CN105225317A - 一种多路集中管理的网络门禁控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多路集中管理的网络门禁控制系统，包括密码键盘、读卡器、门禁控制器、集中管理器以及上位机。在学校、酒店、办公大楼等需要大量集中安装门禁的场所，传统的单门以及双门控制器存在管理繁琐、安装复杂、布线困难、系统不易扩展等问题。本发明采用多层次模块化结构，将最多24路分散的单门双向门禁控制器通过控制器局域网络接入集中管理器，然后统一通过集中管理器采用TCP/IP协议作为联网模式接入以太网，由上位机进行远程监听以及控制。本发明具有集成度高、扩展性好、成本低、易安装等优点，适合大量集中安装门禁的场所。

Description

一种多路集中管理的网络门禁控制系统

技术领域

本发明涉及门禁技术领域，尤其涉及一种多路集中管理的网络门禁控制系统。

背景技术

门禁控制系统，又称出入管理控制系统(AccessControlSystem,ACS)，它是在传统的门锁基础上发展而来的。目前，随着数字信息技术以及网络技术的发展与普及，门禁系统得到了广泛的应用，它对出入门和通道的管理也早已超出了单纯的对门锁及钥匙的管理，它能够时刻自动记录人员的出入情况，限制内部人员的出入区域、出入时间，礼貌地拒绝不速之客，已发展成为一套现代化的、功能齐全的管理系统。

最早出现网络化门禁是在上世纪九十年代。随着门禁系统应用范围的日渐广泛，人们对门禁系统的诉求不再局限于单一的出入口控制，而是要求其同时具备门禁控制、考勤管理、楼宇自控等多种控制功能，并对系统的整合和远程控制功能有了明确的要求。然而，传统门禁基于RS485通讯方式，传输距离和节点数量都受到限制，无法实现远程控制和智能化管理。基于以太网传输方式的网络化门禁应运而生，它不但解决了远距离的传输问题，在管理方面，也使更多服务器、工作站的参与成为可能，从而为客户提供多级、多模块的门禁管理。

顺应应用需求变化，许多门禁厂商都纷纷推出网络门禁产品。所谓网络化门禁是指基于TCP/IP协议进行数据传输的门禁系统，控制中心服务器与前端控制器都采用网络化结构，管理系统中各服务器和工作站（PC）之间也都通过网络进行数据传输。网络门禁控制系统具有下列功能特点：

（1）数据共享：利用系统资源，加快数据交换速度。

（2）实时监控：对系统内的所有终端进行实时监控。

（3）快速检索：在同一个数据库中可以一次检索所有记录，提高效率和准确性。

（4）综合统计：所有统计报表可在管理中心完成。

（5）方便管理：在管理中心可完成对所有系统的管理。

相比于传统的门禁系统，网络门禁控制系统具有可远程控制、通信速度快、网络不受距离限制、系统可管理的控制器数量庞大等优点，采用TCP/IP协议作为联网模式的门禁系统已经成为大型门禁系统项目和远程管理门禁系统项目的主流产品。

根据可控制门的数量分类，主流的门禁控制器有以下几种:

（1）单门控制器：只控制一扇门，不能区分是进还是出。这种控制器一般都集成在门禁一体机中。

（2）单门双向控制器：控制一扇门，可以区别是开门还是关门。

（3）双门单向控制器：可以控制两扇门，但是不能区分是进门还是出门。

（4）双门双向控制器：控制两扇门，并且可以区分是进门还是出门。

（5）四门单向控制器：顾名思义，就是一个控制器可以控制4个扇门。

（6）四门双向控制器：比四门单向控制器多出一个功能，区别是进门还是出门。

（7）多功能控制器：可以根据具体要求在1门双向和2门单向这两个功能间转换，应用比较灵活。

可见，主流的门禁控制器可同时控制的门的数量一般在4扇以下，且每个门禁控制器在安装时均需要单独铺设电力线，对于网络门禁控制器，还需要单独铺设远程通信信号线，在酒店、学校、办公大楼等需要大量集中安装门禁的场所，传统的单门以及双门控制器存在管理繁琐、安装复杂、布线困难、系统不易扩展等问题。

发明内容

本发明针对上述背景技术中存在的问题，目的是提供了一种集成度高、扩展性好、成本低、易安装的多路集中管理的网络门禁控制系统。本发明采用多层次模块化结构，将最多24路分散的单门双向门禁控制器通过控制器局域网络(ControllerAreaNetwork,CAN)接入集中管理器，然后统一通过集中管理器采用TCP/IP协议作为联网模式接入以太网。由于CAN总线节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能，各个门禁控制器在发生故障时不会相互影响。并且，集中管理器可以分担门禁控制器的大量管理类任务，使得门禁控制器对主控芯片的性能要求大大降低，在门禁需求量大的场所成本优势尤为明显。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种多路集中管理的网络门禁控制系统，包括密码键盘、读卡器、门禁控制器、集中管理器以及上位机，所述密码键盘设置在出入口处，用于输入密码开门；所述读卡器和门禁控制器安装在密码键盘后部，和密码键盘封装在同一个外壳中，所述读卡器用于读取MIFARE卡信息，通过射频识别方式与卡片进行信息交换；所述门禁控制器用于控制门的开启和关闭，同时对所述上位机的命令进行处理；所述集中管理器包括集中管理模块和总线转换模块，集中管理模块通过网线连接若干路门禁控制器，总线转换模块与上位机连接，所述集中管理器用于集中管理门禁控制器，对上位机的命令进行处理或转发；所述上位机用于对门禁系统进行远程监听以及控制。

每个门禁控制器能够连接两个读卡器，分别安装在门内外，两个读卡器之间通过同轴电缆连接；在只需要单门单向控制的场所，则门禁控制器只连接门外的一个读卡器。

所述读卡器采用一片MIFARE卡专用的读写处理芯片MFRC500，为了与MIFARE卡通信，读卡器内还接有能发射和接收射频信号的天线电路，天线电路分三部分：射频模块发送端口滤波和阻抗匹配电路、射频模块接收端口接收电路、射频模块发射接收天线及其匹配电路，两个读卡器互联时共用一片MFRC500芯片，两端的天线电路通过同轴电缆连接。

所述门禁控制器采用以太网供电方式进行供电，根据IEEE802.af标准，设备通过双绞线提供48V、不超过350mA电流的电能，不必再单独铺设电力线。

所述门禁控制器由PoE模块、密码键盘、单片机和外围电路组成；所述的PoE模块，采用TI公司的专用PoE芯片TPS23753A；所述的单片机和外围电路：一片Microchip公司的PIC18F45K80单片机，外接实时时钟电路以及CAN总线驱动电路。

所述门禁控制器还包括红外传感器模块，当在非法时间内有人员靠近时触发警报。

所述集中管理器集中管理24路门禁控制器。

所述集中管理器由控制器外壳、电源模块、单片机和外围电路组成，控制器外壳设有电源接口、网络接口、以及CAN总线接口，CAN总线接口旁设有电源指示灯以及通信指示灯；所述的电源模块：由TI公司的开关电源芯片LM2596构成的BUCK电路将48V直流电转换成12V直流电，由TI公司的开关电源芯片LM2575构成的BUCK电路将12V直流电转换成5V直流电，5V直流电经过三端稳压器LM1117转换成3.3V直流电源；所述的单片机：一片ST公司的STM32F103ZET6单片机，以及12片Microchip公司的PIC18F25K80单片机；所述的外围电路：TCP/IP网络模块电路、RS485转串口电路以及CAN总线驱动电路。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）本系统是由分散的智能控制器组成的多层次模块化结构，采用现场控制器，当一台控制器发生故障时，不会殃及整个系统。充分体现了集中管理、分布控制的设计思想，减少了风险，增加了系统工作的可靠性。

2）系统采用24路门禁集中管理的方式，相比于传统单门系统，控制更加便捷、准确，同时大大降低了安装、布线复杂程度。

3）系统采用了CAN总线组网方式，相比于传统的RS485门禁，可靠性更高，当节点发生故障时，该节点会自动挂起，而不影响其它节点的正常工作。

4）系统采用了以太网供电(PoE,PoweroverEthernet)方式，门禁控制器与集中管理器之间仅通过一根标准RJ45接口的网线连接，网线中共有四对双绞线，其中两对双绞线作为电源线和地线，另外两对双绞线分别为CANH信号线和CANL信号线，不仅避免了复杂的布线安装步骤，门禁控制器也不需要外加专门的AC-DC电路板供电，统一由集中管理器通过网线提供48V直流电，大大节省了成本。

5）24路门禁统一通过集中管理器接入上位机，集中管理器与上位机之间采用标准TCP/IP协议通信，上位机可通过以太网集中管理多个门禁系统，操作时选择相应系统所对应的IP地址即可。

6）集中管理器中集成有过流保护模块，当门禁控制器发生故障过流时可以自动断电，保证系统的安全、稳定运行，当故障排除时集中管理器可以控制该路门禁控制器自动上电，无需人员操作。

7）系统在传统的刷卡开门的基础上增加了密码键盘开门，两种方式可供选择，而且在出入人员变动的场无需反复添加删除卡号。

8）上位机具有批量授权功能，通过将名单制作成EXCEL表格，一次操作即可授权表格内所有卡号。

9）集中管理器具有断点续传功能，遇到断电或断网的情况时不会造成记录丢失。

10）集中管理器采用了ARM7核微处理器STM32，相比于传统的51单片机系统性能及可靠性更高。

附图说明

图1为本发明的系统结构图。

图2为本发明的安装示意图。

具体实施方式

本发明提供一种多路集中管理的网络门禁系统，为了使技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合附图和具体实施方式，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，以下实施例是对本发明的进一步说明，但本发明不限于此。

如图1和图2所示，一种多路集中管理的网络门禁控制系统，包括密码键盘101、读卡器102、门禁控制器103、集中管理器104以及上位机105，所述密码键盘101设置在出入口处，用于输入密码开门；所述读卡器102和门禁控制器103安装在密码键盘101后部，和密码键盘101封装在同一个外壳中，所述读卡器102用于读取MIFARE卡信息，通过射频识别方式与卡片进行信息交换；所述门禁控制器103用于控制门的开启和关闭，同时对所述上位机105的命令进行处理；所述集中管理器104包括集中管理模块201和总线转换模块202，集中管理模块201通过网线连接若干路门禁控制器103，总线转换模块202与上位机105连接，所述集中管理器104用于集中管理门禁控制器103，对上位机105的命令进行处理或转发；所述上位机105用于对门禁系统进行远程监听以及控制。

所述密码键盘101，如图2所示，设置在出入口处，每扇门可以设置三个六位数字密码，密码输入正确时，蜂鸣器响一声并且门打开，密码输入错误时，蜂鸣器响三声并且门关闭，输入有误时，按“*”键进行清除并重新输入。

所述读卡器102通过射频识别技术读取卡片内部的四个字节序列号，每个门禁控制器103可以连接两个读卡器102，分别安装在门内外，两个读卡器102之间通过同轴电缆连接，在只需要单门单向控制的场所，直接去除同轴电缆及其连接的门内读卡器102即可。

所述门禁控制器103作为门的直接控制单元，将用户输入的密码或者刷卡卡号与EEPROM内部名单进行比对，如果用户合法且在开门时间段内，则通过I/O端口控制电控锁打开，同时通过CAN总线上传密码或刷卡开门记录，包括密码或者卡号以及开门时间信息，如果用户非法或开门时间段不符合，则不进行开门操作，并上传非法开门记录。

所述集中管理器104，采用不锈钢外壳封装，外设RJ45接口以及LED指示灯，通过网线连接24路门禁控制器103，是上位机105与门禁控制器103之间通信的媒介，集中管理24路门禁，集中管理器104内部保存有所连接的所有24路门禁控制器103内部的密码、名单以及时间组信息，以及开门记录、非法开门记录、时间设置记录、故障信息等事件记录，上位机105进行信息查询时，可以直接通过集中管理器104查询，而不需要讲信息下传至门禁控制器103，大大提高了通讯速率，集中管理器104基于TCP/IP协议通过以太网与上位机105通信，通过CAN总线与门禁控制器103通信。

所述上位机105，是门禁系统的后台控制中心，通过以太网接收各类记录信息，以及进行远程控制，包括远程开关门、设置系统运行参数、查询记录等。

本发明的工作原理和功能如下：

本实施例的门禁控制器103，采用了Microchip公司的8位微控制器PIC18F45K80作为主控芯片。门禁控制器103的主要功能有：(1)作为门锁的直接控制单元，通过RC6引脚外接由MOSFET构成的门锁驱动电路控制门的开启和关闭，RC2引脚控制蜂鸣器动作，RA4引脚控制信号灯闪烁；(2)与射频读卡模块进行数据交换，通过8位并行数据线RD0~RD7对读卡芯片进行编程并可获得读卡芯片读取的卡片信息；(3)通过CAN总线与集中管理器通信，接收并处理上位机的各类直接控制类命令以及上传各种记录信息，由于PIC18F45K80内部自带CAN控制器，只需再通过CANTX和CANRX引脚外接一个CAN总线驱动器MCP2551，将TTL电平转换为CAN总线上的差分信号；(4)外接一个容量256Kbit的EEPROM芯片AT24C256，存储卡号以及时间组等掉电不能丢失的重要信息，AT24C256与主控芯片间采用I2C总线通信，由数据线SDA和时钟信号线SCL构成串行总线；(5)外接密码键盘；(6)外接人体红外传感模块，采用热释电红外传感器BISS0001，当在非法时间内有无关人员靠近时触发警报。门禁控制器的电源模块采用了以太网供电（PoweroverEthernet,PoE）技术，采用TI公司的专用PoE芯片TPS23753A，根据IEEE802.af标准，设备通过双绞线提供48V、不超过350mA电流的电能，不必再单独铺设电力线。

本实施例的读卡器102，即射频读卡模块，采用了NXP公司的专用读卡芯片MFRC500。MFRC500是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成读卡IC系列中的一员。该读卡IC系列利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。读卡器与智能卡之间的接口采用的是MIFARE技术的射频接口，它与ISO/IEC14443TypeA标准兼容，智能卡内部的线圈与射频模块连接着的天线产生共振，进行数据传递，完成智能卡与射频模块的通信。MFRC500发送端口TX1外接滤波和阻抗匹配电路，TX1为天线驱动端，通过天线匹配电路为天线提供13.56MHz的能量载波；接收端口RX外接接收处理电路；并行接口D0~D7连接到门禁控制器主控芯片PIC18F45K80的RD0~RD7，作为8位数据线；读写控制脚NRD/NWR连接到PIC18F45K80的RE1/RE0，地址线A0~A2直接接高电平，片选信号NCS接地。

本实施例的集中管理器104主要包括网络模块、集中管理模块和总线转换模块，同时还集成有过流保护模块。网络模块采用ZEN-100TL完成以太网转串口功能；集中管理模块采用ST公司的高性能、低成本、低功耗的ARMCortex-M3内核微控制器STM32F103ZET6作为主控芯片，由于配置强大，它可以分担所有与之连接的门禁控制器的管理类功能。主控芯片的外围模块主要包括：(1)RS485模块，将电平转换芯片MAX485通过RX、TX、RE三个引脚与主控芯片相连，主控芯片通过485总线将上位机的命令转发到总线转换模块；(2)SD卡模块，SD卡一般支持2种操作模式，即SDIO通信模式和SPI模式，本系统采用了SPI模式，只需CS/MOSI/MISO/SLK四个I/O口即可外扩一个SD卡。主控芯片将各类事件记录存储在SD卡中，由于对SD卡只能进行简单的读写扇区操作，对于用户来讲不具备可读性，本系统还移植了FATFS文件系统，将SD卡中的记录信息以WORD文档的形式呈现出来，用户可以方便地在计算机上进行读写；(3)EEPROM模块，外接芯片型号为AT24C512，容量为512Kbit，与主控芯片间采用I2C总线通信，用来备份所有门禁控制器的名单、时间组等信息，上位机进行查询时无需将命令再进行转发，效率大大提高。总线转换模块包括12片MICROCHIP公司的8位微控制器PIC18F25K80，通过RS485总线与集中管理模块主控芯片连接，将RS485总线上的命令进行信息提取后转发到CAN总线上，完成RS485总线与CAN总线的转换，每个总线转换模块挂载2个门禁控制器。

本实施例的上位机105，用于对门禁系统进行远程监听以及控制。上位机软件采用C++语言编写，基于MFC框架，实现对系统的远程可视化操作及监听。

本系统的工作方法流程如下：

对集中管理器104以及上位机105的网络参数进行配置，二者网关相同，IP地址在同一个IP段内。

将24路门禁控制器103通过网线与集中管理器104连接后上电，为了避免24路门禁同时启动瞬时电流过大，系统采用了依次上电的方法，RJ45接口右侧绿灯常亮表示供电正常，该路无过流现象，绿灯熄灭表示过流，需对该路过流故障进行检查，若系统正常，上电时可以看到24路电源指示灯按顺序依次点亮；RJ45接口左侧黄灯闪烁表示集中管理器104与门禁控制器103之间CAN通信正常，轮询命令成功，黄灯一直熄灭表示该路CAN通信失败，需对该路CAN通信故障进行检查。由于24路门禁控制器103各自独立，发生故障时互不影响，系统其他部分仍可正常工作。

由于上位机105可以控制多个集中管理器104，首先需要选择其中一个集中管理器104所对应的IP地址进行网络连接。

网络连接成功后，上位机105通过以太网发送握手连接命令，接收到集中管理器104的握手回复命令后表示TCP/IP通信成功，可以进行后续操作。握手成功后上位机105每隔三分钟发送一个心跳包，集中管理器104收到心跳包则表示连接正常，无需对心跳包进行回复，若超过三分钟未收到心跳包则视为与上位机105的连接断开，记录信息均不上传直接存入SD卡中，下次连接成功时再进行断点续传。

系统初次使用时，首先进行时间设置，集中管理器104接收到时间设置命令后，首先更新自身主控芯片的时钟，然后通过CAN总线以广播的形式将命令下发到24路门禁控制器103，不需要接收确认消息，各路门禁控制器103收到命令后对各自时钟进行设置，由于集中管理器104与24路门禁控制器103均配备有实时时钟，其中集中管理器104为MCU内部实时时钟模块，门禁控制器103外接实时时钟芯片，且断电后有备用电池为实时时钟模块供电，下次系统重启后无需再次设置时钟。

在添加名单之前需要设置时间组，时间组代表合法时间，每个合法卡号都需要匹配一个时间组，即当前时间在该卡号所匹配的时间组内时刷开开门才可成功，本系统支持99组时间组，每个时间组包括周一到周日七个时间段，每个时间段包括开始时间以及结束时间共4个字节，采用24小时制式，可以精确到分钟，对时间组进行设置时，集中管理器104上相应黄色信号灯闪烁7次。

添加名单命令中包括门号、卡号以及时间组编号，名单添加成功后，相应卡号即为合法卡，只有合法卡在相应时间组内刷卡时才能成功开门，并由门禁控制器103主动上传刷开开门记录，集中管理器104将记录存储在SD卡中相应门号所对应的文件夹里，并将记录转发到上位机105，相反地，非法卡或者合法卡时间组不匹配时门禁控制器103主动上传非法开门记录。在需要向同一个门禁控制器103内添加大量名单时，可以先将名单按门号、卡号以及时间组编号的格式制作成EXCEL表格，在上位机105软件内直接导入EXCEL表格进行批量授权，无需逐一添加。

每个门禁控制器103可以添加四个管理员卡，管理员卡添加成功后，无需匹配时间组，管理员卡可以在任何时间打开相应的门。

每扇门可以设置一个常开时间，即在该时间段内门保持常开状态，例如将会议室的开会前半小时设置成常开时间，参会人员就无需一一刷卡入内，避免频繁开关门。

上位机105的直接控制类命令包括远程开关门、远程开关警报以及远程断电、上电，当某一路出现故障需要维修时，可以对该路门禁控制器103进行远程断电操作，维修成功后再远程上电，无需将整个系统进行重启。

上位机105的查询类命令包括开门记录、非法开门记录、时间更新记录、设备故障信息，24扇门的各类记录信息均存储在集中管理器104的SD卡中，上位机105直接对集中管理器104进行查询。

Claims (8)

1.一种多路集中管理的网络门禁控制系统，其特征在于，包括密码键盘（101）、读卡器（102）、门禁控制器（103）、集中管理器（104）以及上位机（105），所述密码键盘（101）设置在出入口处，用于输入密码开门；所述读卡器（102）和门禁控制器（103）安装在密码键盘（101）后部，和密码键盘（101）封装在同一个外壳中，所述读卡器（102）用于读取MIFARE卡信息，通过射频识别方式与卡片进行信息交换；所述门禁控制器（103）用于控制门的开启和关闭，同时对所述上位机（105）的命令进行处理；所述集中管理器（104）包括集中管理模块（201）和总线转换模块（202），集中管理模块（201）通过网线连接若干路门禁控制器（103），总线转换模块（202）与上位机（105）连接，所述集中管理器（104）用于集中管理门禁控制器（103），对上位机（105）的命令进行处理或转发；所述上位机（105）用于对门禁系统进行远程监听以及控制。

2.根据权利要求1所述的多路集中管理的网络门禁控制系统，其特征在于，每个门禁控制器（103）能够连接两个读卡器（102），分别安装在门内外，两个读卡器（102）之间通过同轴电缆连接；在只需要单门单向控制的场所，则门禁控制器（103）只连接门外的一个读卡器（102）。

3.根据权利要求1所述的多路集中管理的网络门禁控制系统，其特征在于，所述读卡器（102）采用一片MIFARE卡专用的读写处理芯片MFRC500，为了与MIFARE卡通信，读卡器（102）内还接有能发射和接收射频信号的天线电路，天线电路分三部分：射频模块发送端口滤波和阻抗匹配电路、射频模块接收端口接收电路、射频模块发射接收天线及其匹配电路，两个读卡器（102）互联时共用一片MFRC500芯片，两端的天线电路通过同轴电缆连接。

4.根据权利要求1所述的多路集中管理的网络门禁控制系统，其特征在于，所述门禁控制器（103）采用以太网供电方式进行供电，根据IEEE802.af标准，设备通过双绞线提供48V、不超过350mA电流的电能，不必再单独铺设电力线。

5.根据权利要求1所述的多路集中管理的网络门禁控制系统，其特征在于，所述门禁控制器（103）由PoE模块、密码键盘、单片机和外围电路组成；所述的PoE模块，采用TI公司的专用PoE芯片TPS23753A；所述的单片机和外围电路：一片Microchip公司的PIC18F45K80单片机，外接实时时钟电路以及CAN总线驱动电路。

6.根据权利要求1所述的多路集中管理的网络门禁控制系统，其特征在于，所述门禁控制器（103）还包括红外传感器模块，当在非法时间内有人员靠近时触发警报。

7.根据权利要求1所述的多路集中管理的网络门禁控制系统，其特征在于，所述集中管理器（104）集中管理24路门禁控制器（103）。

8.根据权利要求1所述的多路集中管理的网络门禁控制系统，其特征在于，所述集中管理器（104）由控制器外壳、电源模块、单片机和外围电路组成，控制器外壳设有电源接口、网络接口、以及CAN总线接口，CAN总线接口旁设有电源指示灯以及通信指示灯；所述的电源模块：由TI公司的开关电源芯片LM2596构成的BUCK电路将48V直流电转换成12V直流电，由TI公司的开关电源芯片LM2575构成的BUCK电路将12V直流电转换成5V直流电，5V直流电经过三端稳压器LM1117转换成3.3V直流电源；所述的单片机：一片ST公司的STM32F103ZET6单片机，以及12片Microchip公司的PIC18F25K80单片机；所述的外围电路：TCP/IP网络模块电路、RS485转串口电路以及CAN总线驱动电路。