l 引 言

傳統(tǒng)的門禁系統(tǒng)中門禁控制器之間通信大多采用RS 232，RS 422，RS 485或光電隔離環(huán)等串行通信技術(shù)[1，2]。在安裝門禁系統(tǒng)時，需要單獨布線，抗干擾能力差，而且還占用上層管理計算機的硬件資源等，不僅施工工程量大，也給門禁用戶帶來諸多不便。特別是一些門禁現(xiàn)場(如實驗室、高檔寫字樓、智能小區(qū)等)建筑物的裝修和綜合布線已經(jīng)完成，不允許進行重新布線，這就更限制了傳統(tǒng)門禁的應(yīng)用領(lǐng)域。在網(wǎng)絡(luò)得到廣泛應(yīng)用的當今時代，如何利用以太網(wǎng)改造傳統(tǒng)實驗室門禁考勤系統(tǒng)，以組建大范圍遠程分布式控制門禁系統(tǒng)成為一個迫切需要解決的課題[3]。在此，本文提出了一種便于安裝、不必重新布線、基于現(xiàn)有以太網(wǎng)的遠程分布式門禁考勤系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過下位PC機存儲進出實驗室人員的數(shù)據(jù)，將傳統(tǒng)的門禁控制器與上層管理計算機之間的通信轉(zhuǎn)變?yōu)橄挛籔C機與上層管理計算機之間的進行批量數(shù)據(jù)的通信，提高了門禁考勤的處理速度，并且在網(wǎng)絡(luò)通訊出現(xiàn)問題的時候保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

該實驗室門禁考勤系統(tǒng)的設(shè)計目的是實現(xiàn)人員出入控制、考勤數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和信息查詢過程的自動化;方便人員進出開鎖與報到，方便管理人員統(tǒng)計、考核實驗室人員出勤情況，方便教學(xué)人員查詢、考核各班級出勤率。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，可以稍加裁剪改造為適于智能小區(qū)、公園景點、多校區(qū)圖書館等多種不同場合的大范圍分布式遠程門禁考勤系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)功能

門禁考勤系統(tǒng)在規(guī)定的實驗時間保存實驗室人員刷卡的時間和卡號信息;非上實驗時間有人刷卡時檢驗卡是否有效、是否在允許進出的時間段，卡有效且在允許的時間段則控制電磁門鎖開關(guān)打開門，并保存此進出記錄，否則發(fā)出報警提示信息。根據(jù)學(xué)生所在系別的不同，該系統(tǒng)可識別不同類別的卡，控制不同使用者的允許進出的時間及允許進出的位置。可以完成制卡操作，也可對失效或遺失的IC卡進行掛失，防止過期或者丟失的卡被繼續(xù)使用，以有效地控制門禁。系統(tǒng)的總服務(wù)器端的管理軟件，可完成查詢、統(tǒng)計和自動生成報表等功能，方便管理人員按部門或日期查詢統(tǒng)計學(xué)生出勤、請假等各種記錄，這些記錄可由SQL Server 2000或Oracle 9i等大型數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品存儲。本文系統(tǒng)的單元門禁考勤端比其他現(xiàn)有的基于以太網(wǎng)的分布式門禁系統(tǒng)具有更多的功能，門禁考勤系統(tǒng)需要實時準確的返回整個單元系統(tǒng)端的讀卡數(shù)據(jù)，但基于以太網(wǎng)的門禁考勤系統(tǒng)人員進出登記和考勤登記速度依賴于網(wǎng)絡(luò)的通訊性能，而網(wǎng)絡(luò)的性能是不穩(wěn)定的，在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不好或出現(xiàn)數(shù)據(jù)堵塞時，網(wǎng)絡(luò)自動進行多次校驗和重發(fā)，這就影響了整個門禁系統(tǒng)的實時性能。另外，在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，如HUB或交換機斷電、網(wǎng)線斷開等原因?qū)е麻T禁控制器與上層管理計算機的通信中斷時，整個系統(tǒng)就不能很好的工作，本文在單元門禁考勤端增加了一個臨時數(shù)據(jù)庫，用于臨時存儲實驗室人員進出、考勤記錄，臨時數(shù)據(jù)庫可以使用Access之類的小型數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。這樣在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障的時候就可以臨時使用單元門禁考勤端的數(shù)據(jù)，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3系統(tǒng)組成和模塊功能

每個單元門禁考勤系統(tǒng)由非接觸式IC卡讀卡器、門禁控制器、液晶顯示模塊、語音電路、執(zhí)行機構(gòu)、RS 232接口電路以及下位PC機組成。單元門禁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

可根據(jù)實際情況由若干單元門禁系統(tǒng)通過以太網(wǎng)組成一個完整的遠程分布式智能控制門禁系統(tǒng)。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

3.1 非接觸式IC卡及讀卡器

非接觸式IC卡特性如下[4]：

(1)非接觸感應(yīng)卡，使用方便，感應(yīng)速度快(50 ms左右)，感應(yīng)距離可以選擇5～10 cm;

(2)感應(yīng)卡便于攜帶，安全耐用不易磨損。感應(yīng)卡的芯片內(nèi)都有一個只讀的識別碼，這使得復(fù)制成為不可能。而且授權(quán)系統(tǒng)密碼管理嚴格，絕無仿冒的可能。如果卡遺失，可以及時安全掛失。IC卡與感應(yīng)器之間無機械接觸，避免了由于接觸而產(chǎn)生的各種故障，并且提高了卡片的使用壽命。而且由于無裸露的IC芯片，無需擔心芯片脫落、靜電擊穿、彎曲損傷或油污等因素。整個系統(tǒng)采用質(zhì)量可靠的進口元器件，并采用多種保護方案，從而保證了系統(tǒng)運行的高可靠性;

(3)抗干擾性強，允許同時多卡操作，能在各種惡劣的工作條件下使用，比磁卡和接觸式IC卡更讓管理人員放心;

(4)系統(tǒng)可擴展性強，可以隨時擴展使用單元或者其他一卡通功能模塊。讀卡器：通過射頻感應(yīng)原理，識別感應(yīng)卡內(nèi)置加密卡號[5]?？稍谝院蟾鶕?jù)需要采用指紋識別、條形碼、人臉識別等技術(shù)方便的升級替換該讀卡模塊。

3.2 門禁控制器

MP 2000系列網(wǎng)絡(luò)門禁控制器是MicroPower公司近年來新開發(fā)的綜合網(wǎng)絡(luò)門禁控制器，分別有MP2004，MP2008兩款門禁控制器，分別可獨立控制4，8個門點。在門禁系統(tǒng)中，他負責射頻卡識別、信息存儲、門鎖監(jiān)控、防盜報警等主要作用，是門禁系統(tǒng)工程中重要的組成部分。通過RS 485總線，可將3750個門禁控制器組成一個控制網(wǎng)絡(luò)，最多可管理30000個門點。每個門點都有獨自的CPU、存儲器、時鐘、控制與識別電路，可獨立完成身份識別、信息存儲、門禁控制等任務(wù)，不受控制計算機關(guān)機影響。聯(lián)計算機時，門禁控制器新產(chǎn)生數(shù)據(jù)全部或部分通過管理軟件自動或手動上傳到計算機內(nèi)進行二次備份。使門禁控制器運行更加穩(wěn)定可靠。

MP2000系列網(wǎng)絡(luò)門禁控制器具有互鎖功能(一個門點，內(nèi)外各安裝一讀卡器，對人員進與出實行監(jiān)控)，特別適用于重點實驗室的安全管理。MP2004/2008控制器設(shè)有門點監(jiān)視模塊，可實時監(jiān)視各個門點狀態(tài)，提示當前進出人員工號、姓名、出入地點等相關(guān)信息。MP2000門禁控制器防竊報警模塊，對門禁系統(tǒng)破門事件進行告警提示。

3.3執(zhí)行機構(gòu)

包括"控制與驅(qū)動電路"、"電動機"、"減速器"、"執(zhí)行機構(gòu)"4部分。"控制與驅(qū)動電路"接受來自單片機系統(tǒng)的信號，驅(qū)動電動機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止;驅(qū)動電動機經(jīng)"減速器"變換為慢轉(zhuǎn)速輸出;再驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)帶動門開或關(guān);門的開關(guān)狀態(tài)反饋給單片機系統(tǒng)。

3.4 下位PC機

本文系統(tǒng)與現(xiàn)有其他基于以太網(wǎng)的分布式門禁考勤系統(tǒng)不同之一在于本系統(tǒng)中的下位PC機，通過設(shè)置下位PC機，可以使得本文系統(tǒng)具有更高的刷卡速度、更高的系統(tǒng)穩(wěn)定性。下位PC機的功能包括根據(jù)上位機指令控制單元門禁、臨時存儲人員數(shù)據(jù)、與上位PC機通訊完成考勤功能等。

控制單元門禁 下位PC機接收單元門禁控制器讀取的人員數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)首先與本地數(shù)據(jù)庫中存儲的數(shù)據(jù)進行比較，如果本地數(shù)據(jù)中存有持卡人合法信息，則無需在與上位機進行通訊，直接向單元門禁控制器發(fā)送指令，這樣可以減少單元門禁與系統(tǒng)服務(wù)期端的通訊量，節(jié)省了用戶的刷卡時間;如果下位PC機中沒有持卡人信息，則需通過以太網(wǎng)與上位PC機通訊，上位PC機處理完持卡人信息之后傳回控制信息，最后由下位PC機向單元門禁控制器發(fā)送指令。

臨時存儲器 下位PC機使用Access等小型數(shù)據(jù)庫存儲單元門禁考勤系統(tǒng)讀取的數(shù)據(jù)，因為下位PC機只是分布式門禁考勤系統(tǒng)的一個終端，所需存儲的數(shù)據(jù)不及上位PC機多，并且考慮到成本，下位PC機的性能也不如上位PC機，所以存儲單元門禁考勤系統(tǒng)的數(shù)據(jù)時只需小型數(shù)據(jù)庫就可以滿足要求。臨時存儲器在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊出現(xiàn)故障的時候可以比較好地保障單元門禁考勤系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，因為臨時數(shù)據(jù)庫中保存了大部分該單元以前進出的持卡人信息，所以下位PC機大多數(shù)情況下無需與上位PC機通訊就可以很好的控制單元門禁考勤系統(tǒng)。

考勤功能 下位PC機負責與上位PC機之間進行定期的通訊，負責將單元端讀取的數(shù)據(jù)發(fā)送回上位PC機以完成實驗室人員上機考勤功能。

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3.5 上位管理PC機

由"PC機"、"打印機"、"發(fā)卡機"組成。上位PC機完成用戶管理、發(fā)卡管理、退卡管理、訪問權(quán)限設(shè)置、黑名單處理、通過以太網(wǎng)與門禁控制器交換數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫管理、考勤管理等功能。PC機安裝數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和考勤管理軟件，下位PC機上采集考勤數(shù)據(jù)、對考勤數(shù)據(jù)進行處理，包括設(shè)置權(quán)限、掛失、讀取考勤機內(nèi)記錄、進行數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計和查詢，生成各種報表等。 打印機打印各種報表;

發(fā)卡機接收PC機指令，為用戶發(fā)放IC卡。發(fā)卡機本身也是一個IC卡接口設(shè)備，通過：RS 232串口與PC機通訊。

4系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

系統(tǒng)管理軟件是利用MP2000系列門禁控制器配合MpOffice2003的門禁管理系統(tǒng)，可對企業(yè)人員進出權(quán)限(人員進出、進出時間、進出地點)等進行科學(xué)管理。可通過管理軟件對任意門點進行遠程設(shè)備狀態(tài)自檢，降低人員維護成本，提高整體效力功能全面，用戶界面友好。功能模塊包括：系統(tǒng)設(shè)置、考勤機控制、門禁控制、進出記錄和考勤統(tǒng)計[6]。

本系統(tǒng)軟件包括如圖3的功能模塊：

5 結(jié) 語

本系統(tǒng)已投入湖南科技學(xué)院實際運行，穩(wěn)定可靠、實時性強且充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，不必重新布線，利用傳統(tǒng)的基于RS 232/485門禁系統(tǒng)快速改造為大范圍分布式遠程控制門禁考勤系統(tǒng)。門禁考勤系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)使得考勤數(shù)據(jù)采集、處理，數(shù)據(jù)維護，手動更改數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計查詢，自動生成各種報表等考勤管理工作變得方便迅捷，對智能門禁考勤系統(tǒng)的推廣有重要意義。本文系統(tǒng)在性能方面表現(xiàn)優(yōu)良，與傳統(tǒng)的門禁考勤系統(tǒng)相比具有更好的可擴展性和兼容性、更快的識別處理速度和更高的系統(tǒng)穩(wěn)定性。系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)過程中充分運用了軟硬件協(xié)同設(shè)計的思想，各部分盡量采用模塊化設(shè)計，可以稍加裁剪改造為適于智能小區(qū)、多校區(qū)圖書館等多種不同場合的分布式遠程控制智能門禁考勤系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞： 門禁 控制器 IC EDA IC設(shè)計