王越勝，金志偉

(杭州電子科技大學(xué)自動(dòng)化研究所，浙江 杭州 310018)

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民爆品生產(chǎn)區(qū)域智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王越勝，金志偉

(杭州電子科技大學(xué)自動(dòng)化研究所，浙江 杭州 310018)

摘要：由于民爆品生產(chǎn)的特殊要求，市場(chǎng)上普通的門禁系統(tǒng)不能滿足其安全管理要求。利用RFID和無(wú)障礙式門禁技術(shù)，融合無(wú)線射頻IC卡、紅外檢測(cè)、視頻等現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)觸發(fā)報(bào)警，在同一通道上控制人員的雙向進(jìn)出。門禁管理軟件基于C+B/S整體框架，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)通道的集中式管理。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)和權(quán)威機(jī)構(gòu)測(cè)試，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：危險(xiǎn)區(qū)域；門禁系統(tǒng)；定員；無(wú)線射頻識(shí)別

0引言

隨著安防行業(yè)網(wǎng)絡(luò)化、集成化趨勢(shì)的發(fā)展，門禁系統(tǒng)在一些行業(yè)市場(chǎng)上的項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，與安防其他子系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)功能需求也越來(lái)越多[1]。目前，國(guó)外的一些高端品牌門禁系統(tǒng)的功能專業(yè)而且強(qiáng)大，如西門子門禁系統(tǒng)、HIRSCH系統(tǒng)、美國(guó)凱瑞門禁系統(tǒng)等，一些高級(jí)門禁系統(tǒng)已加入云計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了更安全、更靈活的信息管理[2]。國(guó)內(nèi)門禁系統(tǒng)通常局限于簡(jiǎn)單的門禁應(yīng)用，很難滿足國(guó)內(nèi)復(fù)雜的工業(yè)管理需求[3]。民爆行業(yè)作為我國(guó)工業(yè)體系中的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，加強(qiáng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的安全管理勢(shì)在必行[4]。本文結(jié)合實(shí)際，設(shè)計(jì)開發(fā)了一種適用于民爆物品生產(chǎn)企業(yè)的無(wú)障礙式門禁定員系統(tǒng)，采用分布式、多模式、多層管理的方式，實(shí)現(xiàn)了危險(xiǎn)作業(yè)場(chǎng)所或區(qū)域人員出入和定員限制的監(jiān)控，對(duì)危險(xiǎn)作業(yè)場(chǎng)所安全管理的水平提高具有重要的意義。

1整體方案設(shè)計(jì)

1.1　工作原理

利用射頻識(shí)別和無(wú)障礙門禁技術(shù)，在同一通道基礎(chǔ)上控制人員的雙向進(jìn)出，融合IC卡、紅外檢測(cè)、視頻等現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)和區(qū)域人員狀態(tài)，準(zhǔn)確、可靠地檢測(cè)人員進(jìn)出事件，根據(jù)是否有卡、是否授權(quán)、人員數(shù)是否超限、設(shè)備是否正常工作等觸發(fā)報(bào)警。

1.2　結(jié)構(gòu)組成

系統(tǒng)由4層結(jié)構(gòu)組成，第1層為監(jiān)控設(shè)備層(如讀卡器、紅外等設(shè)備)，通訊接口采取標(biāo)準(zhǔn)高速接口；第2層為采集/傳輸層，主要是銜接設(shè)備層與數(shù)據(jù)處理層間的數(shù)據(jù)交換；第3層為數(shù)據(jù)處理層，主控底層軟件；第4層為數(shù)據(jù)應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)報(bào)警和用戶管理等功能。

各個(gè)通道的門禁系統(tǒng)通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接到車間監(jiān)控中心，形成車間區(qū)域的門禁管理；

各個(gè)車間的門禁系統(tǒng)再通過以太網(wǎng)集中到工廠監(jiān)控中心，形成整個(gè)工廠的門禁系統(tǒng)。系統(tǒng)整體架構(gòu)和層級(jí)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

2硬件設(shè)計(jì)

每個(gè)通道的門禁檢測(cè)裝置主要由紅外進(jìn)出檢測(cè)裝置、RFID讀卡裝置、人員進(jìn)出視頻監(jiān)控裝置、信息提示LED顯示屏、聲光報(bào)警裝置等組成，系統(tǒng)的硬件模塊組成如圖2所示。選用嵌入式門禁主機(jī)，在其外圍配置射頻讀卡模塊、紅外傳感模塊、網(wǎng)絡(luò)攝像模塊、LED顯示模塊、電源模塊、報(bào)警模塊和智能I/O模塊等環(huán)節(jié)。

圖2　硬件模塊框圖

2.1　射頻讀卡模塊設(shè)計(jì)

射頻讀寫器由射頻讀寫電路、天線耦合電路、主控電路和天線等電路組成，負(fù)責(zé)對(duì)射頻信號(hào)的處理和數(shù)據(jù)的傳輸，完成讀取IC卡序列號(hào)的任務(wù)[5]，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　射頻讀卡器結(jié)構(gòu)圖

2.1.1天線最佳尺寸設(shè)計(jì)

天線設(shè)計(jì)是硬件中的一個(gè)難點(diǎn)，因?yàn)楹茈y使匹配電路達(dá)到諧振的條件。諧振電路的諧振頻率由湯姆遜公式得到：

(1)

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，天線的形狀為矩形，根據(jù)畢奧—薩伐爾定律，得其磁感應(yīng)強(qiáng)度以天線距離中心垂直距離為x為準(zhǔn)，由下式得到：

(2)

2.1.2天線電感值和Q值計(jì)算

天線電感值可由阻抗分析儀檢測(cè)。若條件不允許，實(shí)際設(shè)計(jì)由下式估算得到：

(3)

式中，L為天線電感的估計(jì)值，l1為一圈導(dǎo)線的長(zhǎng)度；K為天線形狀系數(shù)(矩形，K=1.47)；D1為導(dǎo)線直徑；N1為線圈匝數(shù)。取L=1.6μH，l1=16cm，D1=1mm，求得導(dǎo)線匝數(shù)N1為4.3。

(4)

2.2　紅外檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

紅外檢測(cè)采用變頻式紅外對(duì)射的方式，用于核對(duì)人員數(shù)量、防尾隨、反潛入。其工作原理是通過兩對(duì)不同頻率的傳感信號(hào)傳入單片機(jī)，以防止兩對(duì)傳感器的互相干擾，經(jīng)耦合電路放大和比較來(lái)自接收端的探測(cè)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)繼電器，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

2.3　智能I/O模塊設(shè)計(jì)

采用STC15F2K60S2單片機(jī)，負(fù)責(zé)兩對(duì)紅外、進(jìn)出讀卡器紅綠燈以及聲光報(bào)警的接入控制。由于STC15F2K60S2單片機(jī)無(wú)法驅(qū)動(dòng)12 V的聲光報(bào)警燈，需接一個(gè)ULN2803達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)器。

3軟件設(shè)計(jì)

3.1　單通道人員檢測(cè)

檢測(cè)紅外和用戶刷卡信息，包括通過人員的身份、進(jìn)出方向與時(shí)間，并上報(bào)至監(jiān)控中心，根據(jù)監(jiān)控中心反饋信息，顯示區(qū)域狀態(tài)和報(bào)警。單個(gè)通道檢測(cè)處理流程如圖4所示。

圖4　單通道人員檢測(cè)流程圖

3.2　智能門禁管理系統(tǒng)

門禁管理系統(tǒng)基于.NET平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，通過C#編程實(shí)現(xiàn)，并結(jié)合SQL Sever 2005關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)操作。軟件核心結(jié)構(gòu)采用C+B/S組合架構(gòu)，即瀏覽器數(shù)據(jù)管理、客戶端程序?qū)崟r(shí)監(jiān)控、服務(wù)器控制的模式。利用ADO.NET讀取SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫(kù)的監(jiān)控信息表，自動(dòng)記錄和存儲(chǔ)監(jiān)控信息。門禁管理軟件由定員監(jiān)控子系統(tǒng)與后臺(tái)管理子系統(tǒng)組成，前者實(shí)現(xiàn)人員進(jìn)出的實(shí)時(shí)監(jiān)控，后者提供系統(tǒng)的管理功能，其主要功能框圖如圖5所示。

圖5　軟件功能框圖

3.3　系統(tǒng)運(yùn)行分析

系統(tǒng)運(yùn)行后，監(jiān)控中心主界面會(huì)對(duì)各類報(bào)警進(jìn)行處理，自動(dòng)記錄操作日志，在處理時(shí)可查看錄像。報(bào)警類型分為設(shè)備報(bào)警、超員報(bào)警、滿員報(bào)警、未授權(quán)報(bào)警、未驗(yàn)證報(bào)警、連續(xù)進(jìn)入報(bào)警?，F(xiàn)場(chǎng)大屏幕動(dòng)態(tài)顯示定員和狀態(tài)信息，并對(duì)異常情況進(jìn)行聲光報(bào)警。

4結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的門禁系統(tǒng)基于RFID和無(wú)障礙雙向智能門禁技術(shù)，采用C+B/S 群組模式，經(jīng)反復(fù)調(diào)試和試驗(yàn)，系統(tǒng)可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，具有良好的兼容性、可擴(kuò)展性、防篡改能力?？捎行Х乐谷藛T尾隨、刷卡違規(guī)、一卡多用的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了炸藥危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)域人員出入與定員限制的監(jiān)控，對(duì)將來(lái)危險(xiǎn)場(chǎng)所智能門禁系統(tǒng)的開發(fā)提供了一定的參考。

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Design oF Intelligent Access Control System in Explosive Products Zone

Wang Yuesheng， Jin Zhiwei

(InstituteoFAutomation，HangzhouDianziUniversity，HangzhouZhejiang， 310018，China)

Abstract:Due to the special requirements oF explosive products， common access control systems on the market can not meet its saFety management requirements. The system is based on radio Frequency identiFication(RFID) and barrier-Free access control technology， integrating IC cards， inFrared detection， video and other Field test data to trigger the alarm to control personnel on the same channel bi-directional access. Access soFtware is based on C+B/S overall Framework， achieving centralized management oF each channel. Through trial and testing oF authority， the system is reliable and stable．

Key words:hazardous areas; access control system; capacity; radio Frequency identiFication

中圖分類號(hào)：TP277

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-9146(2015)03-0044-04

作者簡(jiǎn)介：王越勝(1964-)，男，浙江臨海人，教授級(jí)高級(jí)工程師，生產(chǎn)過程綜合自動(dòng)化.

收稿日期：2014-09-18

DOI:10.13954/j.cnki.hdu.2015.03.008