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      門禁系統(tǒng)

      IC卡門禁系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

      發(fā)布日期:2022-10-09 點擊率:42

        隨著智能化、數(shù)字化信息社會的到來,“卡”已逐漸深入到了人們生活的方方面面,比如,金融領(lǐng)域的牡丹卡、長城卡、龍卡等等,還有各種電話卡、IC卡電表、用于防盜汽車上的開車門/啟動鑒別的IC卡等等。毫不夸張地說,人類將走向“卡”的世界。 

        人們可以持卡購物,持卡消費,持卡進出某特定場合,如賓館,飯店,實驗室等等。卡既可以代表著一個人的身份,代表著一個人的擁有,也可以代表一個人的某種“特權(quán)”。人們正在一步步地適應著卡,也漸漸地離不開卡。   

        卡是實現(xiàn)智能化管理和自動化管理工作的一種重要手段。在需要掌握和控制人員出入情況的場所,比如人員階段性流動的實驗室,賓館的客房,有特殊需求的保密部門等等,如果使用卡開啟門,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的出入證和鑰匙,就能使管理工作實現(xiàn)自動化、智能化。不但用者方便,管理者也方便,而且工作效率和安全性都可以大大地提高。 

        下面介紹的IC卡門禁系統(tǒng)就是一個安全、可靠的電子門鎖系統(tǒng)。使用該系統(tǒng),可以方便地管理和控制整個大樓的大門及各房間門的人員進出情況,驗明出入人員的身份和出入權(quán)限,并進行登錄。為查閱各門的出入情況,進行責任追查提供了極大的方便。

        一、系統(tǒng)簡介  

        IC卡門禁系統(tǒng)是一種利用計算機進行身份驗證,實現(xiàn)開/關(guān)門、登錄用戶進出門信息的自動化管理系統(tǒng)。  

        該門禁系統(tǒng)的主要硬設(shè)備由一臺計算機作為管理計算機(又稱主控計算機)和若干臺分控計算機(又稱子控模塊)組成。子控模塊負責各受控門的讀卡(即識別進門鑰匙)、開門、關(guān)門和登錄工作。主控計算機負責各門禁子系統(tǒng)的初始化和工作方式的設(shè)定(如延遲時間等),以及重新設(shè)置系統(tǒng)數(shù)據(jù)和獲取各門禁子系統(tǒng)的登錄信息等的管理工作。 

        一個受控門和其對應的一個讀卡器,構(gòu)成一個門禁子系統(tǒng),用于管理一個門。每個門禁子系統(tǒng)在子控模塊的控制下獨立工作(即開門、關(guān)門、登錄信息等)。一個子控模塊可以控制一個門禁子系統(tǒng),也可以控制兩個,甚至三個門禁子系統(tǒng)。 

        整個門禁系統(tǒng)可以配置多個子控模塊,比如,如果配置128個子控模塊,每個子控模塊控制3個門,那么最多可以控制128*3個門。 

        子控模塊是該系統(tǒng)的專用設(shè)備,它全天24小時工作,充當電子門衛(wèi)的作用。因此,它的性能直接影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在制作或選用硬件時,要特別注意。目前,市場銷售的,由臺灣威達集團生產(chǎn)的牛頓7000系列產(chǎn)品I-7188,可以作為IC卡門禁系統(tǒng)的子控模塊,而且性能比較穩(wěn)定,價格也比較適中。 

        主控計算機不必對各子系統(tǒng)進行全天控制,僅在系統(tǒng)初始化、重新設(shè)置系統(tǒng),修改系統(tǒng)數(shù)據(jù),以及需要獲取各門禁子系統(tǒng)所登錄的進出門信息等操作時,才通過通信控制軟件與各子控模塊進行通信聯(lián)絡(luò)。因此主控計算機不作為該門禁系統(tǒng)獨占的專用設(shè)備,可以兼作它用。在任一臺普通的個人計算機(486以上)中安裝本系統(tǒng)的控制軟件,都可以充當主控計算機使用。

        二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)  

        為了使整個系統(tǒng)更具有安全性和靈活性,增強系統(tǒng)的適應性,IC卡門禁系統(tǒng)應當設(shè)計成一個層次式的分級管理系統(tǒng)。低層管理由子控模塊完成,主要負責管理受控門和進出門的登錄工作。  

        高層管理由主控計算機完成,主要負責整個系統(tǒng)的控制、協(xié)調(diào)管理工作。  

        這種分層管理模式,可以減小主控計算機的負荷,減少專用設(shè)備數(shù)量,降低系統(tǒng)制作成本,同時也提高了系統(tǒng)的效率和可靠性。而且,用戶可以根據(jù)實際需要,方便地、靈活地配置系統(tǒng)硬件。采用這種設(shè)計方案,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大致如圖一所示。

        三、系統(tǒng)功能   

        IC卡門禁系統(tǒng)是一個管理多個受控門的電子門鎖系統(tǒng),每個欲進入受控門的人員(即用戶),必須向管理者(或其授權(quán)者)提出申請,并領(lǐng)取一張IC卡(即電子鑰匙)。持卡者將IC卡插入受控門的讀卡器內(nèi),經(jīng)門禁子系統(tǒng)驗明IC卡正確無誤后,受控門方能開啟。設(shè)計一個完善的IC卡門禁系統(tǒng)應當考慮以下幾個方面。

        1、IC卡的管理功能    IC卡管理功能主要完成對用戶IC卡的管理工作,包括對每張IC卡數(shù)據(jù)信息的生成,登錄,驗證和修改等等。每個用戶可以擁有用戶號、密碼和開門權(quán)限(如可以進哪個門,哪幾個門)和允許進門的時間段等。這些數(shù)據(jù)有的可以直接記錄在用戶所持有的IC卡上,有的可以記錄在系統(tǒng)表格中。 為了便于用戶操作,還應當配有信號指示燈,當用戶插卡要求開門時,根據(jù)指示燈的顏色、亮滅、閃爍等不同情況,直觀地顯示IC卡的工作狀態(tài),供用戶自我判斷操作正誤。

        2、配置管理功能    配置管理功能完成主控計算機對各子控模塊工作方式的設(shè)置、控制和查詢其工作狀態(tài),以及收集接口設(shè)備傳來的數(shù)據(jù),并向其它設(shè)備提供配置等工作。

        3、安全管理功能    安全管理功能主要通過驗證用戶號和密碼的一致性、每張IC卡的有效期、記錄非法操作等,對整個系統(tǒng)提供安全保障,保證系統(tǒng)正常工作。 
       
        4、監(jiān)控管理功能    監(jiān)控管理功能使管理者可在主控計算機上監(jiān)測各受控門的性能和工作狀態(tài),查詢各受控門人員的出入信息(包括持卡者、入門號、入門時間等)。 
       
        四、系統(tǒng)特點

        1、安全性  設(shè)計一個門禁系統(tǒng),首先要考慮的是系統(tǒng)安全性,即能否有效地控制人員的出入,并掌握其出入信息。  

        因為IC卡門禁系統(tǒng)是一種智能化的電子控制系統(tǒng),可以充分利用計算機的“智能”,同時采用多種手段進行控制,以確保系統(tǒng)的安全可靠。其中最簡單而又有效的是以下幾種手段。  

        一是通過IC加密卡中設(shè)置的密碼,進行身份驗證,若密碼核對幾次(一般為三次)之后仍不正確,該卡將被自動燒毀不能繼續(xù)使用。這樣就可以有效地防止盜用用戶信息的惡意驗證。  

        二是利用系統(tǒng)中的用戶權(quán)限表可再次認證持卡人是否能進該門。   

        三是每張IC卡上都設(shè)置有效使用期限,若IC卡超過了有效期,則該用戶的所有資料將從門禁子系統(tǒng)控制模塊中自動刪除,本卡作廢。 

        2、可靠性  

        可以從軟件和硬件兩個方面來考慮。  

        硬件的可靠性,除了電控鎖等機械部件之外,主要考慮子控模塊的制作和選用,因為它要全天24小時不停地工作,所以對其性能要求較高,應能滿足環(huán)境的溫度、濕度的變化,以及抗電磁干擾能力強等。如果選用牛頓7000系列模塊作為子控模塊,因為這種模塊有很強的自適應功能,能夠自動調(diào)節(jié)不同波特率的信號,還有各種保護電路等等,足可以保證低層管理工作的需要。 

        軟件設(shè)計的可靠性,主要考慮各種狀態(tài)信息的獲取和維護,通信協(xié)議的設(shè)計是否規(guī)范,各種特殊情況的處理是否合理等等。比如,為了確保主控計算機與子控模塊之間的通信準確無誤,可以采用自動重發(fā)糾錯機制,有效地消除門禁子系統(tǒng)和管理計算機同時在網(wǎng)絡(luò)中工作時可能出現(xiàn)的信號沖突。

        3、靈活性   

        由于系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)信息的設(shè)置和管理都是通過主控計算機與子控模塊之間的通信完成的。管理者便可以根據(jù)自己的需要,自由地設(shè)置密碼、用戶權(quán)限、門鎖延遲時間等。同時主控計算機和子控模塊平時各自獨立工作,僅在設(shè)置子控模塊中的初始數(shù)據(jù),修改子控模塊中的數(shù)據(jù),獲取子控模塊中所記錄的信息等情況下,二者才需要相互通信,進行信息交流。這種設(shè)計方法給系統(tǒng)帶來很大的靈活性。

        4、并行性  

        為了降低硬件成本,可以將一個子控模塊設(shè)計成同時控制多個門,比如,使用I-7188作為子控模塊時,一個子控模塊可以同時控制三個門,實際上,這樣配置相當于一種宏觀上的并行處理機制。

        5、多功能  

        用戶權(quán)限表可由管理者任意設(shè)置,使用起來非常靈活,很容易滿足“一門一卡”、“一門多卡”、“多門一卡”等不同的要求。

        6、可擴充性  

        用戶的需求是不斷變化的,在設(shè)計系統(tǒng)時應留有一定的余地,保證用戶的動態(tài)需求。比如,系統(tǒng)中的每個子控模塊都有唯一的地址,需要增加受控門數(shù)時,只要增加相應數(shù)量的子控模塊和門禁子系統(tǒng),并給子控模塊分配唯一的地址即可。如果采用牛頓7000系列工控模塊作為子控模塊,一個RS485網(wǎng)絡(luò)上可掛256個模塊。 

        五、硬件簡介 

        IC卡門禁系統(tǒng)的大多數(shù)硬件都可以自己動手制作,也可以選用市售產(chǎn)品。下面向大家介紹幾種可用于制作IC卡門禁系統(tǒng)的硬件產(chǎn)品。 臺灣威達工控集團生產(chǎn)的牛頓7000系列產(chǎn)品由能完成分散數(shù)據(jù)采集及系統(tǒng)控制的眾多模塊(module)組成,所有模塊的規(guī)格均為102 2 5mm,它們能提供A/D、D/A、DI/O、Timer/Counter等許多功能,通過一套命令集,可以遠程控制這些模塊的工作。在IC卡門禁系統(tǒng)中,可以使用其中的I-7188、I-7060、I-7520三種模塊。 
       
        1.7188  

        7188是一種工業(yè)應用的嵌入式控制器(embeded controller)。   

        它內(nèi)嵌了AMD的80188CPU,主頻40MHZ。內(nèi)部置了ROM-DOS操作系統(tǒng)和ROM-DISK(192K),所以用戶程序最長可達192K。并且提供了256K SRAM和256K FlashROM(可擴充至512K),還有1K的EEPROM,實時時鐘控制器(RTC);還提供一個RS485端口,三個RS232端口(其中一個可選RS485口);這使得它可以與各種帶RS232/485的智能儀器通訊,作為協(xié)議轉(zhuǎn)換器使用。除此之外,還有電源保護電路,RS485網(wǎng)絡(luò)保護電路等等。特別是,它支持應用程序從PC被下載(download)至7188模塊內(nèi),允許用戶創(chuàng)建RAM-DISK,使用起來非常方便。 其中7188D型的模塊還帶有五位七段數(shù)碼LED顯示。電源需求+10V~+30VDC,功耗2W或2.2W。

        2.7060  

        7060是一個繼電器(relay)輸出/隔離數(shù)字(isolated digital)輸入模塊。它有四路單端數(shù)字輸入,四路繼電器輸出,能同時控制四路繼電器設(shè)備工作。高電平3.5V~30V;低電平0~1V,輸入隔離電壓3750Vrms,輸入阻抗3K歐,功耗0.8W,電源10~30VDC,利用該模塊可以很方便地控制電控鎖的開/合狀態(tài)。

        3.7520 

        7520是RS232到RS485的協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊。其一端為RS232標準,另一端為RS485標準,內(nèi)置“self tuner”芯片,自動在300~115200 BPS之間轉(zhuǎn)換。電源+10V~+30VDC,功耗2.2W,利用該模塊可以完成通信接口的協(xié)議轉(zhuǎn)換。 

        4.RS485網(wǎng)絡(luò)  

        RS485是功能強大,而且使用靈活的二線(two-wire)網(wǎng)絡(luò)。 它支持多種波特率多種格式的數(shù)據(jù)傳輸。所有的模塊通過485端口和各自唯一的地址號共享網(wǎng)絡(luò)上的信息。在不需中繼(repeater)的情況下,一個RS485網(wǎng)絡(luò)上可掛256個模塊,通信距離為1.2公里。 
       
        5.IC卡讀寫機 

        SURE系列全功能智能卡通用讀寫機具有DES加密算法功能和數(shù)據(jù)存儲功能,該讀寫機能夠?qū)Ω鞣NIC卡進行讀、寫、修改操作,同時該讀寫機還提供多種PC機語言接口函數(shù),便于用戶二次開發(fā)應用程序

        六、軟件簡介  

        IC卡門禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計,按功能可分成三大部分,置于子控模塊內(nèi)的門禁子系統(tǒng)控制和登錄進出門信息的程序,以及置于主控計算機內(nèi)的IC卡發(fā)放管理程序(設(shè)置IC卡)和系統(tǒng)管理、監(jiān)控程序。按性能要求,可以分別采用C、VB、ACCESS等語言編程實現(xiàn)。  

        要注意的是,在設(shè)計子控模塊的管理程序時,由于通用讀寫機提供的IC卡接口程序只能用在PC機上,而工控模塊7188內(nèi)部結(jié)構(gòu)與PC機不同,所以不能直接使用通用讀寫機提供的現(xiàn)成的接口程序,用戶必須重新設(shè)計IC卡操作的接口程序。 

        在設(shè)計通信程序時,子控模塊與主控計算機之間的通信協(xié)議可以采用最簡單的停止等待協(xié)議,通過設(shè)置現(xiàn)場信息等手段,保證通信的可靠無誤。系統(tǒng)中主要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是用戶權(quán)限表,它包含有用戶號、IC卡有效期、IC卡密碼等字段。該表應該存放在子控模塊中(比如I-7188的FlashROM內(nèi)),但由主控計算機利用通信軟件進行管理。

        幾個主要程序的流程如下。  

        1、插卡事件的處理流程  
        注:設(shè)置有/無卡標識的目的是防止某用戶忘記拔卡,而反復讀卡造成記錄數(shù)據(jù)區(qū)上溢,沖掉早先的記錄。 

        2、7188內(nèi)的主控模塊處理流程  
        系統(tǒng)為每個受控門設(shè)置并維護一個狀態(tài)信息結(jié)構(gòu),輪回查看其工作狀態(tài),保證其宏觀上運行的并行性。 

        經(jīng)設(shè)計和測試,該IC卡門禁系統(tǒng)完全達到實用要求。實際上,這個系統(tǒng)不僅可用于門禁管理,略加改造,還可用于考勤等其它場合。

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