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(shí)，需要單獨(dú)布線，抗干擾能力差，而且還占用上層管理計(jì)算機(jī)的硬件資源等，不僅施工工程量大，也給門禁用戶帶來(lái)諸多不便。特別是一些門禁現(xiàn)場(chǎng)(如實(shí)驗(yàn)室、高檔寫(xiě)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(jìn)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(dāng)今時(shí)代，如何利用以太網(wǎng)改造傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室門禁考勤系統(tǒng)，以組建大范圍遠(yuǎn)程分布式控制門禁系統(tǒng)成為一個(gè)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(yuǎn)程分布式門禁考勤系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)下位PC機(jī)存儲(chǔ)進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室人員的數(shù)據(jù)，將傳統(tǒng)的門禁控制器與上層管理計(jì)算機(jī)之間的通信轉(zhuǎn)變?yōu)橄挛籔C機(jī)與上層管理計(jì)算機(jī)之間的進(jìn)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(wèn)題的時(shí)候保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

該實(shí)驗(yàn)室門禁考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的是實(shí)現(xiàn)人員出入控制、考勤數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和信息查詢過(guò)程的自動(dòng)化;方便人員進(jìn)出開(kāi)鎖與報(bào)到，方便管理人員統(tǒng)計(jì)、考核實(shí)驗(yàn)室人員出勤情況，方便教學(xué)人員查詢、考核各班級(jí)出勤率。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可以稍加裁剪改造為適于智能小區(qū)、公園景點(diǎn)、多校區(qū)圖書(shū)館等多種不同場(chǎng)合的大范圍分布式遠(yuǎn)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(shí)驗(yàn)時(shí)間保存實(shí)驗(yàn)室人員刷卡的時(shí)間和卡號(hào)信息;非上實(shí)驗(yàn)時(shí)間有人刷卡時(shí)檢驗(yàn)卡是否有效、是否在允許進(jìn)出的時(shí)間段，卡有效且在允許的時(shí)間段則控制電磁門鎖開(kāi)關(guān)打開(kāi)門，并保存此進(jìn)出記錄，否則發(fā)出報(bào)警提示信息。根據(jù)學(xué)生所在系別的不同，該系統(tǒng)可識(shí)別不同類別的卡，控制不同使用者的允許進(jìn)出的時(shí)間及允許進(jìn)出的位置。可以完成制卡操作，也可對(duì)失效或遺失的IC卡進(jìn)行掛失，防止過(guò)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(jì)和自動(dòng)生成報(bào)表等功能，方便管理人員按部門或日期查詢統(tǒng)計(jì)學(xué)生出勤、請(qǐng)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(kù)產(chǎn)品存儲(chǔ)。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(shí)時(shí)準(zhǔn)確的返回整個(gè)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(jìn)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(shí)，網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)進(jìn)行多次校驗(yàn)和重發(fā)，這就影響了整個(gè)門禁系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。另外，在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，如HUB或交換機(jī)斷電、網(wǎng)線斷開(kāi)等原因?qū)е麻T禁控制器與上層管理計(jì)算機(jī)的通信中斷時(shí)，整個(gè)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(gè)臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，用于臨時(shí)存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)室人員進(jìn)出、考勤記錄，臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)可以使用Access之類的小型數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品。這樣在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障的時(shí)候就可以臨時(shí)使用單元門禁考勤端的數(shù)據(jù)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3系統(tǒng)組成和模塊功能

每個(gè)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(yǔ)音電路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、RS 232接口電路以及下位PC機(jī)組成。單元門禁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

可根據(jù)實(shí)際情況由若干單元門禁系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)組成一個(gè)完整的遠(yuǎn)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(gè)只讀的識(shí)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(yán)格，絕無(wú)仿冒的可能。如果卡遺失，可以及時(shí)安全掛失。IC卡與感應(yīng)器之間無(wú)機(jī)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(wú)裸露的IC芯片，無(wú)需擔(dān)心芯片脫落、靜電擊穿、彎曲損傷或油污等因素。整個(gè)系統(tǒng)采用質(zhì)量可靠的進(jìn)口元器件，并采用多種保護(hù)方案，從而保證了系統(tǒng)運(yùn)行的高可靠性;

(3)抗干擾性強(qiáng)，允許同時(shí)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(kuò)展性強(qiáng)，可以隨時(shí)擴(kuò)展使用單元或者其他一卡通功能模塊。讀卡器：通過(guò)射頻感應(yīng)原理，識(shí)別感應(yīng)卡內(nèi)置加密卡號(hào)[5]?？稍谝院蟾鶕?jù)需要采用指紋識(shí)別、條形碼、人臉識(shí)別等技術(shù)方便的升級(jí)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(lái)新開(kāi)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(dú)立控制4，8個(gè)門點(diǎn)。在門禁系統(tǒng)中，他負(fù)責(zé)射頻卡識(shí)別、信息存儲(chǔ)、門鎖監(jiān)控、防盜報(bào)警等主要作用，是門禁系統(tǒng)工程中重要的組成部分。通過(guò)RS 485總線，可將3750個(gè)門禁控制器組成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)，最多可管理30000個(gè)門點(diǎn)。每個(gè)門點(diǎn)都有獨(dú)自的CPU、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘、控制與識(shí)別電路，可獨(dú)立完成身份識(shí)別、信息存儲(chǔ)、門禁控制等任務(wù)，不受控制計(jì)算機(jī)關(guān)機(jī)影響。聯(lián)計(jì)算機(jī)時(shí)，門禁控制器新產(chǎn)生數(shù)據(jù)全部或部分通過(guò)管理軟件自動(dòng)或手動(dòng)上傳到計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行二次備份。使門禁控制器運(yùn)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(gè)門點(diǎn)，內(nèi)外各安裝一讀卡器，對(duì)人員進(jìn)與出實(shí)行監(jiān)控)，特別適用于重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的安全管理。MP2004/2008控制器設(shè)有門點(diǎn)監(jiān)視模塊，可實(shí)時(shí)監(jiān)視各個(gè)門點(diǎn)狀態(tài)，提示當(dāng)前進(jìn)出人員工號(hào)、姓名、出入地點(diǎn)等相關(guān)信息。MP2000門禁控制器防竊報(bào)警模塊，對(duì)門禁系統(tǒng)破門事件進(jìn)行告警提示。

3.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)

包括"控制與驅(qū)動(dòng)電路"、"電動(dòng)機(jī)"、"減速器"、"執(zhí)行機(jī)構(gòu)"4部分。"控制與驅(qū)動(dòng)電路"接受來(lái)自單片機(jī)系統(tǒng)的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止;驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)經(jīng)"減速器"變換為慢轉(zhuǎn)速輸出;再驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)門開(kāi)或關(guān);門的開(kāi)關(guān)狀態(tài)反饋給單片機(jī)系統(tǒng)。

3.4 下位PC機(jī)

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(jī)，通過(guò)設(shè)置下位PC機(jī)，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(jī)的功能包括根據(jù)上位機(jī)指令控制單元門禁、臨時(shí)存儲(chǔ)人員數(shù)據(jù)、與上位PC機(jī)通訊完成考勤功能等。

控制單元門禁 下位PC機(jī)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?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果本地?cái)?shù)據(jù)中存有持卡人合法信息，則無(wú)需在與上位機(jī)進(jìn)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(shí)間;如果下位PC機(jī)中沒(méi)有持卡人信息，則需通過(guò)以太網(wǎng)與上位PC機(jī)通訊，上位PC機(jī)處理完持卡人信息之后傳回控制信息，最后由下位PC機(jī)向單元門禁控制器發(fā)送指令。

臨時(shí)存儲(chǔ)器 下位PC機(jī)使用Access等小型數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)單元門禁考勤系統(tǒng)讀取的數(shù)據(jù)，因?yàn)橄挛籔C機(jī)只是分布式門禁考勤系統(tǒng)的一個(gè)終端，所需存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不及上位PC機(jī)多，并且考慮到成本，下位PC機(jī)的性能也不如上位PC機(jī)，所以存儲(chǔ)單元門禁考勤系統(tǒng)的數(shù)據(jù)時(shí)只需小型數(shù)據(jù)庫(kù)就可以滿足要求。臨時(shí)存儲(chǔ)器在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊出現(xiàn)故障的時(shí)候可以比較好地保障單元門禁考勤系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，因?yàn)榕R時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中保存了大部分該單元以前進(jìn)出的持卡人信息，所以下位PC機(jī)大多數(shù)情況下無(wú)需與上位PC機(jī)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(jī)負(fù)責(zé)與上位PC機(jī)之間進(jìn)行定期的通訊，負(fù)責(zé)將單元端讀取的數(shù)據(jù)發(fā)送回上位PC機(jī)以完成實(shí)驗(yàn)室人員上機(jī)考勤功能。

{{分頁(yè)}}

3.5 上位管理PC機(jī)

由"PC機(jī)"、"打印機(jī)"、"發(fā)卡機(jī)"組成。上位PC機(jī)完成用戶管理、發(fā)卡管理、退卡管理、訪問(wèn)權(quán)限設(shè)置、黑名單處理、通過(guò)以太網(wǎng)與門禁控制器交換數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、考勤管理等功能。PC機(jī)安裝數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和考勤管理軟件，下位PC機(jī)上采集考勤數(shù)據(jù)、對(duì)考勤數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括設(shè)置權(quán)限、掛失、讀取考勤機(jī)內(nèi)記錄、進(jìn)行數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)和查詢，生成各種報(bào)表等。 打印機(jī)打印各種報(bào)表;

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

4系統(tǒng)軟件實(shí)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(duì)企業(yè)人員進(jìn)出權(quán)限(人員進(jìn)出、進(jìn)出時(shí)間、進(jìn)出地點(diǎn))等進(jìn)行科學(xué)管理?？赏ㄟ^(guò)管理軟件對(duì)任意門點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)備狀態(tài)自檢，降低人員維護(hù)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(jī)控制、門禁控制、進(jìn)出記錄和考勤統(tǒng)計(jì)[6]。

本系統(tǒng)軟件包括如圖3的功能模塊：

5 結(jié) 語(yǔ)

本系統(tǒng)已投入湖南科技學(xué)院實(shí)際運(yùn)行，穩(wěn)定可靠、實(shí)時(shí)性強(qiáng)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(yuǎn)程控制門禁考勤系統(tǒng)。門禁考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)使得考勤數(shù)據(jù)采集、處理，數(shù)據(jù)維護(hù)，手動(dòng)更改數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)查詢，自動(dòng)生成各種報(bào)表等考勤管理工作變得方便迅捷，對(duì)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(kuò)展性和兼容性、更快的識(shí)別處理速度和更高的系統(tǒng)穩(wěn)定性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中充分運(yùn)用了軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的思想，各部分盡量采用模塊化設(shè)計(jì)，可以稍加裁剪改造為適于智能小區(qū)、多校區(qū)圖書(shū)館等多種不同場(chǎng)合的分布式遠(yuǎn)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(jì)