《S小区门禁管理系统设计与实现》10000字

第第页共17页一、系统概述（一）门禁管理系统概述门禁管理系统，又称出入口控制系统，顾名思义，就是管理出入口人员、物品进出的智能控制系统。它主要解决了企业单位、房区、医院、宾馆、机房等重要场所的安全问题。以前在门禁管理系统还未发明的时候，大多数由人力站岗来保障出入口的安全问题，但是这样有诸多不便，比如现在人力资源价格上涨，且需要管理的地方又太多太杂，不能方便地实现门禁管理；同时只通过对话也不能精准地确认出入人员是否拥有进出的权利。而现在，为了解决这一麻烦，人们发明了电磁卡或密码锁设备来管理，但随之而来的问题是实体介质很容易破损、被遗失或被伪造，而密码则会被泄露或遗忘。现在技术十分成熟的人脸识别门禁管理系统却能规避上述几种传统门禁的缺点。人脸识别技术是一种基于人脸特征信息来识别的生物特征识别技术。这种技术是利用前端摄像机捕捉包含人脸的图像或视频流，并自动检测和跟踪图像中的人脸，通常也叫做人像识别、面部识别。相较于以上两种门禁卡，人脸识别门禁控制系统的功能优势比较明显，基于对用户个人的面部特征数据识别，不需要随身携带卡，刷脸就可以进出通行，所以现在这种人脸识别门禁系统越来越受欢迎。基于系统的深度学习，人脸识别技术领域有着重要发展前景，这也带动了人脸识别技术在各个区域门禁管理上的普遍应用。在高效地提升来访人员通行速度的同时，也为访客们带来了一种崭新的体验。比如工作人员上下班人脸识别打卡，机场登机通道识别，人脸识别门学校通道，景区人脸识别门通道。人脸识别门禁管理也潜移默化地为出入口提高了形象，增加了安全性和专业感。而且随着这种技术的进一步变革和应用的普及，以及在我国建设大规模人脸数据库和识别系统所需的成本不断降低，同时识别的精度一直在提高，门禁管理系统的技术不断有着创新进步和突破。人脸识别技术被认为是一项新的高科技，给人们的日常生活带来很多便捷的同时我们也要提前做好安全防范意识，可以在很多场合使用，但是并不一定适合在很多场合采集个人信息。大家对人脸识别应用和人脸识别信息采集要有本质差异的认识，比如网吧使用人脸识别技术就是和公安系统联网，如果其他的人脸识别门禁系统也可以连接公安系统中的人脸信息数据，那会比物业自己采集人脸识别数据更加安全。（二）白银乡小区门禁管理系统概述随着社会经济的发展，城市小区的样貌日新月异，配有各种安保设备的小区越来越多。为了满足白银乡小区住户对居住环境提高的要求以及怎样对小区进行有效，安全，合理地管控，我们必须设计一套适合此小区的门禁管理系统。从小区门禁方面来讲，传统门禁不方便的地方体现在两个方面：门卡丢失以及访客管理的问题，访客的进出登记需要依靠保安人员进行书面登记，过程较为繁琐，并且实际情况可能需要进行电话沟通确认，流程复杂并且不够人性化；同时门禁卡遗失则需要补办门卡，也会产生一定的费用，并且在时间上也会有一定的消耗，并且传统的门禁卡，是有可复制的问题，在安全性上不能有完全的保障。基于上文提到的门禁系统的优缺点，我们决定在白银乡小区设置人脸识别门禁管理系统，该系统由硬件设备（人脸识别终端摄像头、门禁控制器、出门开关、电磁锁）和管理控制软件组成。其摄像头能准确地识别人脸特征，自动检测和跟踪图像中的每一张人脸，基于此种生物识别方式，极大程度保证了小区内人员的出入安全。（三）门禁管理识别方式对比1、密码识别通过在系统中输入密码并对其进行检验正确性以及用户进出的权限。（1）优点：操作非常方便只需记住密码，不用携带卡片，成本低。（2）缺点：通过时间看所设置的密码长短，效率低，密码容易泄露，安全性较差；适合在安全性要求不高和使用率较低的场合运行。2、卡片识别通过用户选择读卡方式来识别进出权限的门禁，按卡片种类还细分为：磁卡、射频卡。（1）磁卡（接触式）优点：成本较低，安全一般，有进出记录。缺点：由于卡片可能会发生磨损所以使用的寿命相对比较短，卡片很容易被人重新复制，卡片的信息很容易因为受到外界的磁场而被遗漏，使卡片内包含的信息无效化。（2）射频卡（非接触式）优点：与设备没有接触，开门方便安全，射频卡使用寿命长，其安全性也较高，射频卡片难以复制。缺点：成本高。3、生物识别通过检验用户的生物特征等方式来识别进出，比如指纹、虹膜、人脸识别等。（1）优点：生物密码安全性非常高。（2）缺点：成本很高，对环境要求高，识别成功的条件苛刻，调试不便。二、系统分析（一）系统应用环境分析白银乡小区是无锡政府部门建设的经济适用房小区，所属广益商圈，共计房屋936户，有24栋居民楼。白银乡小区设有一个南大门主要进出口和一个侧面的东门（不通车），因为其周边有一个商业广场，人流量较多较杂，所以为了保证小区内居民的安全生活，必须设计一个完善的门禁管理系统。图1：白银乡小区部分平面图（二）系统需求分析通过与小区物业和业主进行沟通后，明确了门禁管理系统需要配备的功能和大概资金的预估。用户提出以下需求：南门和东门人流量较大也较杂，需要人脸识别门禁管理系统和车辆识别系统；各栋楼因为要保证安全性，大门也需要人脸识别门禁管理系统且门禁管理系统要达到自动开关、自动记录及自动备份的功能。同时部分住户因为不太了解人脸识别门禁管理系统，需要刷卡功能，我们决定给门禁管理系统加上刷卡系统，并给每户入住业主发放门禁卡，该门禁卡会录入业主的入住信息，可以通过南门，东门和业主所在的居民楼。数据部门会将卡号和每户家庭的人脸信息和基本资料交予物业。（三）系统功能分析1、出入管理功能阻止非小区人员出入，显著提高小区安保水平。2、访客功能通过业主和物业设置门禁权限给访客授权进出小区和居民楼。3、实时捕捉功能基于前端高清摄像头进行人脸捕捉并识别从而实现人脸识别门禁管理。4、刷卡功能小区内可以刷卡进行门禁管理。5、感应功能当设备在使用中时，会有灯光照明。6、自动报警功能数据库连通网上公安当设备捕捉到在逃人员时会自动报警。设备被暴力破坏或长时间未关门时会自动报警。7、自动拍摄功能当非户主人员反复出现时摄像头会自动记录人员面部信息。8、日志查询门禁管理系统后台会自动生成日志，供管理员查询。权限管理系统管理员通过设置管理授权人员的权限。三、系统设计（一）设计依据根据以下国家现行设计标准及规范设计本系统：1、智能建筑设计标准（GB/T50314-2006）2、综合布线工程设计规范（GB50311-2007）3、安全防范工程技术规范（GB50348-2004）4、出入口控制系统工程技术规范（GB50396-2007）5、建筑照明设计标准（GB50034-2004）6、视频安防监控系统技术要求（GA/T367-2001）7、安全防范报警设备安全要求（GB16796-1997）（二）设计原则首先满足客户提出的门禁管理系统基本功能、设备性能的要求，其次体现白银乡门禁管理系统设计的先进。1、可靠性门禁监控管理系统是以减少或者防止其他经济损失和预防违法犯罪行为为主要设计目的，因此它们必须具备非常好的可靠性。即使在各种恶劣天气的影响下也能正常工作。遇到断电等极端情况时，能用备用电运行。门禁安防系统从设计、施工、使用的每一个阶段，必须采取冗余的设计及可靠的管理，来确保其产品及系统的高安全和高可靠。2、权威性门禁管理系统必须在门禁管理系统的设计、器材选型、调试、安装等各个方面都必须能够严格地执行与国家相关的专业和行业标准，满足各级公安机关对于安全生产和技术风险防范的规定，产品必须通过严格的评审和多项专业权威机构的认证，具有大量典型用户实例，才能在使用寿命期内正常运行。3、安全性门禁管理系统本身就是专门用于保护用户人身财产安全的系统，首先就是门禁系统必须严格要求其本身具有良好的安全性。这里我们所指的安全性，一方面就是指作为向用户服务的产品，最基础的生产工艺上的安全，可以确保企业设备、系统正常工作运行。比如：门禁设备和监控系统本身需要尽量做到能够抗高温、低温、烟雾、霉菌、雨水湿淋，并能能够做到防辐射、抗电磁微波干扰、抗冲击、耐碰撞、抗跌落等，在日常使用过程中很安全；另一方面，门禁系统也需要具有专门预防各种人为部件损伤和自然破坏的保护功能，如：门禁本身具有各种预防破坏的保护壳体，以及门禁专门预防人为破坏自动报警的安全功能等。4、功能性随着现在人们对于门禁管理系统的各个方面技术要求的逐步提升，门禁管理系统的使用范围也日益广泛。人们对于门禁系统的认识和使用已经不再仅仅是局限于单一的进出口控制，还要求其可以应用于智能化建筑或者是社区内部的门禁监测、考勤管理、安防报警、停车场监测、电梯监测、楼宇自控等多种门禁系统的控制功能。5、扩展性门禁管理系统在设计时应尽量选用一个开放的软件平台，具有多种网络通讯的方式，为其实现各种设备之间的相互互联做好基础，另外还要求该系统在安装时应具备一些标准化、模块化的功能和零配件，有很强的灵活性和可以延伸的功能。6、实用性门禁监控系统的各项功能都应该与实际相适应，不可以华而不实。如果太过注重追求该系统的超高性能，那么对于一个小区的门禁来说，势必会导致其投资太多。因此,小区门禁管理系统的实用性也是非常重要的。同时该系统的各种前端设备和系统软件都需要具有良好的可操作性，我们需要让一些具有初级计算机操作技术水平的管理者通过简单的培训方式就能够很好地掌握该系统的具体运行流程，以达到在日常值班中所需要的操作技术水平。7、易维护性门禁系统在其运行期间的定期维修应该尽量能够做到简便易行，比如当设备在需要运行的时候应只需打开电源就能进行工作，同时设备在维修的过程中应该不必使用太多的维修工具。对计算机的设备配置到整个系统进行维护都需要提前采取一些相应的认证措施，这样才能够做到尽量保证故障概率最小，在突发意外而发生问题时也能保证所有数据都能够得到保存及快速地恢复。（三）方案选择与设计1、设计方案白银乡小区门禁管理系统应用于大门门口和居民楼门口，它的数据分析服务器由物业进行管理，其数据进行实时同步并上传到服务器中，可以通过手机app或电脑客户端进行查看后台数据。人脸识别开锁的过程：将授权人员人脸信息导入服务器系统库中，给与大门及所住居民楼的权限，当已被授权人员进入识别摄像头的范围中，相机系统会自动捕捉画面，并将所捕获的面部信息与后台事先录入的面部识别信息在服务器端进行数据对比。若通过成功，则服务器会向门禁控制器下达开门指令，门禁控制器在接受到服务器开门指令后，电磁锁被控制器解锁，自动打开门，一段时间后控制器把电磁锁关闭，等待服务器下一个指令。后台系统会将所有通过时的图像进行保存，被授权人员可以通过登录客户端或app进行记录查询。系统也可以通过接触式读取方法控制，持卡人在读卡器上放上卡片进行感应，读卡器即可检测卡并将卡信息(卡号)发送给服务器，服务器检查卡片的权限，然后根据卡片的权限决定是否应打开门。只要IC卡有开门权限，服务器会向门禁控制器下达开门指令。通过IC卡开门方便安全，安全性高，使用寿命较长。读卡器在侧壁内外安装端口，通过通信适配器与服务器进行实时监控。白银乡小区一共有2个小区大门，每个大门有一个出入口，所以采用2个识别探头，2个刷卡器，2个电磁锁和2个出门开关。小区一共有8栋楼，每栋楼有20层，采用8个识别探头，8个刷卡器，8个电磁锁和8个出门开关。方案共采用10个识别探头，10个刷卡器，10个电磁锁和10个开门开关。门禁控制器电源需要保证电压稳定，功率足够，采用双滤波大电容可在长期高负载的情况下稳定持续工作，采用整流桥能够使电源更加稳定，散热性更好，采用电感设计，低频阻流作用，确保电流的稳定性，采用DC-DC带自保护芯片，使NC/NO保持12V稳定输出，并且用Mos管代替继电器，避免机械不良，大大减小了故障率。门禁控制器到读卡器之间用8芯屏蔽多股双绞网线，数据线Data1/Data0互为双绞，线径0.5平方毫米以上，最长不超过100米，屏蔽线接控制器的GND。门禁控制器到电磁锁之间的2芯电源线，超过50米的时候就要用线径大于1.0平方毫米的线或进行多股并联，或者将电源的输出电压加到14V。最长不超过100米，门禁控制器到开门按钮之间的2芯控制线，选用线径在1.0平方毫米以上的电源线。布线时必须套管，减少线路故障，防止漏电。布放线缆应该排列整齐，尽量减少线路不必要的交叉。图2：白银乡门禁管理系统图2、设备布放人脸识别摄像头所需要的环境选择光照充足的位置，但尽量避免室外环境，置于室内识别效果更佳。在设备安装的过程中要充分考虑到实地因素，控制安装的角度，高度，倾斜度符合当地环境。读卡器、出门按钮、电磁锁等设备等终端设备的安装位置应该符合实际情况，读卡器不能安装在金属物质上，应该紧贴主体墙面，保证四周没有任何缝隙，安装牢固。安装电磁锁之前应该核对锁具的规格、型号是否与其安装的位置、高度、门的种类和开关方向相适应，出门按钮应当布放在门内适中的高度。四、设备选型与清单（一）设备选型1、访问控制管理器控制管理器需要实行各种命令，所以要求性能好，运算速度快，可联动功能越多越好，操作便利。白银乡小区的门禁访问控制管理器采用ZKTeco的c3-100单门双向门禁控制器，其具有功能：多种的权限管理、实时门状态显示、远程开门、多种密码管理、卡+密码开门方式、消防报警及紧急开门、门长时间未关报警、非法卡刷卡报警、多门互锁、SD卡数据备份、TCP/IP485双通讯、同系统门禁机软件通用等。它采用高速32位400Mhz高速cpu配合32bits/ram256bits/Flash，内嵌Linux操作系统，大大简化了操作。采用以太网加RS485工业，总线双通讯技术，保证了通讯的可靠。图3：控制管理器2、电磁锁因为磁力锁是门禁管理最基础也是最重要的设备之一，需要高质量来保证它的可靠性，我选用KOB品牌的磁力锁。Kob磁力锁采用高强度铝合金制作，有250kg的强度，适用于木门、玻璃、金属门、有框玻璃门等的安装。使用内六角螺丝，配备专用的螺丝扳手，安全可靠，在锁上状态时外面的人也无法拆卸，十分安全保险。有12v/24v的电压可调，适应性更强，适用于多种场景，其全密封防水设计可以在室外露天场所使用，防水防雨，稳定耐用可以抵挡恶劣环境。图4：电磁锁3、服务器由于服务器需要响应各种操作指令，应该具有操作便捷强大的存储能力和通信能力，服务器的性能高低主要体现在运算能力的快慢、是否能长时间运行、外部数据吞吐能力等方面。白银乡小区门禁系统使用康海时代的NC608+型号的服务器，内置LINUX操作系统，使用便利；它能支持多种的工作模式实现串口设备立即联网功能；具有TCPServer、TCPClient和UDP等通用透明传输模式；支持串口服务器直接对联模式和反向终端模式并且附带windows平台下的管理系统；它具有1个10/100M自适应以太网端口而且内嵌15kvESD浪涌保护，其串口通信速率最高可达460.8kps。图5：服务器4、交换机交换机可以转发电信号，提供了许多网络互联功能。交换机能将网络分成小的冲突网域，提供更高的带宽。白银乡小区一共有8栋楼，每栋楼都设有面部识别管理系统，于每四栋楼设置一个交换机，一共设置两台。白银乡小区采用wanglink品牌型号为WOR-24FE-2GE-300w的交换机，此交换机拥有散热设计降温比普通交换机快，电源稳定最大供电功率高达30W，通过满载测试，能轻松应对各种突发性大流量功率增大的情况，安全性高。其芯片稳定低延迟、性能高，使用标准的POE设计，采用802.3af标准设计，使连接设备无需外接电源无需更改原有电线布局，从而使布线更为简单，施工便捷。图6：交换机5、ups电源门禁电源需要具备电压稳定，功率足够的基本条件，我选用的是GD5A门禁电源。它采用双滤波大电容结构，可在长期高负载的情况下稳定持续工作，采用整流桥能够使电源更加稳定，散热性更好，其低频阻流作用能确保电流的稳定性，采用DC-DC带自保护芯片代替7812，使NC/NO保持12V稳定输出，并且用Mos管代替继电器，避免机械不良，大大减小了故障率。电路板采用FR4玻纤电路板，可以起到防水、防潮、防腐烂的功能，使用寿命长；电路板波形质量好，无高频纹波干扰，可外接门禁专用遥控器，直接插线链接遥控模组，简单方便。每个电源交流电源接口和ups电池连接线都设计了保险丝装置，电压过高自动断电，充分保护电源不被烧坏，使用绝对安全。在变压器表面的绝缘油是由液体经过烘烤变成固体来起到固定填充变压器的铁架和铜片之间的缝隙作用，使产品散热加快。图7：电源6、出门开关白银乡小区采用的出门开关是市面上最常见的86型出门开关，其干净利落的造型和结实耐用的结构是较重要的部分，经过专业按键老化测试，此产品的耐用性得到了保障，采用精选阻燃材料防水防晒绝缘体远离触电危险，让产品更加安全，用户也放心，其夜光荧光条让住户夜晚也能方便出入。图8：出门开关7、刷卡器ZUCON103A型号的读卡器支持两种开门方式--密码开门和感应卡开门，其操作简单，抗金属屏蔽和读卡器相互干扰的能力强，拥有先进的预防死机电路设计，防浪涌自动保护，防错接自动保护。同时，刷卡器作为经常被使用的部件，该读卡器拥有防水设计，背面密封处理，使门禁读头达到防水效果。它的ABS工业级塑料外壳设计，橡胶键盘版面操作，手机工业级按键设计让读卡器有质朴和简洁的形象，同时内置微处理器，抗干扰能力强，稳定性和可靠性高。其次它的尺寸小反应快，可以适用于更多场景。图9：刷卡器8、人脸识别摄像头人脸识别摄像头最看重的参数是识别速度和图像清晰度以及识别准确率，我采用的是E5S摄像头，它拥有200w像素，可以同时识别50张脸，识别速度≤0.2s，准确率高达99%以上，拥有20000脸库的大容量，裸机支持15w条数据。它还可以红外感应智能补光在不太好的坏境也能正常工作，内嵌商城CNN算法，支持脱机离线也可以正常开关门。拥有无需停留，路过即可开门的优秀参数。图10：人脸识别摄像头（二）设备清单表11：设备清单表种类品牌数量访问控制管理器ZktecoC3-10010电磁锁KOBKT-L28010服务器康海时代NC608+1交换机Wanglink2UPS电源GD5A门禁电源10出门开关86型出门开关10刷卡器ZUCON103A读卡器10人脸识别摄像头T-vipo-E5S10五、系统安装与调试（一）系统设备的安装和配置1、人脸识别摄像头摄像机安装位置要根据当地情况适当调整安装摄像机位置；最好处于室内，有光照；摄像头设在通道正前方，安装摄像机过程中最佳安装位置为摄像机与采集人脸平行，或者高出一些；保持倾斜角度不要过大，采集人脸成功率及比对识别率将大大提高。调整角度、照射范围、焦距，人脸位于画面正中心，且人脸清晰；当人员走到摄像机有效采集距离时，灯光可有效的照射在人脸上。2、电磁锁第一步：我们先用准备好的螺丝刀打开电磁锁整体的盖板，然后再用六角工具扳手打开它的整个边板，如图(a)所示。第二步：将准备好的安装纸板沿着虚线折叠。按图(b)所示的方法将对折好的纸板放到要装锁的地方，然后把要打孔的位置用记号笔做上记号后再打孔。第三步：继铁板的固定，如图(c)所示：将准备好的两个内六角螺丝直接插入继铁板中，然后将橡胶垫圈放在两个金属垫圈之间，盖住内六角螺钉。将继电器板插入门上的三个孔中，从门的另一侧插入蘑菇头，然后用六角扳手锁紧门上的继电器板和边板。如图(c)所示：把边板用螺丝对准长条孔固定在先前就打完孔的门框上。需要注意的地方：边板与门不能锁得太死，需要一定的空隙让边板能够前后左右移动，利于后面安装位置的进一步修正。边板与继铁板的位置要合适，为了让使锁本体能和继铁板吸附牢固。如图(d)所示：固定锁体和边板：用半圆头螺钉锁紧边板后，再锁紧下半圆头螺钉，然后取下半圆头螺钉，在适当的位置钻孔以便后面的布线，最后用六边扳手将锁体连接到侧板上。第四步：我们按照说明书描写的教程去接线。第五步，如图(e)所示：盖上盖板，把柱体塞进锁主体的螺丝孔中。图(g)与(h)所示为典型的外开门外置式的安装式样。图12：电磁锁安装图3、门禁控制器门禁控制器的安装，将箱板、箱架与建筑表面紧密贴合，不能采用电焊或气焊方式与预埋管口焊接，门禁控制器的安装位置一般根据实地考察设计。门禁控制器的交流电源应单独接线，不能和信号线、低压直流电源线同管敷设。当安装一个壁挂式的控制器机盒时，需要先寻找合适的高度去钻孔，然后再埋入膨胀螺栓去固定。要求箱体的背板和墙面必须平齐，控制箱体的高度符合规定的设计要求。放置线缆时必须按照正确规划的路径铺放，整齐地摊铺不能用力拧结，最大限度地避免交叉，若不能避免这种交叉那么粗线就在下，细线就在上。在管内通多芯电缆时，线缆之间也不能发生任何扭曲。控制器箱至顶棚的走线应将管道埋在墙内或用铁管保护，进一步改善和提高安全性和防破坏性，安装好的电缆两端必须标示，屏蔽层都需要单端接地符合安全标准。安装时断开电源，请不要打开电源，防止连接时短路。在主机中安装控制器后连接电源。短头连接出门，查看指示灯的变化。将控制器添加到之前安装的软件，将安装序列号输入。检查能否正常使用。如果能够运行，继续安装读卡器，刷卡通过时检查能否在服务器形成记录。将锁与连接线相连，再次使用刷卡，看一下能否形成记录和锁是否能自动解开。图13：门禁控制器的安装4、数据服务器首先在安装操作系统之前，现在服务器上做个RAID5，保证系统出现错误时能及时修复。其次是门禁客户端的安装与配置。第一步：创建一个门禁登陆账户并设置成管理员权限。第二步：运行门禁客户端安装程序。第三步：给账户分配权限。5、以太网交换机太网交换机是基于以太网传输数据的交换机，以太网会使用共享总线型传输方式的局域网。以太网开关的各端口直接与主机连接，可以同时通过多个端口传输数据，使得每对通信主机独占通信介质来传输。先要分配空间，分配网段，最后配置完毕后测试交换机是否能正常使用。6、出门开关出门开关安装在门内侧，用于出门，一般装在门打开的一侧，安装高度一般在1.0m到1.4m之间，可与读卡器保持水平。7、刷卡器读卡器的安装应该和墙壁紧密贴合，四周无开口，读卡器要安装牢固，不能有晃动的空间。刷卡器连线接入门禁主机的对应信号端一般接4个端口：（12V、GND、DATA0、DATA1)。8、综合布线根据整个门禁系统的功能特征可将系统分为两个部分：系统管线和局部管线。系统管线包括各个控制器之间连接的管线以及电源线；局部管线包括控制器和读卡器、电磁锁和出门开关之间的管线。线缆布放前应该仔细核对规格，严格按照程序铺放，查看线缆位置是否与设计规定符合。布放的线缆应该要整齐平直，不能扭绞在一起或打圈，布放的位置不应该会受到外力挤压或损伤。在线缆布放前，线缆两端应该贴上标签用来标识起始点和末端，标签清晰字迹端正。电源线和信号电缆以及双绞线缆、光缆应该和建筑物内的弱电线缆互相分离铺放。布放线缆应该留有冗余，双绞线缆一般预留3~6m的长度，如有特殊地区按照特殊要求铺放。（二）系统调试1、运行前调试（1）确认门禁管理系统设备各个部件都已安装完成。（2）仔细检查系统每个部件，阅读相应的资料，流程严格按操作规范进行。2、系统调试（1）启动服务器，观察管理系统是否能够正常运行。（2）进行测试，查看管理器