移動網(wǎng)絡(luò)無卡門禁控制系統(tǒng)設(shè)計

0 引 言

移動互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展改變了人們的生活方式，目前已 被廣泛應(yīng)用到人們工作和生活的各個領(lǐng)域。截至 2015 年12月， 中國網(wǎng)民規(guī)模達(dá) 6.88 億，互聯(lián)網(wǎng)普及率為 50.3%，半數(shù)中國 人已接入互聯(lián)網(wǎng)，中國手機(jī)網(wǎng)民規(guī)模達(dá) 6.20 億，有 90.1% 的 網(wǎng)民通過手機(jī)上網(wǎng) [1]。與傳統(tǒng)的桌面互聯(lián)網(wǎng)相比，移動互聯(lián)網(wǎng) 具有便捷、便攜、定向、精準(zhǔn)、感觸等特性。因此手機(jī)的重 要性在移動互聯(lián)網(wǎng)時代顯得尤為突出，人們已將隨身攜帶手機(jī) 作為自身的習(xí)慣，越來越多的廠商圍繞智能手機(jī)的應(yīng)用進(jìn)行產(chǎn) 品研發(fā)。

在現(xiàn)實生活中，大多數(shù)門禁系統(tǒng)還使用傳統(tǒng)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(jìn)行繁瑣的操作在修改相關(guān)用戶 信息后才能使用。這種門禁系統(tǒng)的安全主要是鑰匙、智能卡 等物理介質(zhì)，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(lián)網(wǎng)和智能手機(jī)已經(jīng)普及的今天，傳統(tǒng)的門禁 已無法滿足現(xiàn)代信息化的需求。本文提出了一種以移動互聯(lián)網(wǎng) 和智能終端為基礎(chǔ)的新型門禁管理綜合解決方案。即用戶通 過智能手機(jī)打開 App 應(yīng)用程序給門禁控制系統(tǒng)發(fā)送指令，門 禁控制系統(tǒng)通過中心數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行信息的有效性驗證，驗 證通過后發(fā)送開門指令，實現(xiàn)不需要物理接觸的無卡網(wǎng)絡(luò)門禁 系統(tǒng)。在后臺，門禁管理員可以對所有門的實時狀態(tài)及用戶的 操作等行為進(jìn)行監(jiān)控，既方便了管理，又提高了安全性。與 傳統(tǒng)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(zhì)的問題，是移動互聯(lián)網(wǎng)和智能終端應(yīng)用的 深層次拓展，也是移動互聯(lián)網(wǎng)、智能終端和傳統(tǒng)門禁系統(tǒng)結(jié) 合的一種創(chuàng)新。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案設(shè)計 

1.1 門禁控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 

根據(jù)整個系統(tǒng)需求，本文設(shè)計用戶接口模塊、業(yè)務(wù)運行 模塊、業(yè)務(wù)處理模塊和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模塊。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

（1）用戶接口模塊。該模塊包括移動終端系統(tǒng)和無線 網(wǎng)絡(luò)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(shè)計時能夠滿足智能移動終端發(fā)展的需要，支持 Android、iOS 平臺，并且使用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，外部使用 4G 移動網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)部使用 WiFi 網(wǎng)絡(luò)。 

（2）業(yè)務(wù)運行模塊。該模塊主要處理系統(tǒng)相關(guān)運行的服務(wù)， 負(fù)責(zé)系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯處理。包括二維碼和移動信息服務(wù)器兩部 分，通過移動信息服務(wù)器實現(xiàn)移動端和門禁控制系統(tǒng)間的交 互，通過動態(tài)二維碼標(biāo)識各門禁結(jié)點信息，并與后臺數(shù)據(jù)庫 系統(tǒng)進(jìn)行交互、認(rèn)證鑒權(quán)及訪問控制。 

（3）業(yè)務(wù)處理模塊。該模塊是整個系統(tǒng)的核心部分，主 要處理系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并支撐整個系統(tǒng)的業(yè)務(wù)處理。包 括硬件控制、指令集、門禁各節(jié)點。硬件控制采用 ARM 架構(gòu) 的硬件方案，設(shè)計與此系統(tǒng)相適應(yīng)的硬件電路板和板載元器件，主要由電源模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、主控芯片、門禁節(jié)點模塊組成。 需要對 ARM 架構(gòu)的硬件進(jìn)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(diào)試好硬件， 對板載各節(jié)點設(shè)計相應(yīng)的指令集。 

（4）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模塊。該模塊通過中央數(shù)據(jù)庫（MySQL） 來存儲用戶和系統(tǒng)運行的信息，并根據(jù)門禁各節(jié)點的不同生成 相應(yīng)的二維碼信息后提交給移動信息服務(wù)器處理。

1.2 門禁控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 

門禁控制系統(tǒng)基于 IP 網(wǎng)絡(luò)，使用 ARM 芯片且預(yù)留接口 用于連接電控門鎖。對控制器上各節(jié)點設(shè)計相應(yīng)的指令集，通 過指令對各節(jié)點執(zhí)行開啟、關(guān)閉、檢查等操作。 

門禁網(wǎng)絡(luò)控制器 PCB 電路板（測試板）可以實現(xiàn) IP 報 文到 RS 232 串行信號的平滑轉(zhuǎn)換，并且通過高性能繼電器對 開關(guān)節(jié)點進(jìn)行控制。系統(tǒng)整體控制通過 ARM 芯片來實現(xiàn)，具 有速度快、穩(wěn)定性高等優(yōu)點。門禁網(wǎng)絡(luò)控制器硬件設(shè)計如圖 2 所示。

電路板設(shè)計分為電源模塊、IP 網(wǎng)絡(luò)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(shè)計，主要負(fù)責(zé)為電路板 元器件供電 ； 

（2）IP 網(wǎng)絡(luò)控制 [3] 模塊主要負(fù)責(zé) IP 報文與串口 RS 232 信號的轉(zhuǎn)換，模塊內(nèi)部集成 TCP/IP 協(xié)議棧，實現(xiàn) TCP/UDP 數(shù)據(jù)包與串口數(shù)據(jù)透明傳輸，模塊本身集成 10/100 M 自適應(yīng) 以太網(wǎng)接口，串口通信最高波特率達(dá) 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(shè)計，配合 ARM 處理器使用，具有速度快、 穩(wěn)定性高的特點，可以支撐工業(yè)級應(yīng)用。 

（3）電路控制模塊。該模塊主要對經(jīng)過轉(zhuǎn)換的 IP 報文進(jìn) 行處理，在此電路中設(shè)計了 P1 到 P4 四個開關(guān)節(jié)點（可以擴(kuò)展）， 運用高性能繼電器可以對輸出進(jìn)行通 / 斷控制。 

（4）指令集。根據(jù)需要進(jìn)行指令集定制，如各節(jié)點開啟 （Open）、關(guān)閉（Close）、檢查（Check）等操作。

1.3 門禁控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 

軟件設(shè)計主要包括服務(wù)端和客戶端設(shè)計。服務(wù)端為指令 處理中心和信息管理系統(tǒng)，使用中央數(shù)據(jù)庫來存儲用戶信息， 并對門禁各節(jié)點生成不同的二維碼信息，接收客戶端發(fā)來的指 令并處理。同時，系統(tǒng)管理員可以通過門禁信息管理系統(tǒng)對 整個門禁系統(tǒng)進(jìn)行管理和監(jiān)控?？蛻舳酥饕獮橐苿?App 應(yīng)用， 通過 App 應(yīng)用掃描各節(jié)點的二維碼信息，提交至服務(wù)端以進(jìn) 行處理。

 1.3.1 服務(wù)端軟件設(shè)計 

服務(wù)端軟件設(shè)計主要包括信息管理模塊和業(yè)務(wù)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(jié)點管理、二維 碼管理、門禁權(quán)限管理及日志管理。 

（1）用戶信息管理主要對系統(tǒng)用戶信息進(jìn)行統(tǒng)一管理， 包括用戶名、密碼、手機(jī)設(shè)備標(biāo)識碼等 ； 

（2）門禁結(jié)點管理主要對門禁結(jié)點信息進(jìn)行管理，包括 門牌號、開 / 關(guān)門指令、結(jié)點編號、結(jié)點 IP 地址和端口號 ； 

（3）二維碼管理針對系統(tǒng)業(yè)務(wù)處理的二維碼信息進(jìn)行管 理，包括門禁結(jié)點對應(yīng)的二維信息碼、過期時間、是否動態(tài) 生成等。 

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

1.3.1.2 業(yè)務(wù)處理模塊 

業(yè)務(wù)處理模塊包括驗證處理、開 / 關(guān)門操作處理，主要 對客戶端的請求進(jìn)行分析驗證，從中央數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)，判 斷用戶是否合法，二維碼信息是否有效，對用戶的操作進(jìn)行 記錄，通過驗證后連接門禁結(jié)點發(fā)送開 / 關(guān)門指令。 

1.3.2 客戶端軟件設(shè)計 

客戶端軟件設(shè)計主要為手機(jī)端移動 App 應(yīng)用，用戶使用 App 與服務(wù)器進(jìn)行交互。

2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)部署方案 

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)部署方案如圖 3 所示。在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中直接添加 門禁網(wǎng)絡(luò)控制器硬件，由門禁網(wǎng)絡(luò)控制器連接電子門鎖。 

從圖中可以看出，整個門禁系統(tǒng)基于現(xiàn)有的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)只 需在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中擴(kuò)展部署門禁網(wǎng)絡(luò)控制器來連接電子鎖，在 服務(wù)器區(qū)架設(shè)移動信息服務(wù)器以提供移動終端外部訪問。

 系統(tǒng)主要由智能移動終端、外部網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、 門禁網(wǎng)絡(luò)控制器、移動信息服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 五部分構(gòu)成。 

（1）智能移動終端。該終端通過 4G 無線網(wǎng)絡(luò)與移動信息 服務(wù)器進(jìn)行交互，將交互信息存儲到數(shù)據(jù)庫中。 

（2）外部網(wǎng)絡(luò)。外部網(wǎng)絡(luò)通過 4G 無線網(wǎng)絡(luò)或外部網(wǎng)絡(luò) （WiFi）進(jìn)行企業(yè)外部的控制，主要通過電信、移動、聯(lián)通等 移動運營商的基站實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。 

（3）企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。在企業(yè)內(nèi)部使用企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、 WiFi 接入局域網(wǎng)，并將移動信息服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給移動智能終端。

（4）門禁網(wǎng)絡(luò)控制器。門禁網(wǎng)絡(luò)控制器負(fù)責(zé)連接電磁鎖， 提供連接的 IP 地址、端口、協(xié)議、指令集，并對連接的設(shè)備 進(jìn)行指令控制。 

（5）移動信息服務(wù)器。移動信息服務(wù)器負(fù)責(zé)將接收的指 令進(jìn)行分析、判斷、篩選，對企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)控制器設(shè)備發(fā)送控 制指令 ；負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行信息交互，生成 動態(tài)的 XML 數(shù)據(jù)。 

（6）數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用 于存儲信息系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)的配置信息，通過網(wǎng)絡(luò)和防火墻開 放的 TCP 端口將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至移動信息服務(wù)器。

3 結(jié) 語

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，人們越來越依賴于智能手機(jī)， 手機(jī)成為現(xiàn)代生活中必不可少的工具之一，一部手機(jī)可以幫助 人們解決很多問題。目前移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展已改變了人們 的生活方式，智能手機(jī)作為移動互聯(lián)網(wǎng)的載體近年來發(fā)展迅速。 

移動網(wǎng)絡(luò)無卡門禁控制系統(tǒng)是移動互聯(lián)網(wǎng)和智能終端應(yīng) 用的拓展，也是移動互聯(lián)網(wǎng)、智能終端和傳統(tǒng)門禁系統(tǒng)結(jié)合的 一種創(chuàng)新。目前在此領(lǐng)域尚未有太多成熟的產(chǎn)品，利用智能終 端進(jìn)行操作、管理門禁也需要深入研究。