.打破传统门禁系统的局限,通过使用新型门禁控制主机,对原有架构实行改 造。通过网络互联,实现集中管理,以达到跨区域综合管理的目的。2.门禁控制主机提供DI/DO数字输入/输出模组.实现与其它弱电系统联动,以 达到扩展传统门禁系统功能的目的。3. 门禁控制主机采用丌放式的架构设计,可以换接不同厂商的读卡器。同时还 可以有选择的向客户丌放部分源代码,为其提供二次丌发

17、的环境。整个智能门禁系统的设计方案包括两大部分:Pc端管理软件和门禁控制主机。小 论文通过结合一个具体的智能门禁系统的丌发实例,详细介绍管理软们的功能梭块设 计和门禁控制主机的分层设计,重点是门禁控制主机底层F1rfllwdro的功能实现。1.4论文的组织结构本论文共分血章,主要内容如下:第一章主要介绍门禁系统的一般功能特点、国内外的发展状况,以及它的发展趋 势,最后着重讲述了基于感应卡的智能门禁系统的优势所在。第二章主要介绍智能门禁系统的组成,以及系统的总体设计,包括智能门禁系统 的设计原则、功能设计、架构设计、以及系统工作流程。第3贝共63负第三章是本文的重中之重,重点介绍智能门禁系统的核

18、心“门禁控制主机”的设 计与实现。首先介绍了“门禁控制主机”的设计目标、功能定位。接着,通过对系统 进行需求分析,阐述了“门禁控制主机”的详细设计方案。着重介绍了底层Firmware 的各个功能模块,如卡片资料库模块、网络通讯模块、读卡器串行通讯模块”1,系统 资源信息维护模块等,并且阐述了它们的具体实现过程。第四章也是本文的重点之一,详细介绍Pc端的管理系统的软件设计,重点介绍 各功能子模块的设计与实现。第五章主要介绍智能门禁系统的实际运用情况,以及今后的改进方向。在文章最后,对本论文所做的工作做了一个全面总结。第4负共63贝型!堡墅堡垡尘墅兰曼壅!L笙三!塑壁盟竺至竺竺璺丝壁生 第二章智能

19、门禁系统的总体设计智能门禁(Intelligent Gate系统是近几年发展起来的一种智能化电子安全防范 系统,它对人员的进出具有:授权、查询、统计和防盗、报警等多种功能。它可以与 任何机电设备及控制系统联动,既方便内部人员的自由出入,又杜绝外柬人员随意进 出,提高管制区域的安全防范能力。2.1门禁系统的组成智能门禁系统的具体组成是随着具体厂家的不同而有所差别,我们认为它应该具 有六个核心模块:门禁控制主机n01、读卡器1、门磁、丌门按钮、电锁、警报器。这 六个模块相互联系、相互协作,分别完成不同的工作。下图显示了它们各自的功能, 以及相互问的关系:(通汛管理器负责管理主机与J禁上机之问的刚络

20、通讯图2.1J禁系统结构图 第5负共63负数批旋 DI数与,信弓 IX数字信号 =一门禁控制主机是门禁系统的大脑,是门禁系统的核心控制部分。它完成所有的逻 辑业务。门禁系统智能化程度取决于门禁控制主机的合理设计。它主要有3大功能:1.接收网络数据指令,完成门禁控制主机的参数设定,以及有关遥控操作;2.接收读卡器的刷卡数据,对其进行有效性检查,并完成相应的门控动作;3.接收各外接设备的DI(Digital Input信号,判别其逻辑含义,并完成相应 的DO(Dlgltal Output动作。通常,门禁控制主机由单片机、EEPROM、Flash Memory、外围I/O电路和继电器 等部件组成,运

21、行固化的程序和专用的通信协议。它内部设有一个资料库,能够储存 一定数量的人员信息,包括:卡号、门的通行权限、通行时间、卡片有效期限等等。 在正常工作时,当门禁控制主机收到读卡器发送来的卡号后,自动与资料库中所储存 的资料进行信息比对,然后根据比对的结果决定是否执行丌门或报警等动作。另一方 面可以通过网络与监控管理主机进行通讯,向其传送历史记录。同时,还可以接收其 控制指令,完成相应的门控动作。并且门禁控制主机可以在完全脱离上位机的情况下 独立工作。所以,即使监控管理主机暂时出现故障,也不会导致整个系统失控。同时, 它还能储存一定数量的历史记录,等到上位机排除故障后再柬读取。这样,系统的女 全性

22、和数掘的完整性得到了充分的保障。管理主机可以说是门禁系统的眼睛,也是门禁系统的重要组成部分。在门禁管理 主机上运行门禁系统的管理软件,通过它可以实时反映整个门禁系统的工计状况。同 时,它还可以对系统信息进行统计、维护等管理工作。因此,它具有以下几项功能:1.监控门禁设备的工作情况,主要是门禁控制主机和读卡器的工f1状态:2.远程设冒门禁系统工作参数,包括系统参数和功能参数;3.实时反映人员通行情况:4.维护人员信息,统计刷卡记录,并为其它应用系统提供数掘接几。读卡器属于系统的韵端设备,它的主要用途是:读取存储于卡片内部的用户信息, 将数掘传送给门禁控制主机,从而进一步控制电子门锁的丌/关。一些

23、高级的读卡器 本身带有一个小型的卡片资料库,可存储少量具有较高权限的管理人员的信息资料,第6兜共63血可用作紧急开门之用。另外,有些读卡器还可以存储一定数量的刷卡数掘。不过。由 于其自身存储容量的限制,这类读卡器的应用范围有限,因此并未被大量使用。目前, 读卡器的功能设计着重于身份识别技术,而将这些存储功能移交给功能更为强大的门 禁控制主机去处理。整个系统的工作方式是:当持卡人刷卡后,读卡器将卡中的信息 发送到门禁控制主机,然后由门禁控制主机对收到的数掘进行合法性检查,以决定是 否开/关门.这样,读卡器的功能固定,门禁控制主机承担绝大部分的逻辑处理功能, 整个系统可以达到负载平衡,运行效率大大

24、提高。另外,门禁控制主机还可以和不同 的读卡器相搭配,可以让用户有更多的选择,系统的灵活性大大提高。只要刷卡有效, 均可实现门禁管理。目前,社会上广泛流行的是基于射频技术的感应式读卡器。这类读卡器由阅读天 线和控制器所组成,可发射低频电磁波。持卡人只需将感应卡在读卡器的附近晃动一 下,当感应卡处于读卡器的磁场内,由卡内磁性线圈切割磁力线而产生的感应电动势 会将这一瞬间的能量供给卡内芯片工作,芯片内的信息则以电磁波的方式传回给读卡 器。而读卡器对感应卡传回的数掘进行处理、纠正后,将数掘以标准的通讯格式,通 过RS一232或RS一485”1串行接口送往相应的处理设备,如:门禁控制主机等等。 这类读

25、卡器的优点是:读卡器可安装在门边或墙内外,还可隐蔽安装,不影响J下 常工作和办公环境的美观。感应卡与外界无电气连接、不易复制、安全可靠、寿命长 (非接触读卡方式使读卡器与卡片的机械磨损减少到零。我们设计的智能门禁系统就是采用此类基于射频技术的感应式读卡器,读卡方式 为非接触式。门磁传感器专门用于检测门的丌/关状态,作为门禁控制主机的DI信弓输入之一, 给门禁控制主机的某些业务逻辑处理提供判断依掘。例如,通过它的门磁信号.门禁 控制主机可以判断是否合法丌门、丌门是否超时。如果是处于非法工作状态,f】禁拧 制主机对此类异常信号给予相应的报警标志,并回传给上位管理主机。丌门按钮主要是方便用户从内向外

26、丌门,同时作为门禁拧制丰机的O【信号输入 之一,给门禁控制主机的某些业务逻辑处理提供判断侬抛。有些管制区域的安全性要 求不是很高,不要求双向管制的话,仅安装丌门按钮就可以了。否则.就需要在门的 两边都安装读卡器,实行双向管制。第7贝共63贝智能门禁系统的设计与实现 第一章智能门擎系统的心休垃计电锁好比是门禁系统的手,是执行机构,每个门都安装一套。它受到门禁控制主 机D0信号的控制,专门用于门的开/关动作.市场上,电锁的品种有很多,如:电插 锁,电磁锁、剪力锁等等。锁的选型将根据具体配置的门而定,用户可以根掘实际需 要进行选配。警报器同样受到门禁控制主机DO信号的控制,专门用于意外情况的报警工作

27、。 如:读卡器遭到破坏、非法人员恶意闯入等等。智能门禁系统是一个专门的应用系统,它涉及电子、机械、光学、计算机技术、 通信技术等诸多新技术领域。除了以上几个重要的组成部分之外,还包括以下几个简 单的部件:1.通信管理器:负责门禁控制主机与管理主机之问的网络通讯,通常山Swttch (交换机、Hub(集线器等构成:2卡片:通常是感应卡,相当于持有人的证件、丌门钥匙:3.后备电源:当J下常供电中断时,作为备用电源使用。2.2系统总体设计目曲,国际上智能大厦的发展方兴未艾。于是,如何爿能更盘了的吏施智能化管删 便成为大家所关注的焦点。为了科学地管理特定区域的出入权限,及时、准确地监拧 破管制区域的出

28、入情况,一套现代化的智能门禁系统是必不可少的。原始的保安管制措施就是把门锁上,由专人巡逻看J=以保证安全,这是保安系统 的雏形。近年束,随着集成电路技术的发展,芯片的各方面性能都得到了很大的提高, 成本逐渐降低。于是,电子门禁系统在R常生活中得到了广泛的运用。在进入信息化 社会的今天,建立一个全方位、多层次、立体化及高效率的信息管理系统己成为物业第8贝共63撕智能门茅系统的设计与实现 第一章智能门禁系统的总体世计管理的一项重要内容,而门禁系统是该信息化管理不可缺少的重要组成部分。但是这 些原有的门禁系统已经不合时宜,它们不能满足我们对于门禁系统的主动性、实时性、 以及灵活性的重要需求。我们希望

29、新一代的智能门禁系统能够集成智能微系统、数据 库、网络通信等诸领域技术的优点。它能使处于不同地点的管理者可以通过网络实现 管制区域远程监控、异常情况实时报警等综合管理。近年来,计算机技术的发展,尤其是嵌入式技术与网络技术的迅速发展以及两者 的巧妙结合给我们提供了坚实的基础和物质载体,为智能门禁系统的诞生提供了强有 力的平台。通过采用嵌入式以太网技术的网络式门禁控制主机和感应式读卡器,智能 门禁系统已经实现了网上监控和集中管理。与传统的单机控制型门禁系统相比,智能 门禁系统管理中心的位置可以随时变更,不需重新布线,很容易实现异地控制,具有 良好的灵活性与及时性,极大地扩充了门禁系统的应用领域。并

30、且,凭借其网络化的 优势,智能门禁系统还可以与其它管理系统和安防系统相互配合,进行综合管理。可 见,随着科技的发展,智能化的网络门禁系统将是现代化管理的重要手段之一。 本智能门禁系统就是以此为目标而设计的,它已经不再是简单的“出入口安全管 制系统”,而是一种综合性、多学科的高科技技术的集合。它可以将市场上现有的独 立门禁系统、报警系统,以及管理系统的功能无缝的整合起束,并加以完善、形成一 套完整门禁系统。通过扩展其网络远程管理功能,可以为用户提供一个集中控制、集 中管理且操作简便的集成管理监控系统。从技术角度束讲己经可以适应不同用户的而 求,极大地提高了管理者的工作效率和管理区域内的安全程度。

31、智能门禁系统作为一项先进的高科技防范手段,在一些经济发达的西方国家早就 应用于科研、工业、展览、酒店、商场、医疗监护、银行、监狱等领域。特别是由于 系统本身具有主动性、及时性、隐蔽性等特点,在众多安防产品中脱颖而出,爿在众 多领域中得到越柬越广泛的应用。智能门禁系统既要处于技术的尖端,具有智能性、 实时性、高可靠性,叉要能符合实际情况需要。因此,智能门禁系统的设计应遵循下 列原则:1.系统的实用性智能门桨系统的内容应符合实际需要,不能华而不实。如果片面追求系统的超前 性,势必造成投资过大,离实际需要偏离太远。因此,系统的实用性是首先应遵循的 设计原则。而且,前端识别控制设备和系统软件要有良好的

32、操作性和学习性。特别是 操作性,必须使具备初级电脑知识的管理人员,通过简单的培训就能掌握系统的操作 要领,达到完成值班任务的操作水平。第9呶共63以智能门禁系统的设计与实现 第二章智能门禁系统的总体设计2.系统的主动性智能门禁系统之所以能在众多安防产品中脱颖而出,根本原因是其改变了以往安 防产品如闭路监控,防盗报警等被动的安防方式,以“主动控制”替代了“被动监视”, 通过对主要通道的控制有效地防止了罪犯从正常通道的侵入.并且可以在罪案发生 时,通过对通道门的控制来限制罪犯的活动范围,从而制止犯罪或减少损失。3.系统的实时性智能门禁系统必须对当时所发生的各种事件做出及时恰当的反应,尤其是对于那

33、些非正常的变故,必须马上做出防范措施,并向管理中心发送报警信息。因此,实时 性同样也是系统设计的重要考虑因素之一。4.系统的可靠性如果智能门禁系统中任何一个关键子系统出现差错或停机将直接影响到整个系 统的运作情况。因此,智能门禁系统的各个子系统应尽可能属于honstop(不停机 系统,以保证工作工F常运行。5.系统的完整性一个完整的智能门禁系统是建筑整体形象的重要标志。功能完善,设备齐全,管 理方便是设计应考虑的一个因素。6.系统的安全性智能门禁系统中的所有设备及配件除了能够满足可靠运转的要求之外,还应符合 中国或国际有关的安全标准,并且可以在非理想环境下有效工作。7.系统的可扩展性智能门禁系

34、统的技术不断向酌发展,用户需求也在发生变化,因此智能门禁系统 的设计与实施应考虑到将柬扩展的实际需要。即:可灵活增减或更新各个子系统,满 足不同时期的需要,保持长时间领先地位。8.系统易维护性智能门禁系统的维护工作应该简单易行,无需使用过多的专用工具。整个系统的 维护是在线式的,不会因为部分设备的维护,而停止所有设备的诈常运作。总而言之,智能门禁系统首先要求稳定,这是门禁系统最为币要,也是最为基本 的要求。其次,功能上还要具有一定的先进性,以适应未束发展的需鼗。一套现代化的、功能齐全的门禁系统,不仅是作为出入口管制使用,而且还有助 于内部的有序化管理。它将自动记录人员的出入情况,限制内部人员的

35、出入区域和出 入时日J,并能礼貌地拒绝不速之客。第10贝共63贝智能门禁系统的设计与实现 第一二章智能门禁系统的心体设计根掘国内外该类产品的己有经验和安全防范的实际需求,我们认为智能门禁系统 应该具有以下几个主要功能:1.能够快速准确地识别进出门禁管制区域的人员身份。如果请求进入的人员身 份合法,则电锁开启,做开门动作;否则电锁不会丌启。通过限制内部人员 的进出区域和进出时间,可以有效地保护公共财产不受非法侵犯。3.出现突发事件(如火灾等时,各远端门禁控制主机能同时全局联动,打丌所 有的门以疏散人群,并发出报警信号。同样,门禁控制主机对于非法闯入事 件也采取实时报警处理。4.可以根掘需要管理相

36、关人员的卡号资料。管理人员可随时对人员信息资料库 做维护操作。5.控制中心通过管理软件对所有远端控制主机进行实时监控、随时汇报,并根 掘需要打印相应的报表。6. 门禁控制主机具有时问表功能和节假日管理功能。7. 门禁控制主机具有脱机和联机两种运行方式。8.系统提供常规供电、后备电池供电两种供电方式,以保证在外部断电时,门 禁控制主机仍然能够继续工作一段时问。9.系统具有联机状态下的远程数掘维护和遥控丌/关门功能。本课题研制的智能门禁系统由前端识别控制系统和控制中心管理系统两大系统 组成,其架构如图2.2所示。整个门禁系统采用客户端/服务器(Cl lent/Servcr¨二¨

37、3的工作模式。的端识别控制系统主要由门禁控制主机和读卡器组成,用.卜元成身份识别和连道 控制的任务。控制中心管理系统主要负责门禁设备监控、出入人员信息奄询、统计, 以及各门禁控制主机工作参数的设定等任务。第1I贝共63贝智能门禁系统的设计与实现 第一章智能门禁系统的总体设计圈22系统架构l!fI同时按照各组成部分的不同功能,整个智能门禁系统分成六大模块:l、身份识别单元部分身份识别单元部分是门禁系统的重要组成部分,起到对通行人员的身份进行识别 和确认的作用。实现身份识别的方式和种类很多,本智能门禁系统采用感应卡识别方 式,其识别设备是感应式读卡器。一般束说,应该首先对所有的门禁点进行安全等级评

38、估,以确定恰当的安全级;II。 对于每一种安全级别,我们可以设计一种身份识别的方式。例如:一般场所可以使用 进门读卡器、出门按钮方式;特殊场所可以使用进出门均需要刷卡的方式;重要场所 可以采用进门刷卡加键盘密码、出门单刷卡的方式。这样可以使整个门禁系统更具有 合理性和规划性,同时也充分保障了较高的安全性和性价比。2、处理与控制单元部分处理与控制单元部分通常是指门禁系统的门禁控制主机。门禁控制主机是门禁系 统的“大脑”,早面存储了大量相关人员的卡号、密码等重要信息。另外。门禁控制 主机还担负处理和控制的任务,对各种各样的出入请求做出判断和I删应。它足门禁系 统的核心部分,也是门禁系统最重要的部分

39、。如果希望规划一个安拿和可靠的f】禁系 统,首先必须选择安全、可靠的门禁控制主机。本门禁系统采用的是我们自己所设计 的门禁控制主机。3、电锁与执行单元部分电锁与执行单元部分包括各种电子锁具、三辊匝等控制设备,这些设备应具有动 作灵敏、执行可靠、良好的防潮、防腐性能,并具有足够的机械强度和防破坏的能力。 电子锁具的种类非常多。每种电子锁具都有自己的特点,在安全性、方便性和可靠性 上也各有差异。因此,需要根掘具体的实际情况束选择合适的电子锁具。第12负共63负智能门禁系统的殳计与实现 第二审智能门禁系统的哲体世计4、传感与报警单元部分传感与报警单元部分包括各种传感器、探测器和按钮等设备。门禁系统中

40、最常用 的就是门磁和出门按钮,这些设备全部都是采用开关量的方式输出信号。另外,门禁 系统应该对报警线路具有实时的检测能力,防止人为对丌关量报警信号的屏蔽和破 坏,以提高门禁系统的安全性。5、线路及通讯单元部分门禁控制主机应该可以支持多种通讯方式,如RS一232、RS一485或TCP/IP等。 以便在不同的情况下使用不同的联网方式,增加系统的灵活性。 ,6、管理与设置单元部分管理与设置单元部分主要指门禁系统的管理软件,管理软件可以运行在 Wlndows2000、2003和XP的环境中,支持服务器/客户端的工作模式,并且可以对不 同的用户进行可操作功能的授权和管理。管理软件应该具有设备管理、人事信

41、息管理、 用户授权、操作员权限管理、报警信息管理、数掘查询等功能。随着智能化大厦应用 的不断深入,一个新的需求逐渐被提出,那就是“一卡通系统”。智能门禁系统最主要的两个功能是:区域管制和现场监控。这两大功能分别由日u 端识别控制系统和控制中心管理系统这两个子系统执行。前端识别控制系统以门禁控制主机为核心。读卡器通过串行接口与门禁主机相 连;门磁、火灾等传感器接入门禁控制主机的DI接口:电锁、警报器与门禁控制主 机的D0接口帽连。当用户刷卡请求通行的时候,读卡器将卡内信息传送给1禁控制 主机,由其进行信息比对。如果匹配成功,则打丌电锨、丌门放行;否则拒绝丌门。 同时,记录此刷卡事件,上传控制中心

42、的管理主机。另外,如有火灾等意外发生,门 禁控制主机会根据DI信号,打丌所有通道,供人员逃生。同时,发送报警信号。 控制中心管理系统主要起监控管理的作用。它通过网络与所有的门禁控制主机相 连,实时监控门禁设备的运行状态和出入口通行信息。同时.它还担负对门禁控制主 机进行参数设胃和遥控操作的任务。总之,智能门禁系统各组成部分必须各尽具贵、柏互协作。本章主要介绍了智能门禁系统的组成及总体设计。着重阐述了本系统的设计原 则、功能设计、架构设计、以及系统工作流程。后面的两章将重点讲述本智能门禁系 统的门禁控制主机和监控管理软件的具体设计与实现。第13负共63贝智能门禁系统的设计与实现 第=市门擎拧制主

43、机的世计。】史观 第三章门禁控制主机的设计与实现随着社会现代化的飞速发展,门禁系统的智能化要求也R趋明显。传统的门禁架 构,尤其是原先的单门型门禁系统已经远远不能满足当今社会的需求,集中化管理已 经成为今后发展的趋势。目前,智能网络门禁系统已经成为当今的主流产品。其强大 的联网功能实现了集中化管理的需求,具有跨区域综合管理的特点。在市场上已经获 得了不小的反响。此类新型门禁系统以门禁控制主机为核心,整个系统的智能化程度主要取决于门 禁控制主机的合理设计。本章主要通过自己所参与的实际项目,阐述了“门禁控制主 机”的设计方案,着重介绍底层Firmware的设计与实现。3.1需求分析为了满足未束发展

44、的需要,我们设计的智能门禁系统必须具有较强的伸缩性、扩 展性,能够与其他安防警报系统进行整合。智能门禁系统能够对各个出入口实施现场 管制与实时监控。在紧要时刻,控制中心可以向各个门禁管制点发送指令,实现遥控 指挥。作为门禁系统的核心部件,门禁控制主机必须具有智能性和主动性。与传统门禁 系统不同,智能门禁系统的逻辑处理业务完全交给门禁控制主机柬执行。由门禁控制 主机完成所有的现场管制工作,而上层管理系统则只需要负责实时监控、遥控指挥, 以及信息统讨、分析的任务。各门禁控制主机通过网络与控制中心的管理系统相连, 由管理系统实施统一管理。这样的设计,可以达到分工明确、负载均衡的目的。并且 便于今后的

45、扩展,系统的灵活性大大增加。门禁控制主机是门禁系统的核心部分,其功能相当于tf算机的CPU,它负责整个 系统的输入、输出信息的处理和储存。它验证读卡器所传送的刷卡数据的可靠性,并 根掘出入舰则判断其有效性。如若有效,则对执行部件发出仵动信号;否则就拒绝放 行,并对此事件加以记录。门禁拧制主机性能的好坏直接影响着系统的稳定运行,而 系统的稳定性直接影响着客户的生命和财产的安全。因此,我们设计的门禁拧制主机 必须是高效的、安全的、稳定的、可靠的。第14负共63负智能门禁系统以门禁控制主机为核心,由它来完成所有的逻辑处理工作。现场外 接设备全部与门禁控制主机相连,受其控制。通过对门禁系统的业务分析,

46、我们决定 门禁控制主机应具有以下诸多功能:1、联网通讯功能随着计算机网络的迅速发展,管理人员通过中心或通过一个端点就能对设备进行 网络监控与维护.系统的可靠性大大提高,其故障发生率和处理时问也不断减少。我 们设计的门禁控制主机提供IO/IOOM以太网接口,采用TCP/IP协议作为通讯协议, 通讯方式为:TCP Server、TCP C1lent、UDP。2、脱机工作功能在理想工作状态,门禁控制主机与上位管理系统通过网络互联,实现集中监控, 集中管理。但是,难免会因为各种原因造成网络中断。此时。门禁控制主机必须具有 脱机工作能力,能够继续工作、自动存储各种历史记录。3、协同工作功能目前,市场上的

47、门禁产品种类繁多,性能、价格不尽相同。为了满足多数用户的 需永,我们设计的门禁控制主机必须能够与多种读卡器协同工作,以便用户可以根掘 自身的需求加以选择。4、多门控制功能门禁控制主机可以同时管理控制多个出入口,以提高资源的利用率。我们设计的 门禁控制主机可以控制四个独立的门,最多外接8个读卡器,以适应啦门内外双读卡 器的情况。5、数字输入/输出(DI/DO模组门禁控制主机可以接收外界各种输入信号(如火警、煤气泄桶、训法进入等等, 然后进行相应的处理(接通报警、打丌消防通道等,以实现灵活多变的综合应用; 我们设计的门禁控制主机,具有12个DI输入、8个DO输出,均分为4组,对应于4个独立的门。默

48、认情况下,它们对应于门磁、丌门按钮和火灾信号这三个数字输入, 以及电锁和警报这两个数字输出。另外,根据自身的需要,用户可以对DI/DO梭组的 功能进行重新定义,以实现更高级别的智能联动。6、功能保护机制门禁控制主机采用看门狗电路,具有很强稳定性和抗干扰能力,保证门禁控制主 机在多种场合下均能j下常工作.另外,当应用程序(Flr唧are发生严重错误时,可以 通过网络下载的方式加以更新。7、电源保护机制第15贝共63贝智能门禁系统的设计与实现 第三章门擎挣制主机的垃计j,妾现门禁主机采用双重电源供电模式,在外部的电源无法供电时,可以自动切换至后 备电源,保证门禁控制主机仍然能够正常工作几个小时,以

49、防止有人切断电源从而导 致门禁瘫痪的事件。3.2硬件设计门禁控制主机是门禁系统的核心部分,主要由运算单元、存储单元、输入单元、 输出单元、通讯单元组成。它不仅存储了大量相关人员的卡号、密码等重要信息。而 且还担负运行和处理的任务,对各种各样的出入请求做出判断和响应。如果希望规划 一个安全、可靠的门禁系统,则首先需要选择安全、可靠的门禁控制主机。1、控制主机的分布控制主机必须放冒在专门的弱电阃或设备问内集中管理,控制主机与读卡器之fsJ 具有远距离信号传输的能力,不能使用通用的Wlegand协议。因为Wlegand协议只能 传输几十米的距离,这样就要求门禁控制主机必须离读卡器就近放胃,大大不利于

50、控 制主机的管理和安全保障。设计良好的控制差机与读卡器之日J必须有一定距离的f日J 隔。因此,我们设计的门禁控制主机与读卡器之日J采用RS一232/RS一485通讯方式,并 提供了COMl/COM2两个串行接口。其中,COMl默认为RS一232接口,COM2为R5-4R5接口,用户可以根掘实际需要选配不同的读卡器。2、控制主机的报警能力门禁控制主机必须具有各种即时报警的能力,如电源设备的故障提示、读卡器破 打丌的警告信息,以及通讯线路故障等等。所以,我们设计的门禁拧制主机提供DI/DO 模组,外接各种传感器以及报警装置。3、结构设计门禁控制主机的整体结构设计是非常重要的,设计良好的门禁系统应彦

51、尽量虚免 使用插槽式的扩展板,以防止因长时间使用而氧化所引起的接触不良;尽可能的使羽 可靠的接插件,方便接线并且牢固可靠:元器件的分却和线路的走向应该台理,同对 增强抗干扰能力。门禁控制主机是一种特殊的控制设备,不应咳一味追求使用最新豹 技术和元件。控制主机的处理速度不是越快就越好,也不是门数越集中就趣好,丽是 必须强调稳定性和可靠性,够用且稳定的门禁控制主机彳是好的门禁控制主机。4、程序设计相当多的门禁系统在执行一些高级功能或与其它弱电子系统实现联动时,完全依 赖计算机及软件柬实现的。由于计算机是非常不稳定的,这可能意味着一旦训算机发第16贝共63姐智能门禁系统的设计与实现 第三章I祭打制主

52、机的设计,.史现生故障时会导致整个系统失灵或瘫痪。因此,设计良好的门禁系统,其所有的逻辑判 断和各种高级功能的应用,必须依赖门禁控制主机本身来完成,也就是说必须由控制 主机的程序来实现。只有这样,门禁系统才是最可靠的,而且不会随着系统的不断扩 充而降低整个门禁系统的响应速度和性能。因此,门禁控制主机业务处理模块的设计 必须合理、有效。5、控制主机的电源供应电源是门禁控制主机中非常重要的部分,提供给元器件稳定、干净的工作电压是 稳定性的必要前提。但是220伏特的市电经常不稳定,可能存在电压过低、过高、波 动、浪涌等现象,这就需要电源具有良好的滤波和稳压的能力。此外电源还需要有很 强的抗干扰能力,

53、所谓干扰包括高频感应信号、雷击等。另外,门禁控制主机必须带 有备用系统。当外部电源出现故障时,能自动切换至备用电源系统,至少能够让门禁 控制主机继续工作几个小时,以防止有人切断电源从而导致门禁瘫痪的事件。通过以上分析,我们认为设计合理的门禁控fli JJ=1=机应该具有:CPU运算处理模块、 存储模块、串行接口模块、网络通信模块,以及DI/DO模块。其模块关系如下图所示:一一一一一一_ I勾9络 !谈E器外部l殳衙图3.1IJ祭控制主机模块犬系幽第17贝共63贝智能门禁系统的设计与实现 第二章11擎打制土机的吱计,实现 l、CPU运算处理模块通过分析与比较,我们设计的门禁控制主机采用16位的C

54、PU,主频为40MHz。其 运算速率足以满足控制4扇门、8个读卡器的需求。2、存储模块存储模块主要包含3种资源:Flash memory:大小为512K字节:SRAM:大小为 512K字节;EEPROM:大小为128字节。通过计算,足以满足存储10000笔人员资料、 8000笔刷卡数据的需要,可以满足绝大部分的应用情况。3、网络通信模块我们提供一个IO/IOOM以太网接口,并采用标准的RJ-45接口,方便用户的使用。 4、串行接口模块我们提供两个COM接口,分别为COMl和COM2。其中,COMI采用标准的RS一232接口;COM2采用标准的RS一485/RS一232接口,用户可以依据读卡器接

55、口的类型加以选 择,使用十分方便。5、DI/DO模块我们提供12个数字输入:其中,4个用于丌门按钮(Switch,4个用于磁簧传 感器(Sensor,其余4个用于火灾警报(Fire Alarm System。另外,还有8个继电器输出:其中,4个用于门锁(Lock,茛余4个用于警报 (Alarm。门禁控制主机的主板实物如下图所示:图32门禁控制土机主扳实物I!I 第18贝共63兜智能门禁系统的设计与实现 第三章门禁拧制土机的啦计b,妾现门禁控制主机的实物图比较复杂,不易看清。为了便于理解,我们另外给出了其 结构简图。具体如下图所示:IU埔输入接u D0输出校块 Dlj拿入模块 IU滁输lU犊u

56、r一.i吖一L丌一一上一、图33门禁控制土机结构简闰从上图可以看出,上述五个组成模块以“运算处理模块”为核心。通过“串行接 口模块”、“网络通信模块”,以及DI模块,不断接收束自读卡器的刷卡数掘、管理主 机的通信指令,以及各传感器的DI信号。然后,根掘其自身的处理流程,对存储模 块进行读写操作。并且通过DO模块,向电锁、警报器等门禁设备发送控制信号,从 而完成相应的门禁管制功能。各模块相辅相成、缺一不可。从门禁控制主机的结构简图上,我们可以看出整个门禁控制主机的模块功能和位 霄分钿:第19负共63负智能门禁系统的设计与实现 第三章门茅柠制主机的驶计与J头现与通信相关的串行接口、网络接口,以及显

57、示主机运行状念的显示灯,全部集中 在控制主机的前面扳上。这样设计的原因是:方便用户同后更换外接设备,以及日常 的检修工作,便于用户及时发现故障、分析问题、解决问题。 图3.4门禁控制主机前面板示意图另外,电源与DI/DO模组等开关量,全部集中在控制主机的后面板上。这一类外 接设备的用途相对固定、不易更改。这样的设计便于门禁控制主机安装在机架上,并 且设备接线集中、不影响美观。 图3.5门禁控制主机后面板示意幽3.3软件设计与我们R常使用的计算机不同,门禁控制主机为专门的门禁系统而设计。一旦设 胃完毕,即可稳定运行,可避免因人为操作失误而引起的系统瘫痪。设计良好的门禁 系统,其所有的逻辑判断和各种高级功能的应用,必须依赖门禁控制主机本身来完成, 也就是说必须出控制主机的程序柬实现。只有这样,门禁系统/j是最可靠的,而且不 会随着系统的不断扩充而降低整个门禁系统的响应速度和性能。因此,门禁控制主机 的软件设计尤为重要,必须设计合理、有效。门禁控制主机是门禁系统的中枢,里面存储了大量相关人员的卡号、密码等重要 信息。另外,门禁控制主机还担负运行和处理的任务,对各种各样的出入请求做出判 断和响应。它是智能门禁系统的核心部分。为了实现门禁管制功能,门禁控制主机提供了:CPU运算处理模块、存储器模块、 第20贞共6,贝智能门擎系统的设计与实现 第二章门禁控制土机的设