基于非接触式IC卡技术的校园门禁系统设计

    引 言 

    非接触式IC卡门禁管理系统已广泛地应用于楼宇自动化、重要区域的通行等，校园学生社区的现代化管理，校园非接触式Ic门禁管理系统的应用已成为目前的发展趋势，学生公寓借助门禁管理系统，可实现特定区域的进出管理，防止非本楼人员随意进入学生公寓楼 ，尤其在夜间便于实现对多门公寓楼的集中管理。 

    门禁系统自发展以来，主要应用于公司和智能小区，其系统自身相对完善 ，但就目前学校使用的门禁控制系统而言，存在对外数据库共享程度低，自动数据处理程度低等，同时因学生公寓楼设计和管理及学生管理方式存在不同，造成了现有门禁管理系统无法直接应用于学生公寓。本文结合实际提出了一种应用于校园学生公寓楼的分布式、多层管理的门禁管理系统，具有重要的应用价值。 

    1 校园门禁管理的系统要求 

    校园门禁管理系统的卡管理、维护、宿舍楼分配、学籍管理均是分散的，持卡基数量大(万级)，同时对于校园涉及学生、教职工，其门禁数据变化频繁，存在高峰期，在7至9月份学生毕业离校和新生入校，日常还伴有临时住宿调整等，这与通常应用于公司的门禁管理系统的卡管理、维护在同一个部门存在差别，因此也造成了业务处理流程、数据权限、数据修改等一系列的问题。基于以上的特殊性，校园门禁管理系统要求信息化程度高，从学生数据获取、宿舍楼数据分配、门禁数据调整、核对校验、下载等过程均能自动处理完成；可适应门禁数据的频繁变化调整；系统易扩展并稳定可靠。 

    2 系统原理与结构 

    2．1 系统原理

    本文提出的校园门禁管理系统基于数据库技术，自动采集各部门数据形成数据标准库，利用设计通用的标准数据库接口共享标准数据库，各、部门之问的数据库自动处理和调用共享数据库，确保校园所有数据的一致性，也避免了因手工操作门禁数据，造成的人为错误、易漏和更新效率低等问题。基于数据库技术的门禁管理系统如图1所示。

图1 基于数据库技术的门禁管理系统

    2．2 系统结构 

    本文提出校园门禁系统的基本构架如图2所示，核心结构采用C+B／S群组模式，即浏览器管理、服务器控制、客户端后台程序自动处理的模式，控制器基于目前工业主流的总线联网模式? ，实现集中管理，分散维护，系统标准化程度高，模块化程度高，扩容简单，易于维护。

图2 校目门禁系统的整体构架和层式结构

    本文设计的系统由4层结构组成，第1层为设备接入层(读卡器设备、控制器设备)，接口采用标准高速接口，协议公开：第2层传输层，主要是连接控制层与设备层间的数据交互，标准协议公开，协议函数公开；第3层为控制层，主控底层软件，底层接口函数公开，数据库接口函数公开；第4层为管理层，针对应用服务的不同，可进行添加、删除和修改。 

    3 校园门禁系统的组成 

    3．1 非接触IC卡技术 
 
    IC卡按读取方式，可分为接触和非接触式IC卡，目前校园学生IC卡、教工卡以及临时卡，应用最多的是Mitre技术标准，其已成为国际标准，其次也有采用瑞士LEGIC技术标准的，如清华大学的学生卡，技术对比如表1所示，少许公寓楼门禁采用非接触式ID卡，安全性相对较差，Ic卡已渐取代ID 卡t6,’’Iol。

    MifarelS50卡仅由一个天线和ASIC组成，如图3(a)所示。卡片内无任何电源，仅包含一个LC串联谐振电路，其频率与IC卡读卡器发射的频率均是13．56 MHz，用于工作时产生能量，当电压达到2 V 时，卡片中的芯片将卡内数据发送出去或接收器对卡片的操作，工作距离最高可达100mm，数据传输率达106kb／s，完成一次读写的时间最长不超过0．1 s，具有防冲突的功能， 能在同一时间处理多张重叠的卡片。

    Mifare1S50卡内部有1K字节EEPROM存储器，分为16个扇区，每个扇区又分为4个数据存储块，每块16字节 如图3(b)所示，读卡器由单片机、专用的读写模块、接口电路组成，专用读卡模块配合13．56 MHz的天线可实现对非接触Ic卡的读写，单片机读取数据并作处理，按照标准RS-485／Wiegand26标准输出。

图3 Mifare 1卡的内部结构图与读卡器结构

    3．2 门禁控制系统 

    门禁控制器在设备接入层，是门禁系统的核心，由单片机、FLASH、接口电路、外围的10和继电器等组成，运行内部的程序和确定的通信协议，并可存储一定的卡号，如SYRIS的SYRIS200NT可存储6000个卡号。

    控制接收读卡器发送过来的信号，与所存储的卡号进行对比，通过比对确定是否产生动作，如图4(a)所示，门禁控制器可独立运行，保证了系统可靠性和完整性。在系统构架中门禁控制器采用工业总线方式组成私有网络，并配置惟一的ID号码。目前暂时使用RS-485模式[4j2]传输速率不低于19．2 kb／s，连接线缆采用屏蔽双绞线，长度不超过1．2 km，其它诸如出门按钮、门磁、电磁锁等均采通用设备。 

    3．3 门禁控制软件 

    在国内的很多门禁管理软件均直接采用外国的监控软件，主要原因是国外的软件在使用时间上比国内长，可靠性、稳定性与功能要优于国产软件；其次进入市场的硬件设备多是国外厂家，对于他们的软硬件集成较好，国内的工程商为了降低投入风险，很少采用国产软件，因此造成了数据开放共享程度低、系统无法与学校其它部门产生有效的数据互动和应用服务等。

图4 门禁控制器的系统结构与RS485连接结构

    本文提出的门禁管理软件基于C+B／S整体构架， 校内各部门的管理业务流程均通用B／S进行数据提交和处理，并将数据存入服务器的标准数据库，在服务器和工作站均有后台终端程序用于自动地监测数据变化，并及时进行更新。门禁管理软件功能分为数据管理部分和数据通信部分，数据管理部分含系统维护、系统查询及数据报表、卡片及人事管理、权限管理等；数据通信部分含参数设置、控制参数设置、报警等功能。 

    4 结束语
 
    本文提出的校园门禁管理系统，基于数据共享的原理，采用C+B／S结构，依托非接触Ic卡的先进性、实用性、稳定性和可靠性，有效地解决了管理部门多元、数据来源复杂社区管理等一系列问题，并具有数据更新效率高、信息化共享程度高、适应多种模式的性能，为后期校园一卡通和校园门禁系统发展提供了重要的参考。