CN105225317A - 一种多路集中管理的网络门禁控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多路集中管理的网络门禁控制***,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、***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
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***。
背景技术
门禁控制***,又称出入管理控制***(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***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***。
最早出现网络化门禁是在上世纪九十年代。随着门禁***应用范围的日渐广泛,人们对门禁***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***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***,控制中心服务器与前端控制器都采用网络化结构,管理***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***具有下列功能特点:
(1)数据共享:利用***资源,加快数据交换速度。
(2)实时监控:对***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***的管理。
相比于传统的门禁***,网络门禁控制***具有可远程控制、通信速度快、网络不受距离限制、***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***已经成为大型门禁***项目和远程管理门禁***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、***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***。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***,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***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***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***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***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***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***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***。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***工作的可靠性。
2)***采用24路门禁集中管理的方式,相比于传统单门***,控制更加便捷、准确,同时大大降低了安装、布线复杂程度。
3)***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)***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***,操作时选择相应***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***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)***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***的场无需反复添加删除***。
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***。
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***性能及可靠性更高。
附图说明
图1为本发明的***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***,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***,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***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***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***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***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***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***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***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***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***还移植了FATFS文件***,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***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***的远程可视化操作及监听。
本***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,***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***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,***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。
***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***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***都需要匹配一个时间组,即当前时间在该***所匹配的时间组内时刷开开门才可成功,本***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、***以及时间组编号,名单添加成功后,相应***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、***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***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***,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***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***,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***,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***,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***,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***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***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***,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***,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***,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***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***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。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160106 |
|
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |