實(shí)驗室門(mén)禁考勤系統的設計

　　l 引 言

　　傳統的門(mén)禁系統中門(mén)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(mén)禁系統時(shí)，需要單獨布線(xiàn)，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(mén)禁用戶(hù)帶來(lái)諸多不便。特別是一些門(mén)禁現場(chǎng)(如實(shí)驗室、高檔寫(xiě)字樓、智能小區等)建筑物的裝修和綜合布線(xiàn)已經(jīng)完成，不允許進(jìn)行重新布線(xiàn)，這就更限制了傳統門(mén)禁的應用領(lǐng)域。在網(wǎng)絡(luò )得到廣泛應用的當今時(shí)代，如何利用以太網(wǎng)改造傳統實(shí)驗室門(mén)禁考勤系統，以組建大范圍遠程分布式控制門(mén)禁系統成為一個(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(xiàn)、基于現有以太網(wǎng)的遠程分布式門(mén)禁考勤系統，該系統通過(guò)下位PC機存儲進(jìn)出實(shí)驗室人員的數據，將傳統的門(mén)禁控制器與上層管理計算機之間的通信轉變?yōu)橄挛籔C機與上層管理計算機之間的進(jìn)行批量數據的通信，提高了門(mén)禁考勤的處理速度，并且在網(wǎng)絡(luò )通訊出現問(wèn)題的時(shí)候保證了系統的穩定性。

　　該實(shí)驗室門(mén)禁考勤系統的設計目的是實(shí)現人員出入控制、考勤數據采集、數據統計和信息查詢(xún)過(guò)程的自動(dòng)化;方便人員進(jìn)出開(kāi)鎖與報到，方便管理人員統計、考核實(shí)驗室人員出勤情況，方便教學(xué)人員查詢(xún)、考核各班級出勤率。系統采用模塊化設計，可以稍加裁剪改造為適于智能小區、公園景點(diǎn)、多校區圖書(shū)館等多種不同場(chǎng)合的大范圍分布式遠程門(mén)禁考勤系統。

　　2 系統功能

　　門(mén)禁考勤系統在規定的實(shí)驗時(shí)間保存實(shí)驗室人員刷卡的時(shí)間和卡號信息;非上實(shí)驗時(shí)間有人刷卡時(shí)檢驗卡是否有效、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(mén)鎖開(kāi)關(guān)打開(kāi)門(mén)，并保存此進(jìn)出記錄，否則發(fā)出報警提示信息。根據學(xué)生所在系別的不同，該系統可識別不同類(lèi)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?？梢酝瓿芍瓶ú僮?，也可對失效或遺失的IC卡進(jìn)行掛失，防止過(guò)期或者丟失的卡被繼續使用，以有效地控制門(mén)禁。系統的總服務(wù)器端的管理軟件，可完成查詢(xún)、統計和自動(dòng)生成報表等功能，方便管理人員按部門(mén)或日期查詢(xún)統計學(xué)生出勤、請假等各種記錄，這些記錄可由SQL Server 2000或Oracle 9i等大型數據庫產(chǎn)品存儲。本文系統的單元門(mén)禁考勤端比其他現有的基于以太網(wǎng)的分布式門(mén)禁系統具有更多的功能，門(mén)禁考勤系統需要實(shí)時(shí)準確的返回整個(gè)單元系統端的讀卡數據，但基于以太網(wǎng)的門(mén)禁考勤系統人員進(jìn)出登記和考勤登記速度依賴(lài)于網(wǎng)絡(luò )的通訊性能，而網(wǎng)絡(luò )的性能是不穩定的，在網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)不好或出現數據堵塞時(shí)，網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)進(jìn)行多次校驗和重發(fā)，這就影響了整個(gè)門(mén)禁系統的實(shí)時(shí)性能。另外，在網(wǎng)絡(luò )出現故障，如HUB或交換機斷電、網(wǎng)線(xiàn)斷開(kāi)等原因導致門(mén)禁控制器與上層管理計算機的通信中斷時(shí)，整個(gè)系統就不能很好的工作，本文在單元門(mén)禁考勤端增加了一個(gè)臨時(shí)數據庫，用于臨時(shí)存儲實(shí)驗室人員進(jìn)出、考勤記錄，臨時(shí)數據庫可以使用Access之類(lèi)的小型數據庫產(chǎn)品。這樣在網(wǎng)絡(luò )出現故障的時(shí)候就可以臨時(shí)使用單元門(mén)禁考勤端的數據，增強了系統的穩定性。

　　3系統組成和模塊功能

　　每個(gè)單元門(mén)禁考勤系統由非接觸式IC卡讀卡器、門(mén)禁控制器、液晶顯示模塊、語(yǔ)音電路、執行機構、RS 232接口電路以及下位PC機組成。單元門(mén)禁系統結構圖如圖1所示。

　　可根據實(shí)際情況由若干單元門(mén)禁系統通過(guò)以太網(wǎng)組成一個(gè)完整的遠程分布式智能控制門(mén)禁系統。系統整體結構圖如圖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)非接觸感應卡，使用方便，感應速度快(50 ms左右)，感應距離可以選擇5～10 cm;

　　(2)感應卡便于攜帶，安全耐用不易磨損。感應卡的芯片內都有一個(gè)只讀的識別碼，這使得復制成為不可能。而且授權系統密碼管理嚴格，絕無(wú)仿冒的可能。如果卡遺失，可以及時(shí)安全掛失。IC卡與感應器之間無(wú)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(wú)裸露的IC芯片，無(wú)需擔心芯片脫落、靜電擊穿、彎曲損傷或油污等因素。整個(gè)系統采用質(zhì)量可靠的進(jìn)口元器件，并采用多種保護方案，從而保證了系統運行的高可靠性;

　　(3)抗干擾性強，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)系統可擴展性強，可以隨時(shí)擴展使用單元或者其他一卡通功能模塊。讀卡器：通過(guò)射頻感應原理，識別感應卡內置加密卡號[5]?？稍谝院蟾鶕枰捎弥讣y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(mén)禁控制器

　　MP 2000系列網(wǎng)絡(luò )門(mén)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(mén)禁控制器，分別有MP2004，MP2008兩款門(mén)禁控制器，分別可獨立控制4，8個(gè)門(mén)點(diǎn)。在門(mén)禁系統中，他負責射頻卡識別、信息存儲、門(mén)鎖監控、防盜報警等主要作用，是門(mén)禁系統工程中重要的組成部分。通過(guò)RS 485總線(xiàn)，可將3750個(gè)門(mén)禁控制器組成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò )，最多可管理30000個(gè)門(mén)點(diǎn)。每個(gè)門(mén)點(diǎn)都有獨自的CPU、存儲器、時(shí)鐘、控制與識別電路，可獨立完成身份識別、信息存儲、門(mén)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(shí)，門(mén)禁控制器新產(chǎn)生數據全部或部分通過(guò)管理軟件自動(dòng)或手動(dòng)上傳到計算機內進(jìn)行二次備份。使門(mén)禁控制器運行更加穩定可靠。

　　MP2000系列網(wǎng)絡(luò )門(mén)禁控制器具有互鎖功能(一個(gè)門(mén)點(diǎn)，內外各安裝一讀卡器，對人員進(jìn)與出實(shí)行監控)，特別適用于重點(diǎn)實(shí)驗室的安全管理。MP2004/2008控制器設有門(mén)點(diǎn)監視模塊，可實(shí)時(shí)監視各個(gè)門(mén)點(diǎn)狀態(tài)，提示當前進(jìn)出人員工號、姓名、出入地點(diǎn)等相關(guān)信息。MP2000門(mén)禁控制器防竊報警模塊，對門(mén)禁系統破門(mén)事件進(jìn)行告警提示。

　　3.3執行機構

　　包括"控制與驅動(dòng)電路"、"電動(dòng)機"、"減速器"、"執行機構"4部分。"控制與驅動(dòng)電路"接受來(lái)自單片機系統的信號，驅動(dòng)電動(dòng)機正轉、反轉、停止;驅動(dòng)電動(dòng)機經(jīng)"減速器"變換為慢轉速輸出;再驅動(dòng)執行機構帶動(dòng)門(mén)開(kāi)或關(guān);門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)反饋給單片機系統。

　　3.4 下位PC機

　　本文系統與現有其他基于以太網(wǎng)的分布式門(mén)禁考勤系統不同之一在于本系統中的下位PC機，通過(guò)設置下位PC機，可以使得本文系統具有更高的刷卡速度、更高的系統穩定性。下位PC機的功能包括根據上位機指令控制單元門(mén)禁、臨時(shí)存儲人員數據、與上位PC機通訊完成考勤功能等。

　　控制單元門(mén)禁 下位PC機接收單元門(mén)禁控制器讀取的人員數據，將這些數據首先與本地數據庫中存儲的數據進(jìn)行比較，如果本地數據中存有持卡人合法信息，則無(wú)需在與上位機進(jìn)行通訊，直接向單元門(mén)禁控制器發(fā)送指令，這樣可以減少單元門(mén)禁與系統服務(wù)期端的通訊量，節省了用戶(hù)的刷卡時(shí)間;如果下位PC機中沒(méi)有持卡人信息，則需通過(guò)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(mén)禁控制器發(fā)送指令。

　　臨時(shí)存儲器 下位PC機使用Access等小型數據庫存儲單元門(mén)禁考勤系統讀取的數據，因為下位PC機只是分布式門(mén)禁考勤系統的一個(gè)終端，所需存儲的數據不及上位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(mén)禁考勤系統的數據時(shí)只需小型數據庫就可以滿(mǎn)足要求。臨時(shí)存儲器在系統網(wǎng)絡(luò )通訊出現故障的時(shí)候可以比較好地保障單元門(mén)禁考勤系統的穩定運行，因為臨時(shí)數據庫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機大多數情況下無(wú)需與上位PC機通訊就可以很好的控制單元門(mén)禁考勤系統。

　　考勤功能 下位PC機負責與上位PC機之間進(jìn)行定期的通訊，負責將單元端讀取的數據發(fā)送回上位PC機以完成實(shí)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(hù)管理、發(fā)卡管理、退卡管理、訪(fǎng)問(wèn)權限設置、黑名單處理、通過(guò)以太網(wǎng)與門(mén)禁控制器交換數據、數據庫管理、考勤管理等功能。PC機安裝數據庫管理系統和考勤管理軟件，下位PC機上采集考勤數據、對考勤數據進(jìn)行處理，包括設置權限、掛失、讀取考勤機內記錄、進(jìn)行數據分析統計和查詢(xún)，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(hù)發(fā)放IC卡。發(fā)卡機本身也是一個(gè)IC卡接口設備，通過(guò)：RS 232串口與PC機通訊。

　　4系統軟件實(shí)現

　　系統管理軟件是利用MP2000系列門(mén)禁控制器配合MpOffice2003的門(mén)禁管理系統，可對企業(yè)人員進(jìn)出權限(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)管理軟件對任意門(mén)點(diǎn)進(jìn)行遠程設備狀態(tài)自檢，降低人員維護成本，提高整體效力功能全面，用戶(hù)界面友好。功能模塊包括：系統設置、考勤機控制、門(mén)禁控制、進(jìn)出記錄和考勤統計[6]。

　　本系統軟件包括如圖3的功能模塊：

　　5 結 語(yǔ)

　　本系統已投入湖南科技學(xué)院實(shí)際運行，穩定可靠、實(shí)時(shí)性強且充分利用現有網(wǎng)絡(luò )，不必重新布線(xiàn)，利用傳統的基于RS 232/485門(mén)禁系統快速改造為大范圍分布式遠程控制門(mén)禁考勤系統。門(mén)禁考勤系統的設計與開(kāi)發(fā)使得考勤數據采集、處理，數據維護，手動(dòng)更改數據，對數據庫中的數據進(jìn)行統計查詢(xún)，自動(dòng)生成各種報表等考勤管理工作變得方便迅捷，對智能門(mén)禁考勤系統的推廣有重要意義。本文系統在性能方面表現優(yōu)良，與傳統的門(mén)禁考勤系統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穩定性。系統設計開(kāi)發(fā)過(guò)程中充分運用了軟硬件協(xié)同設計的思想，各部分盡量采用模塊化設計，可以稍加裁剪改造為適于智能小區、多校區圖書(shū)館等多種不同場(chǎng)合的分布式遠程控制智能門(mén)禁考勤系統。