智能門禁控制系統(tǒng)的工作原理、功能特點及軟件設計

智能門禁控制系統(tǒng)是保安監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要組成部分。 在機關單位、工廠、公司等多種場所，為了工作、生活的安全，需要進行封閉式管理。 傳統(tǒng)的方法是

由警衛(wèi)人員對進出口進行驗證或登記后才放行，這種方法效率低，而且占用人力。 本文介紹一種智能門禁控制器的軟件設計。

1 系統(tǒng)組成

門禁控制系統(tǒng)是在建筑物內(nèi)的主要管理區(qū)的出入口、電梯廳、主要設備控制中心機房、貴重物品庫房等重要部位的通道口安裝門磁開門、電控鎖、讀卡器等控制裝置，系統(tǒng)框圖如圖1 所示。 由中心控制室監(jiān)控，系統(tǒng)采用計算機多重任務的處理，能夠?qū)Ω魍ǖ揽诘奈恢谩⑼ㄟ^對象及通過時間等進行實時控制，以適應小區(qū)、辦公樓的公共安全管理。

2 控制器軟件的設計

門禁系統(tǒng)的主要工作過程是：先從讀卡器讀取卡號，并獲得讀卡器號，接著根據(jù)卡號和讀卡器號到持卡人信息表、讀卡器表、群組表里去檢索信息，然后根據(jù)門屏蔽字查門的時段表，再查門的時段屬性，最后根據(jù)所得信息發(fā)送命令并保存事件信息。 為此，門禁系統(tǒng)可劃分為五個表： （以一個能容納20 000 人，1 000 個組，32 個門，每門64 個時段的控制器來設計） 。

（1） 持卡人信息表：

其中，卡號為一個6 位的十進制數(shù)，卡類型包括卡片種類和卡片狀態(tài)［2 ］ 。 卡片種類（級別） 分為四種：

普通卡———受時限（日期或次數(shù)） 、時段限制的卡片;

巡更卡———只記錄讀卡時間無其它功能的卡片;

超級卡———受時限（日期或次數(shù)） 限制，不受時段限制的卡片;

維護卡———除具有普通卡的功能，還能用于解除控制器防拆報警使之恢復正常工作狀態(tài)的卡片。

卡片狀態(tài)有5 種：

正常卡片———具有正常功效的卡片; 掛失卡片———聲明遺失的卡片;禁用卡片———被停止使用的卡片;失效卡片———超過使用時限的卡片;待用卡片———

未到啟用日期的卡片。

群組號表示該持卡人屬于哪個群組。 時限有限天、限次和既限天又限次3 種。 其中時限中的限次和持卡人當前位置在程序中動態(tài)變化，其它項在程序中固定不變。 以上每個持卡人信息占用16 個字節(jié)，按10 000人計算，共占用160 K字節(jié)。

（2） 群組表： （平均10 人為1 組，共2 000 組）

群組表主要是用于確定每一個組所能出入的有效門和有效時段。 包括以下幾個部分：

門屏蔽字節(jié)：每1bit 代表1 個門的屏蔽位，1 代表此門有效，表示本群組能使用此門。 0 表示無效，本群組不能使用此門。 共4 字節(jié)。 時段屏蔽字節(jié)：同上，每1bit 代表1 個時段有效或無效，每個門最大有64 個時段，占用8 字節(jié)。 最多32個門，占用256 字節(jié)。

以上每個組占用260 字節(jié)，1 000 個組共占用260K字節(jié)。

（3） 時段表： （每天8 個時段，8 天（1 周7 天+ 節(jié)假日1 天） ）

時段表用于記錄具體的每一時段的起始時間和終止時間，以及每一時段的屬性。 包括以下部分：

以上每個時段占用6 個字節(jié)，每天8 個時段，8天，32 個門，共用12 K字節(jié)。

（4） 讀卡器表： （最大64 個讀卡器）

讀卡器號用于讀卡器地址和門號的對照;物理源地址表示持卡人所在區(qū)的區(qū)號;目的地址表示持卡人要前往區(qū)的區(qū)號;邏輯源地址是在要防反傳時用的，表示持卡人可直接從這些區(qū)到該讀卡器讀卡。 每1bit 表示一個區(qū)，為1 時表示有效，為0 表示無效，最多可表示64 個區(qū)。

（5） 事件表：

事件表用于存放每一條事件信息。 包括以下幾部分：

卡號（3 個字節(jié)） 門地址（1 個字節(jié)） 事件種類（1 個字節(jié)） 讀卡時刻

其中，門地址一個字節(jié)可表示250 個門（只用32個門） ;

事件種類可表示32 種事件，現(xiàn)已定義的事件如下：

讀卡引發(fā)事件：1. 介質(zhì)出門;2. 介質(zhì)開門;3. 維護;4. 超時限;5. 巡更;6. 掛失

非讀卡引發(fā)事件：7. 非法開門;8. 遙控開門;9. 機箱打開;10. 機箱關閉;11. 讀卡器防拆; 12. 讀卡器恢復;13. 設防;14. 撤防;15. 電池失效;16. 電池投入;17.市電掉電;18. 進入常開;19. 退出常開;20. 超時未關;21. 關門。

每條事件消息將占用6 個字節(jié)（不超過4 min） ，或12 個字節(jié)（超過4 min） ;

讀卡時刻的表示方法如下：

讀卡時刻字節(jié)存儲的是本次讀卡時刻和上一次讀卡時刻的差值，若差值大于254 （4. 2 min） ，則將此字節(jié)置為255 （FF） ，同時在下一個連續(xù)的6 個字節(jié)存放本次讀卡的絕對時刻（年月日時分秒） 。

3 軟件的實現(xiàn)

門禁系統(tǒng)的軟件主要由管理中心計算機上的軟件和門禁控制器上的軟件組成。 為敘述方便，以下門禁控制器簡稱為門控器。

在門禁系統(tǒng)中，門控器上的軟件所執(zhí)行的主要功能有建表，添加、更改和刪除表內(nèi)容，對讀卡事件做判斷處理和存儲各種事件。 與門禁系統(tǒng)有關的任務有門禁系統(tǒng)任務（也就是讀卡事件處理任務） 、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)接收任務、數(shù)據(jù)存儲任務、系統(tǒng)間聯(lián)動任務，還有數(shù)據(jù)采集的中斷服務程序。 另外，還有個根任務，它執(zhí)行硬件設備的初始化，定義幾個表的結構數(shù)組，創(chuàng)建各任務、信號量、消息隊列、實時數(shù)據(jù)緩沖池。 根任務完成這些事情后把自己刪除掉，使當前優(yōu)先級最高的就緒任務進入運行態(tài)。

3. 1 讀卡事件處理任務

讀卡事件處理任務的過程：首先，采集數(shù)據(jù)的中斷服務程序發(fā)來的事件標志激活該任務，從緩沖池中讀取卡號和讀卡器號，或者還有密碼;其次，根據(jù)卡號、讀卡器號和當前的讀卡時間，到持卡人信息表、讀卡器表、群組表里去檢索信息;然后，根據(jù)群組表里的門屏蔽字去查門的時段表、門的時段屬性;最后，根據(jù)所得信息執(zhí)行命令并保存事件內(nèi)容、修改使用次數(shù)和人員位置數(shù)據(jù)等。 該任務的優(yōu)先級為200 ，用獲取信號量的辦法與網(wǎng)絡接收數(shù)據(jù)任務互斥開。 因為該任務涉及到幾個表，數(shù)據(jù)量比較大，所以堆棧空間較大，為500 K.通過發(fā)巡更事件與巡更任務通信［3 ］ 。 超級卡程序比普通卡的程序少一項時段判斷的過程，其它的與普通卡程序一樣;維護卡程序?qū)崿F(xiàn)解除門控器防拆報警使之恢復正常工作狀態(tài);巡更卡程序發(fā)送巡更標志給巡更任務。 關于是否違反防反傳規(guī)定，要視具體工程和客戶的要求而定。

3. 2 巡更任務

操作員在監(jiān)控管理中心設置巡更路線和巡更時間表，而后下傳到門控器上。 巡更任務通過接收讀卡事件處理任務發(fā)來的巡更事件標志，根據(jù)當前時間和巡更時間表，判斷巡更是否到位，并向監(jiān)控管理中心計算機發(fā)送信息，決定是否報警。 巡更站就是讀卡機，在規(guī)定的時刻和誤差范圍內(nèi)讀卡，表示巡更到位，否則表示巡更不到位。 巡更任務的優(yōu)先級較低， 取100 ， 堆棧取6 000 ，該任務可搶占，時間片為50 ns.

3. 3 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)接收任務

網(wǎng)絡數(shù)據(jù)接收任務的功能為接收管理中心計算機或其它門控器發(fā)來的數(shù)據(jù)和命令，根據(jù)這些命令和數(shù)據(jù)，執(zhí)行相應的建表、添加、更改、刪除、維護和讀事件等操作。 該任務的優(yōu)先級取190 ，堆棧設為600 K，可搶占。 采用客戶/ 服務器的通信模式，接受數(shù)據(jù)的門控器為服務器，發(fā)送數(shù)據(jù)的管理中心計算機為客戶。為了通信方便，我們自己定義了一套數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷?，具體格式如下：

因為不能對flash 存儲器進行單個字節(jié)的擦除和改寫，只能一個一個模塊整塊擦除，再重新寫，所以門禁控制器上的數(shù)據(jù)表只采用新建和重建兩個命令（flash 的擦除次數(shù)可達100 萬次） 。

3. 4 數(shù)據(jù)存儲任務和系統(tǒng)間聯(lián)動任務

數(shù)據(jù)存儲任務的主要功能是定期把SDRAM 里的事件數(shù)據(jù)保存到flash 存儲器和管理計算機上。 系統(tǒng)間聯(lián)動任務主要是響應其它系統(tǒng)的要求，比如火災報警系統(tǒng)報警時要求把有關的門打開，而安全防范系統(tǒng)在遇盜時，需把有關的門關閉。 該任務的優(yōu)先級要求比較高，取230.

持卡人信息表、群組表、時段屬性表和讀卡器表的數(shù)據(jù)結構定義的程序清單如下

4 結語

本文主要闡述了門禁控制器軟件的設計及實現(xiàn)。詳細說明了門禁控制系統(tǒng)的組成、基本結構、工作方式及功能功述;系統(tǒng)分析了門禁控制系統(tǒng)的工作原理。 門禁控制器系統(tǒng)應用于出入口管理系統(tǒng)，提供了較高的安防保障，并日益被推廣。

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