实验室门禁考勤系统的设计

1引 言

    传统的门禁系统中门禁控制器之间通信大多采用RS 232，RS 422，RS 485或光电隔离环等串行通信技术。在安装门禁系统时，需要单独布线，抗干扰能力差，而且还占用上层管理计算机的硬件资源等，不仅施工工程量大，也给门禁用户带来诸多不便。特别是一些门禁现场(如实验室、高档写字楼、智能小区等)建筑物的装修和综合布线已经完成，不允许进行重新布线，这就更限制了传统门禁的应用领域。

    在网络得到广泛应用的当今时代，如何利用以太网改造传统实验室门禁考勤系统，以组建大范围远程分布式控制门禁系统成为一个迫切需要解决的课题[3]。在此，本文提出了一种便于安装、不必重新布线、基于现有以太网的远程分布式门禁考勤系统，该系统通过下位PC机存储进出实验室人员的数据，将传统的门禁控制器与上层管理计算机之间的通信转变为下位PC机与上层管理计算机之间的进行批量数据的通信，提高了门禁考勤的处理速度，并且在网络通讯出现问题的时候保证了系统的稳定性。

    该实验室门禁考勤系统的设计目的是实现人员出入控制、考勤数据采集、数据统计和信息查询过程的自动化；方便人员进出开锁与报到，方便管理人员统计、考核实验室人员出勤情况，方便教学人员查询、考核各班级出勤率。系统采用模块化设计，可以稍加裁剪改造为适于智能小区、公园景点、多校区图书馆等多种不同场合的大范围分布式远程门禁考勤系统。

2 系统功能

    门禁考勤系统在规定的实验时间保存实验室人员刷卡的时间和卡号信息；非上实验时间有人刷卡时检验卡是否有效、是否在允许进出的时间段，卡有效且在允许的时间段则控制电磁门锁开关打开门，并保存此进出记录，否则发出报警提示信息。根据学生所在系别的不同，该系统可识别不同类别的卡，控制不同使用者的允许进出的时间及允许进出的位置。可以完成制卡操作，也可对失效或遗失的IC卡进行挂失，防止过期或者丢失的卡被继续使用，以有效地控制门禁。

    系统的总服务器端的管理软件，可完成查询、统计和自动生成报表等功能，方便管理人员按部门或日期查询统计学生出勤、请假等各种记录，这些记录可由SQL Server 2000或Oracle 9i等大型数据库产品存储。本文系统的单元门禁考勤端比其他现有的基于以太网的分布式门禁系统具有更多的功能，门禁考勤系统需要实时准确的返回整个单元系统端的读卡数据，但基于以太网的门禁考勤系统人员进出登记和考勤登记速度依赖于网络的通讯性能，而网络的性能是不稳定的，在网络状态不好或出现数据堵塞时，网络自动进行多次校验和重发，这就影响了整个门禁系统的实时性能。

    另外，在网络出现故障，如HUB或交换机断电、网线断开等原因导致门禁控制器与上层管理计算机的通信中断时，整个系统就不能很好的工作，本文在单元门禁考勤端增加了一个临时数据库，用于临时存储实验室人员进出、考勤记录，临时数据库可以使用Access之类的小型数据库产品。这样在网络出现故障的时候就可以临时使用单元门禁考勤端的数据，增强了系统的稳定性。

3系统组成和模块功能

    每个单元门禁考勤系统由非接触式IC卡读卡器、门禁控制器、液晶显示模块、语音电路、执行机构、RS 232接口电路以及下位PC机组成。单元门禁系统结构图如图1所示。 

    可根据实际情况由若干单元门禁系统通过以太网组成一个完整的远程分布式智能控制门禁系统。系统整体结构图如图2所示。 

3．1 非接触式IC卡及读卡器 

    非接触式IC卡特性如下：

    (1)非接触感应卡，使用方便，感应速度快(50 ms左右)，感应距离可以选择5～10 cm；
    (2)感应卡便于携带，安全耐用不易磨损。感应卡的芯片内都有一个只读的识别码，这使得复制成为不可能。而且授权系统密码管理严格，绝无仿冒的可能。如果卡遗失，可以及时安全挂失。IC卡与感应器之间无机械接触，避免了由于接触而产生的各种故障，并且提高了卡片的使用寿命。而且由于无裸露的IC芯片，无需担心芯片脱落、静电击穿、弯曲损伤或油污等因素。整个系统采用质量可靠的进口元器件，并采用多种保护方案，从而保证了系统运行的高可靠性；
    (3)抗干扰性强，允许同时多卡操作，能在各种恶劣的工作条件下使用，比磁卡和接触式IC卡更让管理人员放心；
    (4)系统可扩展性强，可以随时扩展使用单元或者其他一卡通功能模块。读卡器：通过射频感应原理，识别感应卡内置加密卡号。可在以后根据需要采用指纹识别、条形码、人脸识别等技术方便的升级替换该读卡模块。 


3．2 门禁控制器

    MP 2000系列网络门禁控制器是MicroPower公司近年来新开发的综合网络门禁控制器，分别有MP2004，MP2008两款门禁控制器，分别可独立控制4，8个门点。在门禁系统中，他负责射频卡识别、信息存储、门锁监控、防盗报警等主要作用，是门禁系统工程中重要的组成部分。通过RS 485总线，可将3750个门禁控制器组成一个控制网络，最多可管理30000个门点。每个门点都有独自的CPU、存储器、时钟、控制与识别电路，可独立完成身份识别、信息存储、门禁控制等任务，不受控制计算机关机影响。联计算机时，门禁控制器新产生数据全部或部分通过管理软件自动或手动上传到计算机内进行二次备份。使门禁控制器运行更加稳定可靠。

    MP2000系列网络门禁控制器具有互锁功能(一个门点，内外各安装一读卡器，对人员进与出实行监控)，特别适用于重点实验室的安全管理。MP2004／2008控制器设有门点监视模块，可实时监视各个门点状态，提示当前进出人员工号、姓名、出入地点等相关信息。MP2000门禁控制器防窃报警模块，对门禁系统破门事件进行告警提示。

3．3执行机构

    包括"控制与驱动电路"、"电动机"、"减速器"、"执行机构"4部分。"控制与驱动电路"接受来自单片机系统的信号，驱动电动机正转、反转、停止；驱动电动机经"减速器"变换为慢转速输出；再驱动执行机构带动门开或关；门的开关状态反馈给单片机系统。

3．4 下位PC机

    本文系统与现有其他基于以太网的分布式门禁考勤系统不同之一在于本系统中的下位PC机，通过设置下位PC机，可以使得本文系统具有更高的刷卡速度、更高的系统稳定性。下位PC机的功能包括根据上位机指令控制单元门禁、临时存储人员数据、与上位PC机通讯完成考勤功能等。

    控制单元门禁 下位PC机接收单元门禁控制器读取的人员数据，将这些数据首先与本地数据库中存储的数据进行比较，如果本地数据中存有持卡人合法信息，则无需在与上位机进行通讯，直接向单元门禁控制器发送指令，这样可以减少单元门禁与系统服务期端的通讯量，节省了用户的刷卡时间；如果下位PC机中没有持卡人信息，则需通过以太网与上位PC机通讯，上位PC机处理完持卡人信息之后传回控制信息，最后由下位PC机向单元门禁控制器发送指令。

    临时存储器 下位PC机使用Access等小型数据库存储单元门禁考勤系统读取的数据，因为下位PC机只是分布式门禁考勤系统的一个终端，所需存储的数据不及上位PC机多，并且考虑到成本，下位PC机的性能也不如上位PC机，所以存储单元门禁考勤系统的数据时只需小型数据库就可以满足要求。临时存储器在系统网络通讯出现故障的时候可以比较好地保障单元门禁考勤系统的稳定运行，因为临时数据库中保存了大部分该单元以前进出的持卡人信息，所以下位PC机大多数情况下无需与上位PC机通讯就可以很好的控制单元门禁考勤系统。

    考勤功能 下位PC机负责与上位PC机之间进行定期的通讯，负责将单元端读取的数据发送回上位PC机以完成实验室人员上机考勤功能。

3．5 上位管理PC机

    由"PC机"、"打印机"、"发卡机"组成。上位PC机完成用户管理、发卡管理、退卡管理、访问权限设置、黑名单处理、通过以太网与门禁控制器交换数据、数据库管理、考勤管理等功能。PC机安装数据库管理系统和考勤管理软件，下位PC机上采集考勤数据、对考勤数据进行处理，包括设置权限、挂失、读取考勤机内记录、进行数据分析统计和查询，生成各种报表等。 打印机打印各种报表；

    发卡机接收PC机指令，为用户发放IC卡。发卡机本身也是一个IC卡接口设备，通过：RS 232串口与PC机通讯。

4系统软件实现

    系统管理软件是利用MP2000系列门禁控制器配合MpOffice2003的门禁管理系统，可对企业人员进出权限(人员进出、进出时间、进出地点)等进行科学管理。可通过管理软件对任意门点进行远程设备状态自检，降低人员维护成本，提高整体效力功能全面，用户界面友好。功能模块包括：系统设置、考勤机控制、门禁控制、进出记录和考勤统计[6]。

本系统软件包括如图3的功能模块： 

5 结 语

    本系统已投入湖南科技学院实际运行，稳定可靠、实时性强且充分利用现有网络，不必重新布线，利用传统的基于RS 232／485门禁系统快速改造为大范围分布式远程控制门禁考勤系统。门禁考勤系统的设计与开发使得考勤数据采集、处理，数据维护，手动更改数据，对数据库中的数据进行统计查询，自动生成各种报表等考勤管理工作变得方便迅捷，对智能门禁考勤系统的推广有重要意义。本文系统在性能方面表现优良，与传统的门禁考勤系统相比具有更好的可扩展性和兼容性、更快的识别处理速度和更高的系统稳定性。系统设计开发过程中充分运用了软硬件协同设计的思想，各部分尽量采用模块化设计，可以稍加裁剪改造为适于智能小区、多校区图书馆等多种不同场合的分布式远程控制智能门禁考勤系统。 

作者：湖南科技学院 潘海军 戴瑜兴