面向社区的智慧门禁系统设计

刘 涛，杨彩凤，谭明成

（安徽工程大学计算机与信息学院，安徽芜湖241000）

随着社会经济与物联网技术的快速发展，人们对社区居住环境有了更高的要求，要求社区设计更加人性化、智能化，而其中最重要的是社区安全性问题[1]，所以设置小区智能门禁系统是不可缺少的重要措施，有助于大大提高社区的安全性[2]。现代门禁系统采用硬件系统与互联网相连的方式，方便管理人员对门禁系统进行管理控制，还可以获得门禁系统硬件产生的信息反馈，这不但加强了对社区的安全管理，还有效减少了社区人力物力的浪费，门禁系统将会与互联网紧密结合[3-4]。门禁系统经过不断地发展，形成了三大类型：刷卡门禁，生物识别门禁，互联网门禁[5]。

本文所设计的系统是由多种门禁系统结合而成，解决了各个单一门禁系统的不足，同时采用物联网技术，将门禁硬件系统与互联网进行连接，使管理人员能够实时观察社区出入情况、管理社区人员信息，用户可以在网络上进行遥控开门和卡片挂失，这样的设计可以在满足社区安全的同时，增加用户的使用舒适感，更能满足当前社区的需要[6]。

1 相关技术介绍

本系统硬件模块基于Arduino 平台，Arduino 是一个开放源代码平台，拥有成熟的开发环境[7]，Arduino也可以同时支持不同的插件一起工作，从而能够很好地实现门禁系统的各个功能模拟，比如门禁卡数据的上传和红外遥控等功能，操作方便，只要将各个模块的器件连接到开发板上，再使用编程工具进行模块代码的编写，最后将各个模块的器件进行组合工作。同时使用基于HTML（超文本标记语言）、CSS（层叠样式表）、JavaScript（Java 脚本）开发的Bootstrap 前端开源框架，其界面简洁、功能丰富、使用方便，可以运行在不同内核的浏览器上，支持各种分辨率和屏幕大小,同时支持HTML5，让编码更加灵活，Web 前端的开发更加便捷和快速。

本系统在硬件端和服务器端都添加了加密算法，保障了门禁系统在数据传输过程中的安全性。采用的加密算法是DES 加密算法，这是一种对称加密，发送端和接收端都采用相同的密钥，加密过程将原文分成两部分，前一部分与子密钥进行循环，然后与后一部分进行异或运算，之后再进行交换，这样一共循环十六次，最后得到密文，解密过程与加密过程相反。

2 设计思路与功能概述

2.1 设计思路

通过对系统的详细分析，确定了系统总体功能模块的设计，系统分为硬件端、服务器端以及Web 端，详细结构分为管理员、用户、网站、数据库、刷卡识别、单元门、社区大门、服务器八大部分。硬件端使用Arduino 开发板和不同元器件，对门禁系统的各个开门模块进行模拟，然后通过Wi- Fi 模块上传数据到服务器端；服务器端对硬件上传的数据进行比对，比对成功则下发开门指令，同时将数据存入数据库；Web端管理员可以对用户信息进行管理以及对社区进入记录进行查看，用户可以在Web 端进行门禁卡的挂失和远程遥控开门。

2.2 功能概述

基于系统功能需求分析以及系统设计思路，系统主要包括以下功能：门禁卡开门，指纹开门，红外遥控开门以及Web 遥控开门，Web 端分为用户和管理员两大部分，对应不同的功能需求。门禁卡开门：读卡器将读取到的用户数据上传到服务器，系统将该数据与数据库中所存储的门禁卡数据进行比对，比对成功则系统会向开发板发送开门的指令，最终执行开门指令；指纹开门：指纹模块可以对指纹进行识别，如果识别到的用户指纹在存储器中，并且比对成功，则进行开门；红外遥控开门：使用红外遥控器对Arduino 进行控制，达到开门的目的；Web 遥控开门：用户可以在Web 端上进行操作开门，同时管理门禁卡，可以对门禁卡进行挂失和恢复，管理员可以在Web 上进行人员信息管理和进入记录查看[8]。功能模块如图1 所示。

图1 系统功能模块图

3 系统设计

3.1 硬件端设计

本系统硬件端使用Arduino 平台进行开发，利用各种不同模块来实现系统功能，使用了MFRC522 模块作为刷卡模块、非接触卡作为红外遥控器、红外接收器作为红外遥控模块、AS608 作为指纹模块、ESP8266 作为无线保真（Wi- Fi）模块。刷卡模块是读卡器对IC 卡的信息进行读取，将读取的信息通过Wi- Fi 模块上传到服务器，服务器将上传的信息进行比对，比对成功后查看卡片是否挂失，如果不是挂失状态则服务器向硬件发送开门指令，硬件舵机转动开门；指纹模块可以通过上位机软件录入和删除指纹信息，然后用户进入社区时指纹模块进行实时指纹采集，将采集的指纹信息和内部指纹信息进行比对，比对成功则开门；红外遥控模块通过红外遥控器对红外接收器进行控制，按下按键发送指令进行开门[9]。其中刷卡门禁流程图如图2 所示，红外遥控门禁流程图如图3 所示，指纹门禁流程图如图4 所示。

图2 刷卡门禁流程图

图3 红外遥控门禁流程图

图4 指纹门禁流程图

3.2 服务器端设计

服务器端的具体功能为：收到硬件端的门禁卡信息，然后与数据库中所存储的相应用户门禁卡信息进行对比，对比成功后查看门禁卡状态，如果门禁卡状态为正常，则服务器向硬件发送开门指令，同时将此信息录入数据库的记录表中，也可以接受Web 端的指令，直接向硬件发送指令。为了保证系统的安全性，在硬件端和服务器端的数据传输中使用了DES 加密，每经过一次刷卡开门，系统的秘钥就改变一次，保证系统的安全性[10]。服务器端流程图如图5 所示、数据加密流程图如后面图6 所示。

3.3 Web 端设计

Web 端使用JSP（Java 服务器页面）技术进行开发，管理员可以对社区的进入记录进行查看，对用户信息进行管理，如增、删、改、查等操作，用户可以向硬件发送开门指令，进行远程遥控开门和门禁卡的挂失和恢复。管理员进入该门禁系统的“用户管理”界面，系统将显示“管理员信息”“用户信息”以及“小区进入记录”目录，可对这些信息进行相应的操作；当管理员点击“小区进入记录”时，系统会显示所有的人员进入记录，包括卡号、用户名、进入日期，管理员可以编辑或删除其中的某些记录。

图5 服务器端流程图

图6 数据加密流程图

用户可以通过“用户卡片管理”栏对个人信息进行卡片挂失和恢复操作，该栏存储用户的用户名、密码、卡号、门牌号、电话号码以及用户门卡状态；用户需要开门时，可进入“用户远程开门界面”，首先选择单元号，系统界面将显示出所选单元号的单元地址，当用户确定地址正确时，可滑动界面的开门按钮，系统执行开门指令，打开门锁。

4 结论与展望

通过系统测试，所设计的功能基本都能实现。刷卡门禁能够正常读取数据并上传，服务器对上传的数据能够进行快速比对，然后下发指令；指纹模块可以正确识别指纹信息；管理员可以在Web 端进行信息管理，用户可以在Web 端进行卡片的挂失和遥控开门。虽然已经完成了基本的系统任务要求，但是该系统还是有很多地方有待完善。

本系统在设计的时候有一个没有考虑的问题。设计的单元门有三种开门方式，都是利用网络或者生物识别方式进行开门的，但是当这三种方式都无法进行开门时，住户就无法进入，所以在后续的完善当中应该添加密码解锁，这种开门方式受环境的影响很低，用户可以在无法使用其他方式进入时，采用这种最简单直接的开门方式。本系统还存在比如临时人员的进入登记、Web 界面不够美观等问题，所以在后续的完善中，将会对这些问题进行解决，并相应添加更多的门禁功能，例如面部识别等，以使系统能够更加完善。