移動網絡無卡門禁控制系統設計

曹鵬飛+嚴漢軒+王曉燕+范如晶+任雨晨

摘 要：現階段門禁控制大多都依靠物理接觸式或生物掃描式的交互，如門禁卡、指紋鎖、NFC等，這些傳統門禁系統大多需要物理介質或者預先錄入大量信息，而每次增減用戶時，也都需要經過繁瑣的操作修改相關用戶信息后才能使用。文中提出了一種以移動互聯網和智能終端為基礎的新型門禁管理綜合解決方案，使用智能移動終端代替傳統的芯片卡等門禁介質，并設計了一整套訪問控制機制，可以統一管理園區所有門禁，也可與企業信息系統集成，解決當今門禁卡管理的問題。

關鍵詞：門禁；門禁控制；無卡門禁；移動門禁

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）09-0053-03

0 引 言

移動互聯網的迅猛發展改變了人們的生活方式，目前已被廣泛應用到人們工作和生活的各個領域。截至2015年12月，中國網民規模達6.88億，互聯網普及率為50.3%，半數中國人已接入互聯網，中國手機網民規模達6.20億，有90.1%的網民通過手機上網[1]。與傳統的桌面互聯網相比，移動互聯網具有便捷、便攜、定向、精準、感觸等特性。因此手機的重要性在移動互聯網時代顯得尤為突出，人們已將隨身攜帶手機作為自身的習慣，越來越多的廠商圍繞智能手機的應用進行產品研發。

在現實生活中，大多數門禁系統還使用傳統的方式依靠物理接觸式或生物掃描式的交互，如門禁卡、指紋鎖、NFC等[2]，每次增減用戶時，需要進行繁瑣的操作在修改相關用戶信息后才能使用。這種門禁系統的安全主要是鑰匙、智能卡等物理介質，鑰匙丟失或人員更換需要將鎖芯、鑰匙一起更換。

在移動互聯網和智能手機已經普及的今天，傳統的門禁已無法滿足現代信息化的需求。本文提出了一種以移動互聯網和智能終端為基礎的新型門禁管理綜合解決方案。即用戶通過智能手機打開App應用程序給門禁控制系統發送指令，門禁控制系統通過中心數據庫系統進行信息的有效性驗證，驗證通過后發送開門指令，實現不需要物理接觸的無卡網絡門禁系統。在后臺，門禁管理員可以對所有門的實時狀態及用戶的操作等行為進行監控，既方便了管理，又提高了安全性。與傳統門禁相比，這種方式不僅具有操作簡單、使用便捷、成本低廉、便于管理、安全性高的特點，還可以解決用戶忘記攜帶或丟失門禁介質的問題，是移動互聯網和智能終端應用的深層次拓展，也是移動互聯網、智能終端和傳統門禁系統結合的一種創新。

1 系統總體設計方案設計

1.1 門禁控制系統總體結構

根據整個系統需求，本文設計用戶接口模塊、業務運行模塊、業務處理模塊和數據庫系統模塊。系統總體結構如圖1所示。

（1）用戶接口模塊。該模塊包括移動終端系統和無線網絡兩部分，主要為用戶提供友好的界面和便捷的通信方式。模塊在設計時能夠滿足智能移動終端發展的需要，支持Android、iOS平臺，并且使用無線網絡進行通信，外部使用4G移動網絡，內部使用WiFi網絡。

（2）業務運行模塊。該模塊主要處理系統相關運行的服務，負責系統業務邏輯處理。包括二維碼和移動信息服務器兩部分，通過移動信息服務器實現移動端和門禁控制系統間的交互，通過動態二維碼標識各門禁結點信息，并與后臺數據庫系統進行交互、認證鑒權及訪問控制。

（3）業務處理模塊。該模塊是整個系統的核心部分，主要處理系統相關數據業務，并支撐整個系統的業務處理。包括硬件控制、指令集、門禁各節點。硬件控制采用ARM架構的硬件方案，設計與此系統相適應的硬件電路板和板載元器件，主要由電源模塊、網絡模塊、主控芯片、門禁節點模塊組成。需要對ARM架構的硬件進行研究，熟悉其組成原理和工作方式，完成硬件電路板和板載元器件的焊接制作，調試好硬件，對板載各節點設計相應的指令集。

（4）數據庫系統模塊。該模塊通過中央數據庫（MySQL）來存儲用戶和系統運行的信息，并根據門禁各節點的不同生成相應的二維碼信息后提交給移動信息服務器處理。

1.2 門禁控制系統硬件設計

門禁控制系統基于IP網絡，使用ARM芯片且預留接口用于連接電控門鎖。對控制器上各節點設計相應的指令集，通過指令對各節點執行開啟、關閉、檢查等操作。

門禁網絡控制器PCB電路板（測試板）可以實現IP報文到RS 232串行信號的平滑轉換，并且通過高性能繼電器對開關節點進行控制。系統整體控制通過ARM芯片來實現，具有速度快、穩定性高等優點。門禁網絡控制器硬件設計如圖2所示。

電路板設計分為電源模塊、IP網絡控制模塊、電路控制模塊三部分。

（1）電源模塊采用12 V～24 V設計，主要負責為電路板元器件供電；

（2）IP網絡控制[3]模塊主要負責IP報文與串口RS 232信號的轉換，模塊內部集成TCP/IP協議棧，實現TCP/UDP數據包與串口數據透明傳輸，模塊本身集成10/100 M自適應以太網接口，串口通信最高波特率達230.4 Kb/s，擁有TCP Server，TCP Client，UDP，Httpd Client，TCP Auto等工作模式，并且運用低功耗設計，配合ARM處理器使用，具有速度快、穩定性高的特點，可以支撐工業級應用。

（3）電路控制模塊。該模塊主要對經過轉換的IP報文進行處理，在此電路中設計了P1到P4四個開關節點（可以擴展），運用高性能繼電器可以對輸出進行通/斷控制。

（4）指令集。根據需要進行指令集定制，如各節點開啟（Open）、關閉（Close）、檢查（Check）等操作。

1.3 門禁控制系統軟件設計

軟件設計主要包括服務端和客戶端設計。服務端為指令處理中心和信息管理系統，使用中央數據庫來存儲用戶信息，并對門禁各節點生成不同的二維碼信息，接收客戶端發來的指令并處理。同時，系統管理員可以通過門禁信息管理系統對整個門禁系統進行管理和監控。客戶端主要為移動App應用，通過App應用掃描各節點的二維碼信息，提交至服務端以進行處理。endprint

1.3.1 服務端軟件設計

服務端軟件設計主要包括信息管理模塊和業務處理模塊。

1.3.1.1 信息管理模塊

信息管理模塊包括用戶信息管理、門禁結點管理、二維碼管理、門禁權限管理及日志管理。

（1）用戶信息管理主要對系統用戶信息進行統一管理，包括用戶名、密碼、手機設備標識碼等；

（2）門禁結點管理主要對門禁結點信息進行管理，包括門牌號、開/關門指令、結點編號、結點IP地址和端口號；

（3）二維碼管理針對系統業務處理的二維碼信息進行管理，包括門禁結點對應的二維信息碼、過期時間、是否動態生成等。

（4）門禁權限管理對用戶與門禁結點的權限進行分配，建立一對一、一對多、多對多的權限體系。日志管理主要對用戶操作進行記錄，對整個系統運行進行監控。

1.3.1.2 業務處理模塊

業務處理模塊包括驗證處理、開/關門操作處理，主要對客戶端的請求進行分析驗證，從中央數據庫中獲取數據，判斷用戶是否合法，二維碼信息是否有效，對用戶的操作進行記錄，通過驗證后連接門禁結點發送開/關門指令。

1.3.2 客戶端軟件設計

客戶端軟件設計主要為手機端移動App應用，用戶使用App與服務器進行交互。

2 系統網絡部署方案

系統網絡部署方案如圖3所示。在企業網絡中直接添加門禁網絡控制器硬件，由門禁網絡控制器連接電子門鎖。

從圖中可以看出，整個門禁系統基于現有的企業網絡只需在企業網絡中擴展部署門禁網絡控制器來連接電子鎖，在服務器區架設移動信息服務器以提供移動終端外部訪問。

系統主要由智能移動終端、外部網絡、企業內部網絡、門禁網絡控制器、移動信息服務器和數據中心數據庫服務器五部分構成。

（1）智能移動終端。該終端通過4G無線網絡與移動信息服務器進行交互，將交互信息存儲到數據庫中。

（2）外部網絡。外部網絡通過4G無線網絡或外部網絡（WiFi）進行企業外部的控制，主要通過電信、移動、聯通等移動運營商的基站實現無線網絡互聯。

（3）企業內部網絡。在企業內部使用企業內部網絡、WiFi接入局域網，并將移動信息服務器發送的數據通過無線網絡傳輸給移動智能終端。

（4）門禁網絡控制器。門禁網絡控制器負責連接電磁鎖，提供連接的IP地址、端口、協議、指令集，并對連接的設備進行指令控制。

（5）移動信息服務器。移動信息服務器負責將接收的指令進行分析、判斷、篩選，對企業內部網絡控制器設備發送控制指令；負責與數據中心數據庫服務器進行信息交互，生成動態的XML數據。

（6）數據中心數據庫服務器。數據中心數據庫服務器用于存儲信息系統、門禁系統的配置信息，通過網絡和防火墻開放的TCP端口將相關數據傳輸至移動信息服務器。

3 結 語

隨著移動互聯網的發展，人們越來越依賴于智能手機，手機成為現代生活中必不可少的工具之一，一部手機可以幫助人們解決很多問題。目前移動互聯網的快速發展已改變了人們的生活方式，智能手機作為移動互聯網的載體近年來發展迅速。

移動網絡無卡門禁控制系統是移動互聯網和智能終端應用的拓展，也是移動互聯網、智能終端和傳統門禁系統結合的一種創新。目前在此領域尚未有太多成熟的產品，利用智能終端進行操作、管理門禁也需要深入研究。

參考文獻

[1]中國互聯網絡信息中心（CNNIC）.《第37次中國互聯網絡發展狀況統計報告》[EB/OL].http：//www.cnnic.net.cn/hlwfzyj/hlwxzbg/hlwtjbg/201601/t20160122_53271.htm [2016-01-22]

[2]孫科學，洪櫆，章康寧，等.一種聯合檢測門禁系統的設計與實現[J].計算機技術與發展，2016， 26（1）：155-159.

[3]胡甜，楊莎，李長春.基于IP網絡門禁控制系統通信模塊的設計與開發[J].計算機與數字工程， 2009，37（11）：68-70.endprint