實驗室門禁考勤系統(tǒng)的設計

　　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[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完成，不允許進行重新布線，這就更限制了傳統(tǒng)門禁的應用領域。在網絡得到廣泛應用的當今時代，如何利用以太網改造傳統(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據，將傳統(tǒng)的門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行批量數據的通信，提高了門禁考勤的處理速度，并且在網絡通訊出現(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)的設計目的是實現(xiàn)人員出入控制、考勤數據采集、數據統(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，方便教學人員查詢、考核各班級出勤率。系統(tǒng)采用模塊化設計，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打開門，并保存此進出記錄，否則發(fā)出報警提示信息。根據學生所在系別的不同，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?？梢酝瓿芍瓶ú僮?，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)端的讀卡數據，但基于以太網的門禁考勤系統(tǒng)人員進出登記和考勤登記速度依賴于網絡的通訊性能，而網絡的性能是不穩(wěn)定的，在網絡狀態(tài)不好或出現(xiàn)數據堵塞時，網絡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，在網絡出現(xiàn)故障，如HUB或交換機斷電、網線斷開等原因導致門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據庫，用于臨時存儲實驗室人員進出、考勤記錄，臨時數據庫可以使用Access之類的小型數據庫產品。這樣在網絡出現(xiàn)故障的時候就可以臨時使用單元門禁考勤端的數據，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、RS 232接口電路以及下位PC機組成。單元門禁系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

　　可根據實際情況由若干單元門禁系統(tǒng)通過以太網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只讀的識別碼，這使得復制成為不可能。而且授權系統(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卡與感應器之間無機械接觸，避免了由于接觸而產生的各種故障，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、人臉識別等技術方便的升級替換該讀卡模塊。

　　3.2 門禁控制器

　　MP 2000系列網絡門禁控制器是MicroPower公司近年來新開發(fā)的綜合網絡門禁控制器，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絡，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，不受控制計算機關機影響。聯(lián)計算機時，門禁控制器新產生數據全部或部分通過管理軟件自動或手動上傳到計算機內進行二次備份。使門禁控制器運行更加穩(wěn)定可靠。

　　MP2000系列網絡門禁控制器具有互鎖功能(一個門點，內外各安裝一讀卡器，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

　　包括"控制與驅動電路"、"電動機"、"減速器"、"執(zhí)行機構"4部分。"控制與驅動電路"接受來自單片機系統(tǒng)的信號，驅動電動機正轉、反轉、停止;驅動電動機經"減速器"變換為慢轉速輸出;再驅動執(zhí)行機構帶動門開或關;門的開關狀態(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機的功能包括根據上位機指令控制單元門禁、臨時存儲人員數據、與上位PC機通訊完成考勤功能等。

　　控制單元門禁 下位PC機接收單元門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行比較，如果本地數據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等小型數據庫存儲單元門禁考勤系統(tǒng)讀取的數據，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，所以存儲單元門禁考勤系統(tǒng)的數據時只需小型數據庫就可以滿足要求。臨時存儲器在系統(tǒng)網絡通訊出現(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，因為臨時數據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據發(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、訪問權限設置、黑名單處理、通過以太網與門禁控制器交換數據、數據庫管理、考勤管理等功能。PC機安裝數據庫管理系統(tǒng)和考勤管理軟件，下位PC機上采集考勤數據、對考勤數據進行處理，包括設置權限、掛失、讀取考勤機內記錄、進行數據分析統(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)人員進出權限(人員進出、進出時間、進出地點)等進行科學管理。可通過管理軟件對任意門點進行遠程設備狀態(tài)自檢，降低人員維護成本，提高整體效力功能全面，用戶界面友好。功能模塊包括：系統(tǒng)設置、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 語

　　本系統(tǒng)已投入湖南科技學院實際運行，穩(wěn)定可靠、實時性強且充分利用現(xiàn)有網絡，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)的設計與開發(fā)使得考勤數據采集、處理，數據維護，手動更改數據，對數據庫中的數據進行統(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)設計開發(fā)過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(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)。