（电力系统及其自动化专业论文）智能门禁系统监控软件平台的设计与开发.pdf

摘要 论文主要研究了基于感应式射频卡技术的智能门禁监控系统软件的设计思想 与实现方法， 同时对整个系统的组成及硬件实现也作了详细地介绍。该管理软件完 成的主要功能包括: 完成对系统硬件设备的维护和管理;与硬件设备进行通信;实现i c 卡的 授权和人员管理;利用电子地图完成安防系统实时数据的显示、数据分析、故障 处理等功能;完成对系统基础数据的维护和管理，利用门禁系统采集的数据完成 人员考勤。 系统采用了c l i e n t / s e r v e r 软件构架，基于w i n d o w s 2 0 0 0 操作系统平台，使用了 d e l p h i ? 和s q l s e r v e r 2 0 0 0 数据库开发工具。软件采用了模块化的设计方法，使用 了串口通信、多线程操作和面向对象的图形处理等编程技术完成系统开发。 关键词:智能门禁系统，监控软件，数据库，实时通信 abs tract i n t h i s t h e s i s , t h e d e s i g n i d e as a n d t h e r e a l i z e d m e t h o d s o f i n t e l l i g e n t d o o r a c c e s s m o n i t o r i n g s y s t e m b a s e d o n t h e r f i d ( r a d i o f r e q u e n c y i d e n t i t y c a r d ) a r e m a i n l y r e s e a r c h e d , a t t h e s a m e t i m e , i t a l s o i n t r o d u c e t h e c o n s t r u c t i o n a n d a p p l i c a t i o n o f t h e h a r d w a r e s y s t e m . t h e m a i n f u n c t i o n s o f t h i s s o f t w a r e i n c l u d i n g t h e f o l l o w i n g a s p e c t s : a c h i e v e t h e m a i n t e n a n c e a n d m a n a g e m e n t o f h a r d w a r e f o r t h e s y s t e m ; c o m m u n i c a t e w it h t h e h a r d w a r e e q u i p m e n t s ; r e a l i z e t h e a u t h o r i z a t i o n o f i c c a r d s a n d t h e m a n a g e m e n t o f p e r s o n n e l ; (! ) u s in g th e e l e c t r o - m a p t o r e a li z e th e fu n c t io n s o f r e a l - t i m e d a t a d i s p la y a n d a n a l y s i s , t h e f a u l t d i s p o s a l ; a c h i e v e t h e m a i n t e n a n c e a n d m a n a g e m e n t o f s y s t e m b a s i c d a t a , u s i n g t h e d a t e g a t h e r e d b y d o o r a c c e s s s y s t e m t o r e a l i z e t h e f u n c t i o n o f c h e c k i n g o n wo r k a t t e n d a n c e . t h i s s y s t e m a d o p t s t h e c l i e n t / s e r v e r c o m p o n e n t , i s i m p l e m e n t e d u n d e r wi n d o w s 2 0 0 0 , d e l p h i 7 a n d s q l s e r v e r 2 0 0 0 . t h e s o f t w a r e i n t r o d u c e s m o d u l a r i z a t i o n d e s i g n m e t h o d , u s e s s e r i a l c o m m u n i c a t i o n , t h e m u l t i t h r e a d i n g o p e r a t i o n a n d o b j e c t o r i e n t e d g r a p h i c s d i s p o s a l p r o g r a m m i n g t e c h n o l o g y t o d e v e l o p t h e s y s t e m . k e y wo r d s : i n t e l l i g e n t d o o r mo n i t o r i n g s y s t e m , mo n i t o r i n g s o f t w a r e , d a t a b a s e , re a l - t i me co mmu n i c a t i o n l i n l i mi n g ( e l e c t r i c a l p o w e r e n g i n e e r i n g ) d i r e c t e d b y a s s o c i a t e p r o f e s s o r m r . l i h u a n mi n g 丫7 1 2 9 8 2 .目匕o口 尸明 本人郑重声明: 此处所提交的硕士学位论文 智能门禁系统监控软件平台的设计与 开发 ，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取 得的研究成果。 据本人所知， 除了文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他 人已 经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名: 玻迎红日 期 : w s . - 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、 使用学位论文的规定， 即: 学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件; 学校可以 采用影印、 缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文; 学校可允许学位论文被查阅或借阅; 学校可以学术交流为 目 的 ， 复制赠送和交换学位论文; 同 意学校可以 用不同方式在不同 媒体上发表、 传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名; 二圣 盖 塾 竺 。 、: 立 遂 业 期:日期 : 4 1 , h 华北电力大学硕士学位论文 第一章 引言 信息技术是当今应用高技术群的核心技术，它的特点是发展快、应用性好、渗 透性强、广泛应用于国民经济的各个部门。在信息技术的推动下，特别是计算机软 硬件技术和网络技术、 多媒体技术的出现和发展， 智能楼宇等概念和技术应运而生。 本章概括介绍了 “ 智能门禁系统监控软件平台的设计”课题的提出背景，国内 外监控领域的发展状况，本课题的意义及其任务、目 标等。 1 . 1课题的提出背景 智能建筑( i n t e l l i g e n t b u i l d i n g ) 的概念，在2 0 世纪8 0 年代诞生于美国。按照 工 b i ( i n t e l l i g e n t b u i l d i n g i n s t i t u t e ) 机构的定义，智能建筑是通过优化四 个基 本元素:结构、系统、服务和管理来提供有效和舒适的环境。 智能建筑也是信息时代的必然产物，当今世界科学技术发展的主要标志是 4 c 技术( 即c o m p u t e r 计算机技术、c o n t r o l 控制技术、c o m m u n i c a t i o n 通信技术、c r t 图形显示技术) ， 将 4 c技术综合应用于建筑物之中，在建筑物内建立一个计算机综 合网络，使建筑物智能化。建筑智能化结构是由三大系统组成:楼宇自动化系统 ( b a s ) 、办公自动化系统( o a s ) 、通信自动化系统( c a s ) 。而其中楼宇自控系统 ( b u i l d i n g a u t o m a t i o n s y s t e m ) 是智能建筑中不可缺少的重要组成部分， 在智能建 筑中占有举足轻重的地位。 它对建筑物内部的能源使用、 环境及安全设施进行监控， 它的目的是提供一个既安全可靠、节约能源、又舒适的工作或居住环境，同时大大 的提高大厦管理的科学性和智能化水平。智能门禁监控控制系统正是楼宇自 控系统 的一部分，它是一种综合性、多学科、高科技技术集合，系统涉及电子、机械、光 学、计算机技术、通信技术、生物统计学等诸多新技术领域。 在门禁监控系统中， 进出人员通过智能卡， 就可以享受诸如进出通道口、 消费、 用餐及其他日常生活和社会活动中各种便捷、安全、舒适的服务，同时提高社区内 部管理及工作效率。系统可以节省保安人员，管理人员，财务人员等，同时由于采 用非接触式智能卡，其具有无源免接触、防水、防尘、防静电、干扰感应距离远、 多重密码保护等优点，使得系统的使用期限和抗干扰性能都有了很大的提高。 门禁控制系统是智能大厦的集成化安全保护系统的重要组成部分，它是智能大 厦内工作、生活的人们创造安全空间的必要前提，又可以称为出入口控制系统或出 入口管理系统， 是在传统的门锁基础上发展而来的。 它的基本功能通过对门磁开关、 华北电力大学硕士学位论文 第一章 引言 信息技术是当今应用高技术群的核心技术，它的特点是发展快、应用性好、渗 透性强、广泛应用于国民经济的各个部门。在信息技术的推动下，特别是计算机软 硬件技术和网络技术、 多媒体技术的出现和发展， 智能楼宇等概念和技术应运而生。 本章概括介绍了 “ 智能门禁系统监控软件平台的设计”课题的提出背景，国内 外监控领域的发展状况，本课题的意义及其任务、目 标等。 1 . 1课题的提出背景 智能建筑( i n t e l l i g e n t b u i l d i n g ) 的概念，在2 0 世纪8 0 年代诞生于美国。按照 工 b i ( i n t e l l i g e n t b u i l d i n g i n s t i t u t e ) 机构的定义，智能建筑是通过优化四 个基 本元素:结构、系统、服务和管理来提供有效和舒适的环境。 智能建筑也是信息时代的必然产物，当今世界科学技术发展的主要标志是 4 c 技术( 即c o m p u t e r 计算机技术、c o n t r o l 控制技术、c o m m u n i c a t i o n 通信技术、c r t 图形显示技术) ， 将 4 c技术综合应用于建筑物之中，在建筑物内建立一个计算机综 合网络，使建筑物智能化。建筑智能化结构是由三大系统组成:楼宇自动化系统 ( b a s ) 、办公自动化系统( o a s ) 、通信自动化系统( c a s ) 。而其中楼宇自控系统 ( b u i l d i n g a u t o m a t i o n s y s t e m ) 是智能建筑中不可缺少的重要组成部分， 在智能建 筑中占有举足轻重的地位。 它对建筑物内部的能源使用、 环境及安全设施进行监控， 它的目的是提供一个既安全可靠、节约能源、又舒适的工作或居住环境，同时大大 的提高大厦管理的科学性和智能化水平。智能门禁监控控制系统正是楼宇自 控系统 的一部分，它是一种综合性、多学科、高科技技术集合，系统涉及电子、机械、光 学、计算机技术、通信技术、生物统计学等诸多新技术领域。 在门禁监控系统中， 进出人员通过智能卡， 就可以享受诸如进出通道口、 消费、 用餐及其他日常生活和社会活动中各种便捷、安全、舒适的服务，同时提高社区内 部管理及工作效率。系统可以节省保安人员，管理人员，财务人员等，同时由于采 用非接触式智能卡，其具有无源免接触、防水、防尘、防静电、干扰感应距离远、 多重密码保护等优点，使得系统的使用期限和抗干扰性能都有了很大的提高。 门禁控制系统是智能大厦的集成化安全保护系统的重要组成部分，它是智能大 厦内工作、生活的人们创造安全空间的必要前提，又可以称为出入口控制系统或出 入口管理系统， 是在传统的门锁基础上发展而来的。 它的基本功能通过对门磁开关、 华北电 力大学硕士学位论文 门控开关、防盗报警探测器及指纹识别器等传来的信息进行识别、分析，从而有效 地监视并管理门的开启与关闭，保证授权出入门人员的自由出入，限制未授权人员 的进入，对暴力强行侵入的行为及其他异常情况予以报警;同时对出入人员代码、 出入时间、出入门位置号码等信息进行登记存储与管理，以实现对出入事件或人员 的有效检索管理。门禁系统的最终目的是保证防护区域内的安全，实现门与进出人 员的智能化管理，因其系统设备多为带有c p u的电子设备，通过各种通信接口进行 联网，组成一个大的系统，故也称之为智能门禁系统。 另外，由于北京申办 2 0 0 8年奥运会的成功， “ 数字奥运、数字北京”将成为 北京今后几年发展的重中之重。大型体育场馆、运动员村的建设对智能建筑的要求 也越来越迫切。信息技术以及网络技术的发展使得集成多种功能的智能建筑系统应 运而生，如何将这些先进的智能楼宇建筑技术运用到奥运场馆的建设当中去，将是 未来北京奥运建设的主要目 标之一，而作为其核心的智能监控系统软件平台的设计 则是关键。高级联网型门禁系统是随着计算机、通信、多媒体技术发展起来的新型 的多媒体通信业务， 采用先进的i p 技术， 在w i n d o w s 平台上集成的监控系统集现场、 远程控制、远程报警于一体，通过 t c p / i p等多种方式将现场情况实时地传送到控 制中心，使您足不出户就可以方便地实现对设防区域设备的控制及信息反馈，加强 对人、财、物的有序及时有效监控管理，提高了办公效率和资源共享利用率，减少 了人力资源的消费，避免了诸多人为因素的干预，成为企业单位走向科学化、智能 化管理的良 好途径。因此，设计一套实用智能化的监控系统软件平台就显得尤为重 要，此课题就是在这种背景下提出的。 1 . 2国内外发展现状 当今通信技术的发展对门禁系统产品发展的影响力越来越大，原有的专线系统 将不能完全满足用户的需求，m o d e m 通信方式、g s m 方式、g p r s 方式、t c p 八p 方式 日益普及，随着相应通信配件供货价格的稳步下降，使得以上通信方式成为真正生 产厂家的产品必须具备的功能。除通信方式外，可读写感应卡也将逐步取代单纯的 i d 一 卜 ，尤其 1 2 5 k 低频感应卡的用途日 见狭窄。由于方便灵活的通信控制方式，可 读写卡将为感应卡产品带来更广泛的市场空间，使其走出单纯的进出门控制的应 用，还将走向物流、身份识别、多种出入控制、消费等 “ 一卡通”领域，而那些有 技术实力的厂家将在这一新技术提升过程当中从新的市场领域取得相当的回报。 在读写卡技术选择上， 目前p h i l i p s 的m i f a r e 卡成为主流的市场选择， m i f a r e 卡既具备i d 卡的功能又能具备读写能力，严密的密钥系统对数据有很好保密功能， 必将成为 “ 一卡通”系统的首选。在产品应用领域上，用户在选择门禁系统产品时 华北电 力大学硕士学位论文 门控开关、防盗报警探测器及指纹识别器等传来的信息进行识别、分析，从而有效 地监视并管理门的开启与关闭，保证授权出入门人员的自由出入，限制未授权人员 的进入，对暴力强行侵入的行为及其他异常情况予以报警;同时对出入人员代码、 出入时间、出入门位置号码等信息进行登记存储与管理，以实现对出入事件或人员 的有效检索管理。门禁系统的最终目的是保证防护区域内的安全，实现门与进出人 员的智能化管理，因其系统设备多为带有c p u的电子设备，通过各种通信接口进行 联网，组成一个大的系统，故也称之为智能门禁系统。 另外，由于北京申办 2 0 0 8年奥运会的成功， “ 数字奥运、数字北京”将成为 北京今后几年发展的重中之重。大型体育场馆、运动员村的建设对智能建筑的要求 也越来越迫切。信息技术以及网络技术的发展使得集成多种功能的智能建筑系统应 运而生，如何将这些先进的智能楼宇建筑技术运用到奥运场馆的建设当中去，将是 未来北京奥运建设的主要目 标之一，而作为其核心的智能监控系统软件平台的设计 则是关键。高级联网型门禁系统是随着计算机、通信、多媒体技术发展起来的新型 的多媒体通信业务， 采用先进的i p 技术， 在w i n d o w s 平台上集成的监控系统集现场、 远程控制、远程报警于一体，通过 t c p / i p等多种方式将现场情况实时地传送到控 制中心，使您足不出户就可以方便地实现对设防区域设备的控制及信息反馈，加强 对人、财、物的有序及时有效监控管理，提高了办公效率和资源共享利用率，减少 了人力资源的消费，避免了诸多人为因素的干预，成为企业单位走向科学化、智能 化管理的良 好途径。因此，设计一套实用智能化的监控系统软件平台就显得尤为重 要，此课题就是在这种背景下提出的。 1 . 2国内外发展现状 当今通信技术的发展对门禁系统产品发展的影响力越来越大，原有的专线系统 将不能完全满足用户的需求，m o d e m 通信方式、g s m 方式、g p r s 方式、t c p 八p 方式 日益普及，随着相应通信配件供货价格的稳步下降，使得以上通信方式成为真正生 产厂家的产品必须具备的功能。除通信方式外，可读写感应卡也将逐步取代单纯的 i d 一 卜 ，尤其 1 2 5 k 低频感应卡的用途日 见狭窄。由于方便灵活的通信控制方式，可 读写卡将为感应卡产品带来更广泛的市场空间，使其走出单纯的进出门控制的应 用，还将走向物流、身份识别、多种出入控制、消费等 “ 一卡通”领域，而那些有 技术实力的厂家将在这一新技术提升过程当中从新的市场领域取得相当的回报。 在读写卡技术选择上， 目前p h i l i p s 的m i f a r e 卡成为主流的市场选择， m i f a r e 卡既具备i d 卡的功能又能具备读写能力，严密的密钥系统对数据有很好保密功能， 必将成为 “ 一卡通”系统的首选。在产品应用领域上，用户在选择门禁系统产品时 华北电力大学硕士学位论文 会越来越多地要求将其整合到 “ 一卡通”应用环境中。 目 前欧美门禁监控系统市场正逐渐进入成熟阶段，其产业的分工已进人细分阶 段，生产卡和读卡器的厂家就只生产卡和读卡器，如美国的h i d公司、h l - d a l a公 司、德国的d e s t e l e公司。生产控制器的公司就只研究生产控制器和软件，如美国 的n o r t h e r n c o m p u t e r 公司、 c s i 公司。随着其产业化的形成， 各大专业公司由 于 其财力的雄厚、技术的先进、市场的先导以及专业人员的积累，垄断势头不断呈现 出来。正是由于市场的不断成熟，人们在普遍接受门禁系统的观念之后，在采购方 面己可很方便地分别从不同公司采购到各部分设备，自己进行系统集成就可为用户 方便安装成整套系统。随着国内产商硬件技术的成熟，其单套系统的最终用户价己 进入3 0 0 0 元以内。因此，国内市场也已表现出向成长期迅速发展的明显趋势。 由于磁卡、接触式 i c 卡对操作环境的要求较高，磁卡及 i c 卡本身的工作有一 定寿命期， 再加之识别过程中操作者的动作和所需时间明显多于非接触式卡， 因而， 从目 前全球门禁系统的前端输入设备的水平及发展方向来看， 虽然磁卡、 接触式工 c 卜 、 读卡器在门禁系统的应用中还有一部分市场， 但从发展趋势上看， 除宾馆锁外， 磁卡 i c卡读卡器己在逐步快速地退出门禁系统市场，非接触式智能卡势必将全面 取代磁卡、i c 卡市场。非接触式卡和读卡器的关键技术掌握在欧美国家和部分亚洲 国家中。 但真正形成大批量生产的厂家还只有美国; 德国、英国次之;日 本、 台湾、 新加坡处于同一档次;中国还正在起步跟进。 在国内不论是高层楼宇智能化工程或是单一的门禁监控软件，大都是采用外国 的监控组态软件作为平台，主要是因为两点:一是国外的软件在使用的时间上比国 内长， 它的稳定性和功能要优于国产软件; 二是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。 从目 前国情来看，国外的软件存在一些不足之处，主要包括:价格昂贵，中小企 业用户无力担负;国外产品不支持汉化，或是汉化程度差，给系统的维护升级服 务等带来不便;系统集成性不好。 而目前国内应用的智能门禁监控软件也存在一些不足，其缺点在于软件多采用 单用户版本，安全性较差，容易损坏，和第三方集成困难。由于下载每张 i c卡的 信息到门禁控制器需要 3 5 0 m s ，如果系统存在对下位机大批量的操作将十分耗时， 有可以出现系统故障等。另外，由于不是基于多线程操作，当系统信息量较大时， 操作人员执行多任务时，容易出现通信中断和丢数据或是死机的问题。 1 . 3课题的目标和任务 鉴于以上对国内外发展的现状分析，目前开发出一套能配合门禁控制器使用 华北电力大学硕士学位论文 会越来越多地要求将其整合到 “ 一卡通”应用环境中。 目 前欧美门禁监控系统市场正逐渐进入成熟阶段，其产业的分工已进人细分阶 段，生产卡和读卡器的厂家就只生产卡和读卡器，如美国的h i d公司、h l - d a l a公 司、德国的d e s t e l e公司。生产控制器的公司就只研究生产控制器和软件，如美国 的n o r t h e r n c o m p u t e r 公司、 c s i 公司。随着其产业化的形成， 各大专业公司由 于 其财力的雄厚、技术的先进、市场的先导以及专业人员的积累，垄断势头不断呈现 出来。正是由于市场的不断成熟，人们在普遍接受门禁系统的观念之后，在采购方 面己可很方便地分别从不同公司采购到各部分设备，自己进行系统集成就可为用户 方便安装成整套系统。随着国内产商硬件技术的成熟，其单套系统的最终用户价己 进入3 0 0 0 元以内。因此，国内市场也已表现出向成长期迅速发展的明显趋势。 由于磁卡、接触式 i c 卡对操作环境的要求较高，磁卡及 i c 卡本身的工作有一 定寿命期， 再加之识别过程中操作者的动作和所需时间明显多于非接触式卡， 因而， 从目 前全球门禁系统的前端输入设备的水平及发展方向来看， 虽然磁卡、 接触式工 c 卜 、 读卡器在门禁系统的应用中还有一部分市场， 但从发展趋势上看， 除宾馆锁外， 磁卡 i c卡读卡器己在逐步快速地退出门禁系统市场，非接触式智能卡势必将全面 取代磁卡、i c 卡市场。非接触式卡和读卡器的关键技术掌握在欧美国家和部分亚洲 国家中。 但真正形成大批量生产的厂家还只有美国; 德国、英国次之;日 本、 台湾、 新加坡处于同一档次;中国还正在起步跟进。 在国内不论是高层楼宇智能化工程或是单一的门禁监控软件，大都是采用外国 的监控组态软件作为平台，主要是因为两点:一是国外的软件在使用的时间上比国 内长， 它的稳定性和功能要优于国产软件; 二是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。 从目 前国情来看，国外的软件存在一些不足之处，主要包括:价格昂贵，中小企 业用户无力担负;国外产品不支持汉化，或是汉化程度差，给系统的维护升级服 务等带来不便;系统集成性不好。 而目前国内应用的智能门禁监控软件也存在一些不足，其缺点在于软件多采用 单用户版本，安全性较差，容易损坏，和第三方集成困难。由于下载每张 i c卡的 信息到门禁控制器需要 3 5 0 m s ，如果系统存在对下位机大批量的操作将十分耗时， 有可以出现系统故障等。另外，由于不是基于多线程操作，当系统信息量较大时， 操作人员执行多任务时，容易出现通信中断和丢数据或是死机的问题。 1 . 3课题的目标和任务 鉴于以上对国内外发展的现状分析，目前开发出一套能配合门禁控制器使用 华北电力大学硕士学位论文 功能强大的监控软件具有十分重要的市场价值和意义。课题目标是实现通过系统软 件来监测和控制门禁机运行状态，最大限度地发挥门禁控制器的联网功能，最终达 到用户便捷的使用目的，设计总体要求实现以下几个方面: ( 1 )通信协议的定制 ( 2 )数据库设计 ( 3 ) 串口通信方式的实现 最终设计完成的软件要有友好的运行界面，易于使用、维护等特点，同时还应 该能够长期可靠运行 。 1 . 4本章小结 本章首先分析了智能门禁监控系统软件平台的研究背景，然后详细介绍了目前 国内外在这方面的研究现状，并分析了几个具有代表性的产品。在充分认识了国内 智能门禁监控系统的发展现状后，结合当前计算机技术以及网络技术的发展分析了 开发适用当前国内实际使用的监控系统软件平台的必要性，以及实现此系统的可行 性。最后，对本文的主要研究内容和结构进行了简单介绍。 第二章 智能门禁整体系统构成以及硬件部分设计 门禁监控系统是安全防范系统体系中的重要组成部分，也是企业面向现代化管 理的重要标志，随着现代化管理水平的提高，企业对安全管理要求不断提高，作为 企业信息的一部分需要与其他系统信息整合实现多功能的安全管理。本文介绍的门 禁控制管理系统是一个集门禁管理、人员管理和考勤系统于一身的网络管理系统， 所设计的监控软件支持的是北京华电天达科技有限责任公司开发的t d c 2 0 0 0 型号智 能门禁控制器，以下对该系统整体构成及硬件部分设计作详细的介绍。 2 . 1 智能门禁系统介绍 门禁监控系统的基本组成部分包括前端识别系统、电锁系统、前端控制系统和 中央管理系统等四部分，如图2 - 1 所示。 前端识别系统对出入人员进行特征读取与识别，如读取卡号、密码、指纹等， 并将读到的有效信息送往分布式控制系统进行判断。电锁系统是一套机电或电磁系 统，它接受分布式控制系统的信息，进行开锁、闭锁动作。前端控制系统也称为控 华北电力大学硕士学位论文 功能强大的监控软件具有十分重要的市场价值和意义。课题目标是实现通过系统软 件来监测和控制门禁机运行状态，最大限度地发挥门禁控制器的联网功能，最终达 到用户便捷的使用目的，设计总体要求实现以下几个方面: ( 1 )通信协议的定制 ( 2 )数据库设计 ( 3 ) 串口通信方式的实现 最终设计完成的软件要有友好的运行界面，易于使用、维护等特点，同时还应 该能够长期可靠运行 。 1 . 4本章小结 本章首先分析了智能门禁监控系统软件平台的研究背景，然后详细介绍了目前 国内外在这方面的研究现状，并分析了几个具有代表性的产品。在充分认识了国内 智能门禁监控系统的发展现状后，结合当前计算机技术以及网络技术的发展分析了 开发适用当前国内实际使用的监控系统软件平台的必要性，以及实现此系统的可行 性。最后，对本文的主要研究内容和结构进行了简单介绍。 第二章 智能门禁整体系统构成以及硬件部分设计 门禁监控系统是安全防范系统体系中的重要组成部分，也是企业面向现代化管 理的重要标志，随着现代化管理水平的提高，企业对安全管理要求不断提高，作为 企业信息的一部分需要与其他系统信息整合实现多功能的安全管理。本文介绍的门 禁控制管理系统是一个集门禁管理、人员管理和考勤系统于一身的网络管理系统， 所设计的监控软件支持的是北京华电天达科技有限责任公司开发的t d c 2 0 0 0 型号智 能门禁控制器，以下对该系统整体构成及硬件部分设计作详细的介绍。 2 . 1 智能门禁系统介绍 门禁监控系统的基本组成部分包括前端识别系统、电锁系统、前端控制系统和 中央管理系统等四部分，如图2 - 1 所示。 前端识别系统对出入人员进行特征读取与识别，如读取卡号、密码、指纹等， 并将读到的有效信息送往分布式控制系统进行判断。电锁系统是一套机电或电磁系 统，它接受分布式控制系统的信息，进行开锁、闭锁动作。前端控制系统也称为控 华北电力大学硕士学位论文 功能强大的监控软件具有十分重要的市场价值和意义。课题目标是实现通过系统软 件来监测和控制门禁机运行状态，最大限度地发挥门禁控制器的联网功能，最终达 到用户便捷的使用目的，设计总体要求实现以下几个方面： ( 1 ) 通信协议的定制 ( 2 ) 数据库设计 ( 3 ) 串口通信方式的实现 最终设计完成的软件要有友好的运行界面，易于使用、维护等特点，同时还应 该能够长期可靠运行。 1 4 本章小结 本章首先分析了智能门禁监控系统软件平台的研究背景，然后详细介绍了目前 国内外在这方面的研究现状，并分析了几个具有代表性的产品。在充分认识了国内 智能门禁监控系统的发展现状后，结合当前计算机技术以及网络技术的发展分析了 开发适用当前国内实际使用的监控系统软件平台的必要性，以及实现此系统的可行 性。最后，对本文的主要研究内容和结构进行了简单介绍。 第二章智能门禁整体系统构成以及硬件部分设计 门禁监控系统是安全防范系统体系中的重要组成部分，也是企业面向现代化管 理的重要标志，随着现代化管理水平的提高，企业对安全管理要求不断提高，作为 企业信息的一部分需要与其他系统信息整合实现多功能的安全管理。本文介绍的门 禁控制管理系统是一个集门禁管理、人员管理和考勤系统于一身的网络管理系统， 所设计的监控软件支持的是北京华电天达科技有限责任公司开发的t d c 2 0 0 0 型号智 能门禁控制器，以下对该系统整体构成及硬件部分设计作详细的介绍。 2 1 智能门禁系统介绍 门禁监控系统的基本组成部分包括前端识别系统、电锁系统、前端控制系统和 中央管理系统等四部分，如图2 一l 所示。 前端识别系统对出入人员进行特征读取与识别，如读取卡号、密码、指纹等， 并将读到的有效信息送往分布式控制系统进行判断。电锁系统是一套机电或电磁系 统，它接受分布式控制系统的信息，进行开锁、闭锁动作。前端控制系统也称为控 4 华北电力人学硕士学位论文 制器或门控器，通常分散安装在门的附近，它对前端识别系统送来的识别信号进行 判断，以确定该人员是否具有进出门的权限：若有权限，则向电锁系统发出控制信 号，进行开门动作；同时记录各种事件信息及产生报警，并通过通信接口将事件与 告警信息送往中央管理系统。前端控制系统是门禁系统的核心，它承担着门禁的绝 大部分控制和管理功能；其功能和性能在很大程度上决定着整个门禁系统的性能。 中央管理系统是一套计算机管理系统，它通过通信网络与各前端控制系统相连，接 收、存储各种事件和报警信息并可进行检索，参数设定，以及人员、区域、时间等 的管理，进行远程操作。此外，一个完善的门禁系统还包括电源、门磁开关、出门 按钮、报警器，红外探测器等许多附属设备。 图2 1 门禁系统的基本组成 本系统由多个门禁控制器、多路通道控制器和监控计算机p c 组成，通过r s 一4 8 5 接口，实现多路控制器与计算机之间的数据交换，p c 机完成整个链路的管理和人机 交互的功能，对各门禁控制器采集的实时数据进行动态显示、存储和打印。门禁控 制器能够独立完成数据采集、数据暂存，实现环境参数的巡回监视，根据设定的参 数输出控制信号，直接控制输出设备。 门禁系统的设备主要有由读卡器，非接触卡，电磁锁，门锁开关，控制器，手 动按钮，计算机及系统软件组成。控制器由门禁机和读卡器组成，每个门禁机可以 带4 个读卡器，每个读卡器控制一个门若是采用出门刷卡取代按钮方式，则每个 门禁控制器可以控制两个门。 门禁监控系统硬件部分应当具备的功能有： ( 1 ) 自动记录人员出入情况，限制内部人员的进出区域和进出时间，拒绝未授 权的来客，并发出报警信息。 ( 2 ) 系统的每个远端控制器通过总线方式与控制中心实时联系，记录所有进出 s 华北电力大学硕士学位论文 人员的信息，包括人员姓名、进出时间、进出方式、区域。 ( 3 ) 如果发生火灾等意外时，各个远端智能控制器能同时全局联动，打开所有 的门以紧急疏散人群并发出报警信号，控制器对于非法闯入事件，胁迫开门等也会 采取报警并处理。 ( 4 ) 系统在不联机的状态下( 无后台监控软件支持) ，可以对卡片持有者进行 各种权限的授权，包括访问时间，区域等。 2 2 系统硬件部分设计 下面介绍门禁监控系统的硬件结构布局：主控中心由监控计算机、系统监控软 件、门禁系统控制器构成，如图2 2 所示。 图2 - 2 门禁系统硬件构成图 其中门禁控制器，读卡器，电予锁，门磁，丌门按钮，非接触卡构成基本的门 禁控制单元设备。其中非接触卡是系统前端识别系统的真正数掘载体，其通常由耦 合元件以及微电子芯片组成，在下节将对射频识别系统作介绍。 门控器内部电路原理图如下图2 3 所示： 6 华北电力大学硕士学位论文 图2 3 门控器内部电路原理图 控制器是门禁系统的核心，它主要由m c s 5 l 和a i t e r ac p l d 以及相应的外围电 路组成。对门锁的一切操作均由它来控制完成，主机下发的控制命令和门锁状态和 记录信息都经由门禁控制其来传送。 22 1 非接触智能卡的介绍 非接触式i c 卡又称射频卡，诞生于9 0 年代初，是世界上最近几年发展起来的一 项新技术。它成功地将射频识别技术和i c 卡技术结合起来，解决了无源( 卡中无电 源) 和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破，通常射频识别由非接触卡( 数 据载体) 和读卡器组成。 非接触式i c 卡由i c 芯片，感应天线组成，并完全密封在一个标准p v c 卡片中， 无外露部分。非接触式i c 卡的读写过程，通常由非接触型i c 卡与读写器之间通过 无线电波来完成读写操作。非接触型i c 卡本身是无源体，只有在读卡器响应范围 之内，它才是有源的。 当读写器对卡进行读写操作时，读写器发出的信号由两部分叠加组成：一部分 是电源信号，该信号由卡接收后，与其本身的l c 产生谐振，产生一个瞬间能量来 供给芯片工作。另一部分则是结合数据信号，指挥芯片完成数据、修改、存储等， 并返回给读写器。由非接触式i c 卡所形成的读写系统，无论是硬件结构，还是操 作过程都得到了很大的简化，同时借助于先进的管理软件，可脱机的操作方式，都 使数据读写过程更为简单。 华北电力火学硕士学位论文 图2 4 非接触式感应i c 卡读写原理图 与接触式i c 卡相比较，非接触式卡具有以下优点： ( 1 ) 可靠性高 非接触式i c 卡与读写器之间无机械接触，避免了由于接触读写而产生的各种故 障。例如：由于粗暴插卡、非卡外物插入、灰尘或油污导致接触不良等原因造成的 故障。此外，非接触式卡表面无裸露的芯片，无须担心芯片脱落、静电击穿、弯曲 损坏等问题，既便于卡片的印刷，又提高了卡片的使用可靠性。 ( 2 ) 操作方便 由于非接触通讯，读写器在l o c m 范围内就可以对卡片操作，所以不必插拨卡， 非常方便用户使用。非接触式卡使用时没有方向性，卡片可以任意方向掠过读写器 表面，即可完成操作，这大大提高了每次使用的速度。 ( 3 ) 防冲突机制 非接触式卡中有快速防冲突机制，能防止卡片之间出现数据干扰，因此，读写 器可以“同时”处理多张非接触式i c 卡。这提高了应用的并行性，无形中提高了系 统工作速度。 ( 4 ) 可以适合于多种应用 非接触式卡的存储结构特点使它一卡多用，能应用于不同的系统，用户可根据 不同的应用设定不同的密码和访问条件。 ( 5 ) 加密性能好 非接触式卡的序列号是唯一的，制造厂家在产品出厂前己将此序列号固化，不 可再更改。非接触式卡与读写器之间采用双向验证机制，即读写器验证i c 卡的合法 性，同时i c 卡也验证读写器的合法性。非接触式卡在处理前要与读写器进行三次相 互认证，而且在通讯过程中所有的数据都加密。此外，卡中各个扇区都有自己的操 作密码和访问条件。 非接触式i c 卡集成了接触式i c 卡的优点，保密性好，同时省去了刷卡过程，提 高了识别速度，而且由于在识别系统中不存在活动机械裟置，杜绝了塞卡现象的发 生，从而提高了可靠性，因此非接触式i c 卡成为门禁系统的理想识别技术。 2 2 2 韦根格式说明 韦根格式协议在非接触i c 卡的数据传输中被广泛使用，本小节较详细的对韦根 协议( 2 6 b i t ) 的内容及规范进行介绍的同时，给出了在门禁系统中的应用实例。 韦根协议又称韦根码，它在数据的传输中只需两条数据线，一条为d a t a o ，另一 条为d a t a l 。协议规定，两条数据线在无数据时均为高电平，如果d a t a o 为低电平代 表数据0 ，d a t a l 为低电平代表数据l ( 低电平信号低于1 v ，高电平信号太于4 v ) 。 华北电力大学硕士学位论文 图2 - 4非接触式感应i c 卡读写原理图 与接触式i c 卡相比较，非接触式卡具有以下优点: ( 1 ) 可靠性高 非接触式i c 卡与读写器之间无机械接触，避免了由于接触读写而产生的各种故 障。例如:由于粗暴插卡、非卡外物插入、灰尘或油污导致接触不良等原因造成的 故障。此外，非接触式卡表面无裸露的芯片，无须担心芯片脱落、静电击穿、弯曲 损坏等问题，既便于卡片的印刷，又提高了卡片的使用可靠性。 ( 2 ) 操作方便 由于非接触通讯，读写器在1 o c m 范围内就可以对卡片操作，所以不必插拨卡， 非常方便用户使用。非接触式卡使用时没有方向性，卡片可以任意方向掠过读写器 表面，即可完成操作，这大大提高了每次使用的速度。 ( 3 ) 防冲突机制 非接触式卡中有快速防冲突机制，能防止卡片之间出现数据干扰，因此，读写 器可以 “ 同时”处理多张非接触式i c 卡。这提高了应用的并行性，无形中提高了系 统工作速度。 ( 4 ) 可以适合于多种应用 非接触式卡的存储结构特点使它一卡多用，能应用于不同的系统，用户可根据 不同的应用设定不同的密码和访问条件。 ( 5 ) 加密性能好 非接触式卡的序列号是唯一的，制造厂家在产品出厂前已将此序列号固化，不 可再更改。非接触式卡与读写器之间采用双向验证机制，即读写器验证i c 卡的合法 性，同时i c 卡也验证读写器的合法性。非接触式卡在处理前要与读写器进行三次相 互认证，而且在通讯过程中所有的数据都加密。此外，卡中各个扇区都有自己的操 作密码和访问条件。 非接触式i c 卡集成了接触式i c 卡的优点，保密性好，同时省去了刷卡过程，提 高了识别速度，而且由于在识别系统中不存在活动机械装置，杜绝了塞卡现象的发 生，从而提高了可靠性，因此非接触式i c 卡成为门禁系统的理想识别技术。 2 . 2 . 2 韦根格式说明 韦根格式协议在非接触 i c 卡的数据传输中被广泛使用， 本小节较详细的对韦根 协议( 2 6 b i t ) 的内容及规范进行介绍的同时， 给出了在门禁系统中的应用实例。 韦根协议又称韦根码，它在数据的传输中只需两条数据线， 一条为 d a t a o ， 另一 条为d a t a l 。协议规定， 两条数据线在无数据时均为高电平， 如果 d a t a o 为低电平代 表数据 0 , d a t a l 为低电平代表数据 1 ( 低电平信号低于 1 v ， 高电平信号大于 4 v) 。 华北电力大学硕士学位论文 韦根码有多种数据格式，该系统通讯方式为三线制串行数据通讯，按位发送数 据，通讯线包含两根数据线和公共线，发送方式见下图所示: 发送 “ 1 ”示意图: 侧 1 3 0 u ss -: 5 际 1 7 0 0 u s 左右 - -i 枷加 引130us5 ;5 阵 1 7 0 0 u s 左右 钊 发逻辑 1 时， 其中一根通讯线持续1 3 0 u s 左右的低电平， 电平，另一根通讯线保持高电平。发逻辑0 时，与之相反， 然后持续 1 7 0 0 u s 左右的高 接收端按上述时序接收。 以下为发送 “ 0 ”示意图: 州13 0 u s 6 4 - 17 0 0 u s2 n别 ,; ,) , 7 一一 - 130u sm ff 17 0 0u stc t引 韦根码在门禁系统中作为识别前端协议被广泛应用， 一般由7 条不同颜色的线组成，包括绿色:d a t a o ，白色: 韦根 2 6 6 i t 读卡头的接口 d a t a l ，红色:直流电源 5 / 1 2 v ，黑色:地线，灰色:蜂鸣器 要使用两条数据线d a t a l , d a t a o , ，棕色/ 蓝色:l e d控制。在该系统中，我们主 电源线，地线和蜂鸣器，l e d控制线。 2 . 3 系统硬件的关键技术 复杂可编程逻辑器件一c p l d ( c o m p l e x p r o g r a m m a b l e l o g i c d e v i c e s ) 是随着半 导体工艺不断完善， 用户对器件集成度要求不断提高的形势下发展起来的。 c p l d 是 复杂的p l d ，专指那些集成规模大于 1 0 0 0 门以上的可编程逻辑器件。 考虑到可编程器件 c p l d比普通离散逻辑器件具有更高的集成度和更强的可维 护性，因此在设计中选用 a l t e r a公司的e p m 7 1 2 8 s q c 。主要功能为扩展单片机输入 输出接口 和w e i g e n d 通讯格式串并转换等，设计目的有以下几点: ( 1 ) 由于单片机输入输出引脚的数目所限，不能满足更多的输入输出要求，本 设计中输入输出数目较多，如果用多片 8 2 5 5或 1 2 c总线的芯片作为输入输出扩展 又会增加成本及电路的复杂程度，