无线门禁系统的设计与实现

【摘要】论文首先从门禁系统的重要性下笔着手，通过对门禁系统的组成和分类的探讨，进而详细的阐述了无线门禁系统的设计与实现。

【关键词】无线门禁系统，设计，实现

中图分类号： S611 文献标识码： A

一、前言

随着时代的不断发展，对门禁的要求也越来越高，这就要求必须要重视无线门禁系的重要性，并努力提高设计水平，运用科学技术，为无线门禁系统的设计与实现提供有力的保障。

二、门禁系统的重要性

门禁系统又称安全出入控制系统，主要用于控制管理何人何时可以进出何地。射频IC卡门禁系统，摒弃了传统的钥匙开门方式，利用一张小小的非接触式IC卡取代开门钥匙，不仅可以自动识别进出人员的身份，控制人员的进出，对人流的通行进行实时监控，同时还可以保存一定时段内的所有监控记录，生成监控报表，在需要的时候提供安全方面的有力佐证；另外，通过权限的设定，可以用一张卡开启多处门锁；在员工调离、卡丢失、取消权限等情况下，无须换锁和配钥匙，只要在系统中修改设置，便可方便且安全地实现门锁控制功能，特别适合于一些重要部门，如财务室、机房、仓库、生产作业现场等场所的安全出入控制。

门禁系统是无线弱电系统中的一个安防系统，它主要以现代安全管理措施和自动识别技术为核心，是一种新型现代化安全管理系统，因而它又被称为出入口自动化管理系统。门禁系统主要应用于楼房内的出入口、电梯、设备管理、奢侈品库房等重要部门上，通过计算机或是人机交互系统可以查看管理记录：人员、时间、方向等。它给使用人员带来极大方便的同时，也为管理人员提供了安全、高效、自动化的管理方式。

随着科技的进步，门禁系统的无线化程度也越来越高，俨然成为建筑物现代化的一种标志之一。由于传统的接触式ID卡门禁系统的读写速度慢，容易磨损，布线繁杂，投入资金大等缺点，已经无法适应现代无线建筑对于安防系统的要求。

因而随之更为主流的射频识别技术诞生了，它就是非接触式ID卡，它具有读写速度快，寿命长等优点。射频卡技术在门禁系统中的应用已逐渐成为市场上的主流。另外，采用无线传输模式可以一定程度上避免有线传输模式布线繁琐的缺点，它还具有稳定性高，实时性佳，系统灵活性也优于有线传输，还可以减少项目的投入资金。在后续的改进上，本设计仍有巨大的扩展空间，可以根据用户的需求适当的增加门禁发射端，即增多可控节点，另外，也可以在功能上和视频监控、人体感应、防盗报警等多方面的联动。

三、门禁系统的组成和分类

1、门禁系统的组成

图1 门禁系统的组成

门禁系统由读卡器、控制器、电磁锁、识别卡和计算机组成。对识别卡和读卡器来说，可分为两大类，即接触式和非接触式。所谓接触式是指必须将识别卡插入读卡器内或在槽中划一下，才能读到卡号，例如：IC卡、磁卡等，这类卡和读卡器有着不可避免的缺点：磁卡极易受强磁干扰而丢失数据，易被复制，在摩擦、湿热等条件下易丢失数据，使用寿命短。非接触式读卡器是指识别卡无需与读卡器接触，相隔一定的距离就可以读出识别卡内的数据，MOTOROLA及HP两大公司均采用后者。员工只需将卡上的读卡区对准读卡器上的红外线射线，门就会自动打开。

控制器是门禁系统的核心，它由一台微处理机和相应的外围电路组成。如果将读卡器比作系统的眼睛，将电磁锁比作系统的手，那么控制器就是系统的大脑，由它来决定某一张卡是否为本系统已注册的有效卡，该卡是否符合所限定的时间段，从而控制电磁锁是否打开。

2、门禁系统的分类

（一）、联网式门禁系统包括

感应卡、读卡器、电磁锁、控制器、信号收发器、计算机及系统软件。以MOTOROLA北亚中心为例，该公司要求把员工分为公司最高管理层、公司高级职员、公司普通职员、警卫和清洁工等五个级别进行管理，对不同部门（级别）及个别员工在哪些时段可进入哪些办公室都作了规定。公司内门的种类较多，有自动玻璃门、单开玻璃门、双开玻璃门和木质门等多种。对于不同类型的门，需配置不同类型的电动锁，通常单开玻璃门选用磁力锁，双开玻璃门选用电插锁，木质门选用电动阴锁。对于每层电梯间处的双开玻璃门，要求大部分员工可免持卡进入，所以选用远距离感应读卡器，其最大感应距离可达70cm以上；其他办公室门则选用感应距离在12～15cm的读卡器。

图2 联网式门禁系统示意图

联网式门禁系统具有以下优势：系统安全系数高，性价比好，功能强大，操作便捷，可以通过刷卡记录数据分析和管理衍生出考勤等增值功能。

（二）、单门式门禁系统包括

感应卡、读卡器、电磁锁、控制器和电源箱。与联网式门禁系统相比，少了统计、查询和考勤等功能，比较适合无须记录历史数据的场所。

图3 单门式门禁系统示意图

四、无线门禁系统的设计与实现

1、设计要求

无线的应用并不是简单的读写卡操作，而是一个综合性的工程项目。它不仅包括卡和读写模块的选择，还涉及到读写模块的控制、数据的传输、数据的处理和存储；既需要有硬件应用的知识、也还必须具有软件方面的能力。下面我们以一个完整的应用系统为例，详细地描述了各组成部分的设计要求、完成的功能及具体的实现方法。

2、无线门禁系统――门禁机模块的设计

（一）、非接触式IC卡读写头部分

读头部分采用非接触无线读写模块，由读卡器读入数据并加以保存，无线按常规要具有加密和数据分区存储功能，读写头的读写距离在5-10厘米左右，必须具有掉电保护、精确时间记时和显示，3K―5K的临时数据存储。

（二）、门禁机主控模块

无线门禁机主控模块是无线门禁机系统的核心部分，主要包括MCU、键盘、显示、电子时钟、外部数据存储器及掉电保护和看门狗电路，有精确时间记时和显示。

3、无线门禁系统――系统管理模块的设计

（一）、系统管理主控模块设计

设计门禁上层软件的主控模块，其主要实现的功能设置最高权限卡和一般权限卡。能对丢失的卡进行挂失，对找回的卡进行解挂，同时还要具备查找功能。

（二）、系统管理的数据库管理软件设计

主要内容：运用高级语言编程，制作数据库管理软件。采集下位机的数据并保存，然后管理采集到的数据，具有采集、数据更新、查询统计和报表的打印功能

4、无线门禁系统――数据传输模块的设计

完成中央控制电脑与门禁读写器之间的数据传输协议的设计，能实现主、从机的双向数据传输及一对

一、一对多的数据传输。

5、无线通信协议设计

采用主从结构通信模式，后台管理PC机为主机，各门禁控制点主控器为从机，主机通过收发器分时轮循向从机发送指令，为在视觉上获得与实时系统同样的效果，与同一个收发器通信的从机数量不要超过255个，从机数量每超过255个，可增加一个收发器，并利用SRWF-5*的跳频特性将增加的收发器以及与之通信的从机全部设为另一个通信频率。

6、后台管理中心

后台管理中心包括通信程序与管理程序两部分。通信程序经由收发器负责管理程序与主控器程序之间的数据交换，同时负责收取主控器中记录存入数据库。管理程序负责人员信息管理、卡片管理、设备管理、权限管理、实时监控、各种报表的输出等。

7、系统的安全性

（一）、UKey（U盾）使用

每把门锁及每张门卡上均有用户唯一的密钥，无法复制以防止外界破解和进入。无线门锁采用干电池供电，一般可持续使用1年以上，而目前多数的有线门禁的门锁是通电工作，只要断电所有门都自动开启，公司的安保将受到严重影响。

（二）、动态密钥

动态密钥的基本思想是在保持系统主密钥不变的情况下，无线门禁主控器与无线门锁每通讯一次，就使用本次通讯中产生的数据动态改写通讯密钥一次，以此来确保通讯密钥不断更新，从而不被破解。

（三）、AES加密

无线门禁主控器与无线门锁通讯数据采用AES加密技术。AES（TheAdvancedEncryptionStandard）是美国国家标准与技术研究所（NIST）最新发布的加密技术标准。旨在取代目前包括银行业电子资金转帐等领域仍广泛使用的DEC数据加密标准。

五、无线门禁系统的衍生应用

无线门禁系统建成之后，并不是仅用于对门的控制和管理，还可以在门禁系统的基础上，衍生出更多的应用情景。

图4 无线门禁系统的衍生应用

依托门禁系统的基础数据和网络，可以实现下列主要应用：

1、出入口控制系统

系统通过管理范围内的门禁控制器进行分级，实现全面统一的安防管理。例如：可以设定一级、二级、三级三层通行级别。一级门禁设置为围墙门禁，实现工程建设期、生产期全厂出入厂区围墙人流、车流、物流分散管理和控制；二级门禁为核心生产厂区及核心区域门禁，实现核心厂内及核心区域人流、车流的安全可控；三级门禁为重点区域门禁，如中央控制室、中央实验室、金库、危险品库房、油库等安全级别最高，通过三级门禁以保证此类重点目标的安全和进出人员处于受控状态，减少安全隐患。

2、人员实时监控

通过对门禁系统人员刷卡数据的分析，系统管理员可以实时的了解在门禁系统的管理范围内，人员的分布情况以及跟踪每个人的通行路径。并且在发生紧急情况的时候，快速的定位每个人的所属位置和区域内的人数。能够第一时间知道现场的人员情况，为应急响应处理提供最准确的数据资料。

3、考勤管理系统

考勤系统充分利用人员进出门禁数据，实现人事考勤系统，设置多种类别班次考勤时间及考勤方式，通过各类报表和查询功能，对企业人员上班、迟到、早退等人员出勤情况实现真实可控，有据可查、考核到位，全面提高企业人力资源的利用和管理水平，提高企业运营、管理效率及企业综合竞争力。

4、消费管理系统

根据系统建设的实际情况，系统实现企业员工食堂就餐、乘车及其他企业内部的消费功能，确保企业员工内部消费统一管理，实现园区内的多种消费无币化消费管理。

5、车辆出入控制管理系统

根据企业建设期、生产期、维修期间对车辆管理实际需要，可在各停车场、车库、车辆通道设立车辆出入控制系统。车辆进出必须打卡，实现对进出车辆的安全、有效、及时统一管控，确保厂区行车和停车安全。

6、在线巡检管理系统

通过在厂区、装置设置巡检点，在线监控巡检人员打卡情况，确认巡检到位情况和时间，实现全厂在线巡检管理，提高和促进全厂巡检的质量和效率。

7、会议室管理系统

员工可以通过该系统进行会议室申请，会议室管理员可以把相关信息发布至会议显示终端，参会人员通过门禁系统进行刷卡签到，人员参会信息可以进行相关查询统计。

8、访客管理系统

访客管理系统用于对来客进行电子化登记管理，可简化登记流程，实现无纸化作业，不仅便于日后管理， 同时也方便了来客进出提高了交往的效率，提升了企业形象。访客管理系统通过二代身份证读取器，方便添加访客基本信息。系统会根据访客的历史记录，自动显示以前访问的部门、员工姓名、访问时间。快速的记录人员进出信息，并能提供灵活的查询及管理功能。

六、结束语

通过对无线门禁系统中的分析，可以清楚的看出无线门禁系统设计的重要性，门禁系统的好坏就是由设计所决定的，所以一定要提高设计人员的职业技能，不断完善无线门禁系统的设计。