摘? 要: 一種基于Intranet的分布式門禁管理系統的設計方法。
關鍵詞: 門禁? IC卡? 多層分布式
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隨著國民經濟的發展和科學技術水平的不斷提高,智能住宅小區和智能大廈建設已成為一種趨勢。門禁系統作為智能住宅小區和智能大廈的一個重要組成部分,主要是在建筑物內的重要管理區的出入口、電梯廳、主要設備控制中心機房、貴重物品庫房等重要部位的通道口安裝門磁開門、電控鎖或讀卡器等門禁控制裝置,實現對各通道的人員進出管理,限制未授權人員進出特定區域,實時監控各通道的情況。同時詳細記錄人員進出資料,為考勤系統提供進出數據,也為保安、防盜及事故調查、分析等提供有力的證據。
門禁系統的發展經歷了由單一密碼鍵盤門禁系統、接觸式IC卡門禁系統、非接觸式IC卡門禁系統,到現在最新的生物識別門禁系統。單一密碼鍵盤和接觸式IC卡門禁系統由于技術、可靠性、方便性等方面的原因,目前已基本被淘汰。最新的生物識別門禁系統,如指紋、掌紋、視網膜、聲音、面相等,由于技術上還需要不斷完善,加上價格高昂,未能得到普及。而非接觸式IC卡門禁系統由于技術成熟、價格低廉、使用方便等優異的性能,目前獲得廣泛的應用。
某智能大廈的600多個門區分布在25層的大廈中。大廈中已有Intranet網絡,要求對所有門進行統一管理,人員進出資料記錄統一進入同一數據庫,以便考勤及查詢。并且在任何一臺工作站上都能根據操作員權限對各門區的控制數據進行設置、修改,查看各門的狀態、進出記錄等。為此,本文采用了一種基于Intranet的分布式結構,很好地滿足了所有要求。
1?系統結構
系統采用多層分布式計算機控制方案,將所有門禁控制器組成一個大型網絡,而且可以隨時進行擴充,其組成如圖1所示。數據庫服務器、應用程序服務器、客戶機等組成中心計算機管理系統,分布在大廈的不同位置。門禁控制器、讀卡機、電鎖等組成現場控制子系統。每個門禁控制器可控制4個門,門禁控制器與讀卡機及客戶機之間均采用485總線連接。由于485總線可帶的節點數有限,一般為64個節點,考慮到工作穩定性,一般只使用80%,所以每臺客戶機上最多只連接40臺門禁控制器。各門禁控制器可就近連接到客戶機上。這樣構成的系統不但結構靈活,而且對控制器的擴充非常容易。
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2?門禁控制器的設計
每個門禁控制器相當于一個智能節點,它能獨立完成門狀態檢測、讀卡、對該卡的權限進行判斷、執行開鎖或報警、數據存儲等一系列的操作。同時,通過網絡將刷卡記錄數據或門狀態信息及時傳遞到數據庫服務器,以便查詢或考勤之用。每個門禁控制器最多可以控制4個門。
門禁控制器主電路采用Winbond公司的W78E58單片機作CPU,即常用的MCS-51系列CPU,它具有良好的溫度特性和穩定性。內置32KB電可擦除及可編程的EPROM和256BRAM,具有3個16位計數器和一個標準的串行通信口,可尋址64KB數據存儲空間[1]。門禁控制器硬件框圖如圖2所示。這里CPU的P0和P2口作為地址數據總線連接LCD。通過擴充I/O口連接鍵盤及電鎖控制和門狀態檢測電路;通過分塊方法,利用P1.7作為存貯塊選擇,擴充128KB的靜態RAM,并采用備份電池,可存儲6000張卡片、7000條刷卡記錄及各種控制數據。每張卡可設置一個4位數字的密碼,以實現卡加密碼開門功能。刷卡記錄包括卡號、時間及事件。控制數據包括分組數據、時間段數據、門參數及假日數據等,以實現對不同的人員按不同的時間段進行開門控制。控制器與IC卡讀卡機之間采用485總線方式進行通信,RS-485總線作為一種簡易、廉價的通信技術,其收發器采用平衡驅動和差分接收,具有抑制共模干擾的能力。RS-485接收器靈敏度可達±200mV,因而大大提高了通信距離。在100kbps速率下電纜長度可達1200m。RS-485總線上允許帶多個驅動器和接收器,用于構建多點通信網絡。由于RS-485總線具有設備簡單、價格低廉、能進行長距離通信的特點,故在工程中得到了廣泛的應用。控制器與PC間也采用485總線連接,在PC端采用RS-485/RS-232轉換器與PC的串行口連接。由于CPU只有一個標準串行通信口,因此,這里利用通用I/O口模擬了一個串行通信口。時鐘電路提供準確的實時時鐘,以進行時段管制及為刷卡記錄提供刷卡時間。看門狗電路則可較好地防止程序受到外界干擾時發生錯亂。系統供電采用UPS不間斷電源,通過本地交流市電或總線集中方式直流供應,并使用了多種抗電源干擾措施,如瞬變抑制二極管等,以有效減少電網快速瞬變和浪涌沖擊,而且在斷電后能連續供電24小時,保證了門禁控制器正常工作。
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3?管理軟件的設計
管理軟件基于Windows環境,前臺采用Delphi語言[2]開發,后臺采用SQL Server2000數據庫[3]。軟件結構采用多層分布式(Multi-Tier)數據庫應用系統。理論上多層數據庫應用系統可以有任意層,但是目前得到公認的最適用、最流行的結構是三層結構,如圖3所示。三層結構把數據庫應用系統分成三個邏輯層次:客戶端應用程序、應用程序服務器和數據庫服務器。與傳統的二級C/S應用系統相比,多層數據庫應用系統具有如下優點:(1)企業規則封裝在中間層以提高系統的靈活性。這里所謂中間層是指應用程序服務器。因為不同的客戶端程序可以存取相同的應用程序,因此可以將原本每一個客戶端程序所需要撰寫的企業規則封裝在應用程序服務器中。這不但能減少重復工作,也可以提高系統的靈活性。(2)瘦客戶端程序節省系統維護成本。因為存取數據庫的重大責任交由應用程序服務器完成,因此客戶端應用程序就不需要安裝、設置或連接數據庫的軟件。從而客戶端程序就可以分布在企業或Internet上的任何一個角落。(3)數據的分布處理。通過對原有的二層系統結構重新切割并組合,不但可以改進系統的整體執行效率、負載平衡,并且可以實現分布式計算的理想。(4)提高系統的安全性。在多層系統結構中,可以將較為機密或敏感的功能封裝在中間層,并可以通過不同的連接方式給予不同的限制條件,以提高系統安全的靈活性與整體性。
客戶端程序框圖如圖4所示。
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其功能描述如下:
(1)設備管理。對系統中所有的控制器進行設置(包括每個控制器所連接的PC的IP地址,所控制的門的位置等),以便將所有控制器連接成為一個網絡,并進行統一管理。正確設置這些參數后,在網絡中任何一臺PC上可對某個門進行遠程控制。此時,通過該門所屬控制器連接的PC的IP地址,發送相應的控制信息即可實現。
(2)卡號管理。對系統中的所有卡進行管理,包括發卡、刪除卡、查詢使用情況等。卡號的輸入可以從讀卡機上直接讀取,也可以從鍵盤輸入,或從先前存入的文件中讀取。
(3)時段管理。主要設置一些預定義的時間段,決定在一天中可以開門或禁止開門的時間段。這些設置在人員管理中可分配給不同的人群。
(4)假日管理。主要設置一年中所有假日,并可以為每個假日設置一個開門時間段。這些設置也是在人員管理中分配給不同的人群。
(5)人員管理。這是系統的核心,包括輸入人員基本信息,例如:姓名、所屬部門、職務等;為每位人員分配1個卡號,該卡號從卡號管理中輸入系統的所有卡中選擇。當1個卡號分配給某人后,將該卡標記為已使用,不能再分配給其他人,以保證卡號與人員的一一對應關系;設置該人員的權限,例如:對哪些門有開門權限,在哪些時段可以開門,刷卡后是否需要密碼,是否受假日控制,是否具有反潛回功能。所謂反潛回功能即對某些重要區域在進入后必須出來方可再次進入,這樣也可以防止某些無權限的人跟隨進入這些區域。所有這些設置完成后,通過下傳命令將這些設置數據傳送到對應的控制器中,由控制器獨立完成控制操作。
(6)進出記錄管理。記錄每個門的詳細進出記錄。包括刷卡卡號、持卡人姓名、刷卡時間、刷卡位置、事件等。事件指授權卡有效刷卡、授權卡在非授權時段刷卡、授權卡在非授權門區刷卡、非法卡刷卡、強行開門、開門超時未關等。這些記錄為考勤系統提供了詳細數據,也為事故調查、分析提供了有力的證據。
(7)門狀態監控。采用電子地圖的方式對各門區狀態實行實時監控。首先將各門的位置在電子地圖上進行標注,并正確設置好門的有關位置參數。當持卡人在某門刷卡開門時,客戶端程序將實時采集到該條信息,將該門對應的電子地圖調出顯示在屏幕上,在該門的位置顯示閃爍的門圖標,同時在屏幕底端顯示該卡的有關信息,例如:持卡人姓名、部門、刷卡時間、位置等。在電子地圖上還可以直接對門進行遠程控制,如選擇某門,在進行操作權限驗證后,可對該門實現遠程開門、長期開門、長期鎖門等。
(8)查詢報表主要對各種數據進行組合查詢,并打印報表資料,以便核對保存。
(9)系統參數設置用于對系統的各種參數進行設置,以保證系統正常可靠工作。
4? 結束語
本系統采用多層分布式系統結構,不但提高了系統的靈活性、可擴充性,同時也使系統的可靠性、安全性得到了充分的保證。該門禁系統已成功應用于某智能大廈,并正準備應用于另外幾個項目。實踐表明,系統具有用戶界面友好,操作方便快捷,功能強大,運行穩定可靠的功能。應用本系統極大地提高了大廈的智能化程度及管理水平,收到了良好的效果。
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參考文獻
1? 何立民.單片機應用系統設計.北京:北京航空航天大學出版社,1990
2? 林金霖.Delphi 5實務經典.北京:中國鐵道出版社,2001
3? 劉賽錦.Transact-SQL實例大全.北京:國防工業出版社,2002