民爆品生产区域智能门禁系统设计

王越胜，金志伟

(杭州电子科技大学自动化研究所，浙江 杭州 310018)



民爆品生产区域智能门禁系统设计

王越胜，金志伟

(杭州电子科技大学自动化研究所，浙江 杭州 310018)

摘要：由于民爆品生产的特殊要求，市场上普通的门禁系统不能满足其安全管理要求。利用RFID和无障碍式门禁技术，融合无线射频IC卡、红外检测、视频等现场检测数据触发报警，在同一通道上控制人员的双向进出。门禁管理软件基于C+B/S整体框架，实现了各个通道的集中式管理。经过反复试验和权威机构测试，验证了系统的可靠性和稳定性。

关键词：危险区域；门禁系统；定员；无线射频识别

0引言

随着安防行业网络化、集成化趋势的发展，门禁系统在一些行业市场上的项目建设规模越来越大，与安防其他子系统之间的联动功能需求也越来越多[1]。目前，国外的一些高端品牌门禁系统的功能专业而且强大，如西门子门禁系统、HIRSCH系统、美国凯瑞门禁系统等，一些高级门禁系统已加入云计算，实现了更安全、更灵活的信息管理[2]。国内门禁系统通常局限于简单的门禁应用，很难满足国内复杂的工业管理需求[3]。民爆行业作为我国工业体系中的基础性产业，加强生产现场的安全管理势在必行[4]。本文结合实际，设计开发了一种适用于民爆物品生产企业的无障碍式门禁定员系统，采用分布式、多模式、多层管理的方式，实现了危险作业场所或区域人员出入和定员限制的监控，对危险作业场所安全管理的水平提高具有重要的意义。

1整体方案设计

1.1　工作原理

利用射频识别和无障碍门禁技术，在同一通道基础上控制人员的双向进出，融合IC卡、红外检测、视频等现场检测数据和区域人员状态，准确、可靠地检测人员进出事件，根据是否有卡、是否授权、人员数是否超限、设备是否正常工作等触发报警。

1.2　结构组成

系统由4层结构组成，第1层为监控设备层(如读卡器、红外等设备)，通讯接口采取标准高速接口；第2层为采集/传输层，主要是衔接设备层与数据处理层间的数据交换；第3层为数据处理层，主控底层软件；第4层为数据应用层，实现监测报警和用户管理等功能。

各个通道的门禁系统通过TCP/IP网络连接到车间监控中心，形成车间区域的门禁管理；

各个车间的门禁系统再通过以太网集中到工厂监控中心，形成整个工厂的门禁系统。系统整体架构和层级结构如图1所示。

图1　系统整体架构图

2硬件设计

每个通道的门禁检测装置主要由红外进出检测装置、RFID读卡装置、人员进出视频监控装置、信息提示LED显示屏、声光报警装置等组成，系统的硬件模块组成如图2所示。选用嵌入式门禁主机，在其外围配置射频读卡模块、红外传感模块、网络摄像模块、LED显示模块、电源模块、报警模块和智能I/O模块等环节。

图2　硬件模块框图

2.1　射频读卡模块设计

射频读写器由射频读写电路、天线耦合电路、主控电路和天线等电路组成，负责对射频信号的处理和数据的传输，完成读取IC卡序列号的任务[5]，内部结构如图3所示。

图3　射频读卡器结构图

2.1.1天线最佳尺寸设计

天线设计是硬件中的一个难点，因为很难使匹配电路达到谐振的条件。谐振电路的谐振频率由汤姆逊公式得到：

(1)

在实际设计中，天线的形状为矩形，根据毕奥—萨伐尔定律，得其磁感应强度以天线距离中心垂直距离为x为准，由下式得到：

(2)

2.1.2天线电感值和Q值计算

天线电感值可由阻抗分析仪检测。若条件不允许，实际设计由下式估算得到：

(3)

式中，L为天线电感的估计值，l1为一圈导线的长度；K为天线形状系数(矩形，K=1.47)；D1为导线直径；N1为线圈匝数。取L=1.6μH，l1=16cm，D1=1mm，求得导线匝数N1为4.3。

(4)

2.2　红外检测模块设计

红外检测采用变频式红外对射的方式，用于核对人员数量、防尾随、反潜入。其工作原理是通过两对不同频率的传感信号传入单片机，以防止两对传感器的互相干扰，经耦合电路放大和比较来自接收端的探测信号，以驱动继电器，产生报警信号。

2.3　智能I/O模块设计

采用STC15F2K60S2单片机，负责两对红外、进出读卡器红绿灯以及声光报警的接入控制。由于STC15F2K60S2单片机无法驱动12 V的声光报警灯，需接一个ULN2803达林顿管驱动器。

3软件设计

3.1　单通道人员检测

检测红外和用户刷卡信息，包括通过人员的身份、进出方向与时间，并上报至监控中心，根据监控中心反馈信息，显示区域状态和报警。单个通道检测处理流程如图4所示。

图4　单通道人员检测流程图

3.2　智能门禁管理系统

门禁管理系统基于.NET平台进行开发，通过C#编程实现，并结合SQL Sever 2005关系数据库进行相关数据操作。软件核心结构采用C+B/S组合架构，即浏览器数据管理、客户端程序实时监控、服务器控制的模式。利用ADO.NET读取SQL Server 2005数据库的监控信息表，自动记录和存储监控信息。门禁管理软件由定员监控子系统与后台管理子系统组成，前者实现人员进出的实时监控，后者提供系统的管理功能，其主要功能框图如图5所示。

图5　软件功能框图

3.3　系统运行分析

系统运行后，监控中心主界面会对各类报警进行处理，自动记录操作日志，在处理时可查看录像。报警类型分为设备报警、超员报警、满员报警、未授权报警、未验证报警、连续进入报警。现场大屏幕动态显示定员和状态信息，并对异常情况进行声光报警。

4结束语

本文设计的门禁系统基于RFID和无障碍双向智能门禁技术，采用C+B/S 群组模式，经反复调试和试验，系统可长时间稳定运行，具有良好的兼容性、可扩展性、防篡改能力。可有效防止人员尾随、刷卡违规、一卡多用的现象，实现了炸药危险作业区域人员出入与定员限制的监控，对将来危险场所智能门禁系统的开发提供了一定的参考。

参考文献

[1]赵建邦.2014年门禁行业的10大趋势[J].中国安防,2014,(5):59-62.

[2]Kortesniemi Y,Särelä M.Survey oF certiFicate usage in distributed access control[J].Computers & Security,2014，44:16-32.

[3]魏强.基于非接触式IC卡技术的校园门禁管理系统设计[J].计算机工程与设计,2008,29 (14)：3 771-3 772.

[4]魏振钢,宋庆国,张建军,等.基于以太网的分布式智能门禁系统[J].计算机工程与设计,2007,(3):6-8.

[5]董庆贺,钟震林.基于RFID的门禁管理系统设计与实现[J].桂林电子科技大学学报，2011，31(3):226-229.

[6]戴彩艳,蔡坚勇,陈银燕，等.13.56MHz RFID读写器天线的设计与仿真[J].无线电工程，2013,43(1):42-45.

[7]李宝山.无源高频RFID系统读写器天线的设计[J].无线电工程,2008,38(5):35-38.

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

中图分类号：TP277

文献标识码：A

文章编号：1001-9146(2015)03-0044-04

作者简介：王越胜(1964-)，男，浙江临海人，教授级高级工程师，生产过程综合自动化.

收稿日期：2014-09-18

DOI:10.13954/j.cnki.hdu.2015.03.008