高校智能门禁系统的设计与实现毕业作品.docx
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高校智能门禁系统的设计与实现毕业作品
毕-设
业-计
(二零届)
高校智能门禁系统的设计与实现
所在学院
专业班级计算机科学与技术
学生姓名学号
指导教师职称
完成日期年月
摘要:
现在的校园开放,越来越社会化,校园案件急剧上升,高校的门又多不易管理等。
本文正是以此为背景,采用各种识别方式对高校中的大门进行分析,并设计合理的门禁系统。
在本文中首先简要介绍了门禁系统的一般功能和结构,以及设计实际系统时所遵循的原则和依据。
接着,调研高校各类人员身份、各楼宇、各室出入人员角色分类,并对各个门进行具体的分析;研究基于各种信息采集手段的门禁系统,如校园卡,视频、图像监控,指纹等,经过调查分析对各个门设置合理的门禁;介绍了系统的软件开发环境;通过对系统进行需求分析,阐述了一种门禁监控系统的设计方案。
最后,从硬件和软件的角度,论证了系统的安全性。
在本文中,以Java为前台开发工具,MySQL为后台运行数据库,开发一套门禁系统。
解决了校园的一系列问题,支持了校园的“平安校园”,“创安工程”等举措。
关键词:
门禁系统;校园卡;Java;MySQL
ThedesignandimplementationofCollegeintelligententranceguardsystem
Abstract:
Collegecampusisgettingmoreandmoreopenandsocialized.Meanwhilecampuscasesarerisingsharply.Withthebackgroundofdifficultyinadministrationcampusdoors;thisessayshowssomewaysofidentificationanddesigningsoundaccesscontrolsystem.Firstly,thisessaymakesabriefintroductionofordinaryfunctionsandstructuresofaccesscontrolsystemsaswellasprinciplesandbasisindesigningpracticalsystems.Secondly,itinvestigatestheidentificationsincollegesandthepeoplegettinginandoutofbuildingsandrooms,andanalyseseverydoorindetail.Makingresearchesaccordingtomeansofinformationcollections,suchasschoolcards,videos,imagesmonitoring,fingerprintandsoon;itshowssoundaccesscontrolsystems,introducestheenvironmentsofsoftwaredevelopment;andexploresaplanindesigningaccesscontrolsystemthroughanalyzingthedemandofsystems.Lastly,itdemonstratesthesafetyofthesystemfromtheprospectiveofhardwareandsoftware.
Keywords:
entranceguardsystem;Campuscard;Java;MySQL
.
1引言
1.1问题的提出
高校校园越来越开放,越来越社会化,同时校园案件急剧上升。
为此各地教委纷纷出台了“平安校园”,“创安工程”等举措。
他们采取查验有效证件的措施。
但是校园内的学生往往都以万计算,教职工数量也颇为可观,而进出校门,进出宿舍、实验室、图书馆、教学楼等地方的人员众多,角色也各不相同,门卫难以识别。
如何才能有效的查验外来人员的证件?
其实一套运行良好的高校门禁系统即可有效的完成这一任务[1]。
高校的门很多,不易于管理,主要表现为以下情况:
普通的教学楼,需要有很多的管理员,并且要揣着沉甸甸的钥匙;学生上课迟到早退;多媒体教室,未经允许的人擅自使用多媒体设施的教室;教师休息室:
同学擅自闯入;实验室,不经允许进入专业实验室;教师办公室,不明身份的人,走进老师办公室,顺手拿走桌面上的东西;财务室,未经允许的人擅自闯入财务室;行政楼,未经允许的人擅自闯入;学生公寓,外来人员擅自闯入,造成学生的财产损失,威胁学生的人生安全;推销人员打扰学生正常生活等等。
一套运行良好的区域门禁系统可以很好的解决上述问题。
1.2主要内容及意义
主要为配合校园信息化建设的要求,设计符合我校实际要求的门禁管理系统,以提高校园各机构、宿舍的人身和财产安全,便利使用和减少管理成本,提高服务效能。
研究基于各种信息采集手段的门禁系统,经过调查分析对各个门设置合理的门禁。
本论文分为6部分,分别为:
引言、介绍本论文的关键内容及技术、调研部分、介绍系统的硬件配置、系统的软件开发、总结。
在越来越注重安全和便捷的校园管理方式,传统的门禁系统已经不能完全满足现代校园的管理方式。
本论文设计的门禁系统能很好的配合校园的管理方式,能应用到校园的各个区域,能使各个区域有条理的完成校园管理。
2介绍本论文的关键内容及技术
2.1门禁系统概述
门禁系统的基本含义就是出入口控制系统,它的作用在于管理人群进出管制区域,限制XX者进出特定区域,并使己授权者在进出上更简捷,而且根据实际需要来查询一系列记录。
从以前的用木棍用作门闩,发展到普通的锁,再到磁卡,密码卡,最近几年随着感应技术,生物识别技术的发展,门禁系统得到了飞跃式的发展。
进入了成熟期,出现了感应卡门禁系统,指纹门禁系统,红外线门禁系统,人脸识别门禁系统等各种技术的门禁系统,它们在安全性,方便性,易管理性等方面各有特长,门禁系统的应用领域也越来越广[2]。
门禁服务器将校园内各区域门禁系统联网,实现门禁系统的集中控制。
门禁系统应由公共区域门禁系统和各区域门禁系统构成。
校园门禁系统主要完成对各大门进出人员、进出车辆的管理,各区域门禁系统包括图书馆、办公大楼、重点教学大楼、学生宿舍。
2.1.1门禁系统功能
其一般功能是:
1、时刻自动记录人员的进出情况,限制内部人员的进出区域和进出时间,礼貌地拒绝不速之客,同时也将有效地保护公共财产不受非法侵犯。
2、系统的每个远端控制器通过总线方式与控制中心实时联系,记录所有进出人员的信息,包括人员姓名、进入时间和进入的门区位置等等。
如果请求进入的人员身份合法(即经过控制中心授权),电锁将打开;否则电锁不会开启。
3、出现突发事件(如火灾等)时,各远端智能控制器能同时全局联动,打开所有的门以紧急疏散人群并发出报警信号;同样,控制器对于非法闯入事件也采取实时报警并处理。
4、人员可以向控制中心申请权限,中心批准后可开指定的门。
5、控制中心通过管理软件对所有远端控制器进行实时监控,随时汇整数据,并根据需要打印相应的报表[2]。
2.1.2门禁系统的组成
门禁系统由控制器、读卡器或其他采集信息器、电控锁、门磁、开门开关、识别卡和通信管理器、管理主机和管理软件等组成。
系统构成如图2-1[2]:
图2-1门禁系统组成框图
其中,控制器、读卡器或其他采集器、电控锁、门磁、开门开关、识别卡,图像,指纹等构成基本的门禁控制单元设备。
控制器是门禁系统的核心,由一台微处理机相应的外围电路组成。
如果将信息采集器比做系统的眼睛,将电控锁比做系统的手,那么控制器就是系统的大脑,由它来决定某一张或一张图片是否为本系统己注册的有效卡,该卡是否符合所限定的时间段和开门权限,从而控制电控锁是否打开[3]。
系统的控制主机可以是工控机也可以是PC机,系统组网情况下的拓扑结构一般采用总线结构,其优点是节点介入方便、成本低、轻载时时延小、可靠性高等。
控制器是整个系统的核心控制部分,对门锁的一切操作均由它来控制完成;并且,主机发送的控制命令,以及门锁的状态和记录信息都经由控制器来传送。
因此,门禁系统的智能化程度也就主要取决于这部分的设计[3]。
门磁传感器则可以反映门的实时状态,通过门磁信号,控制器可以判断是否是合法开门。
如果是非法开门,同时给予相应的报警信号。
电子锁是门禁系统的执行机构,有阴锁、阳锁之分。
按照识别身份技术的不同,可以把门禁系统划分为非接触式感应卡门禁系统、视频图像门禁系统、指纹门禁系统等。
用户可以根据需要选择各种不同类型的门禁系统。
感应卡卡识别比较适合用在高校大门,各个楼宇的大门,比如教学楼,教师办公大楼,学生宿舍等的大门。
像专业实验室等的机密性高的机构适合采用图像识别,指纹识别等的生物识别方式的门禁系统。
2.2门禁监控系统的设计原则与依据
2.2.1系统设计原则
门禁系统作为一项先进的高科技技术防范手段,在早期,一些经济发达的国家就已经应用于科研、工业、博物馆、酒店、商场、医疗监护、银行、监狱等,特别是由于系统本身具有隐蔽性、及时性等特点,在许多领域的应用越来越广泛。
门禁系统既要处于技术的尖端,具有智能性、高可靠性、实时性,又要能符合实际需要。
因此,系统的设计应遵循下列原则[4]:
1、系统的实用性
门禁系统的内容应符合实际需要,不能华而不实。
如果片面追求系统的超前性,势必造成投资过大,脱离实际。
因此,系统的实用性是首先应遵循的第一原则。
系统的前端产品和系统软件均有良好的可学习性和可操作性。
特别是操作性,使具备电脑初级操作水平的管理人员,通过简单的培训就能掌握系统的操作要领,达到能完成值班任务的操作水平。
2、系统的实时性
如果门禁系统中任何一个关键系统出现差错或停机将直接影响到整个系统的运作情况。
因此,门禁系统各子系统应尽可能属于不停机系统,以保证工作正常运行。
3、系统的完整性
一个完整的门禁系统是建筑整体形象的重要标志。
功能完善,设备齐全,管理方便是设计应考虑的一个因素。
4、系统的安全性
门禁系统中的所有设备及配件在性能安全可靠运转的同时,还应符合中国或国际有关的安全标准,并可在非理想环境下有效工作。
另外,系统安全性还应体现在信息传输及使用过程中,不易被劫获和窃取等方面。
5、系统的可扩展性
门禁系统的技术不断向前发展,用户需求也在发生变化,因此门禁系统的设计与实施应考虑到将来可扩展的实际需要,亦即:
可灵活增减或更新各个子系统,满足不同时期的需要,保持长时间领先地位,成为智能建筑的典范。
系统设计时,对需要实现的功能进行了合理配置,并且这种配置是可以改变的,设置甚至在工程完成后,这种配置的改变也是可能的和方便的。
系统软件根据不同历史时期市场的需求进行相应的升级和完善,并免费为相应的应用客户进行软件升级。
6、系统易维护性
门禁系统在运行过程中的维护应尽量做到简单易行。
系统的运转真正做到开电即可工作,插上就能运行的程度;而且维护过程中无需使用过多专用的维护工具。
从计算机的配置到系统的配置,都充分仔细地考虑了系统可靠性。
在做到系统故障率最低的同时,也要考虑到即使因为意想不到的原因而发生问题时,保证数据的方便保存和快速恢复,并且保证紧急时能迅速地打开通道。
整个系统的维护是在线式的,不会因为部分设备的维护,而停止所有设备的正常运作。
本门禁系统在设计时结合目前国内存在的实际应用水平,使系统建成后能够立即得到充分的利用;采用合理的投资而得到最佳的效果。
这体现在三个方面:
1、在满足功能性和可靠性的前提下,初期的总投资要尽可能少。
2、系统运行后的管理和维护费用少。
3、系统在未来进行更改或搬迁以及改造升级时只需少量资金便可达成。
总而言之,智能化系统首先要具有先进性,适应未来发展的需要。
因此设计的思路必须超前,选用的系统设备和软件必须是目前国际上比较先进的[4]。
2.2.2系统设计依据
在高校的楼宇自动化系统中,门禁系统属于其中的保安子系统,其设计及其工程安装必须依据一定的规范,主要的设计规范有如下几个[5]:
1、国际综合布线标准ISO/ICl1801
2、《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16一92
3、《中华人民共和国安全防范行业标准》GA/T74一94
4、《中华人民共和国公共安全行业标准》GA/T7O一94
5、《监控系统工程技术规范》GB/50198一94
2.3几种信息的采集手段
信息的采集手段大致可分为一下几类:
校园卡(IC智能卡),视频、图像监控,指纹等,经过调查分析对各个门设置合理的门禁。
2.3.1校园卡
校园卡即IC智能卡。
校园卡有很多种类,有最早期穿孔的卡、磁卡、感应卡等。
1、穿孔卡,结构复杂、不宜携带、存储量少。
2、磁卡,由于其结构简单,存储容量小,安全保密性差,读写设备复杂且维护费用高,作为七、八十年代技术水平的产品已风光不再,面临下岗。
3、感应卡,安全可靠,除了存储容量大,还可一卡多用,同时可靠性比磁卡高,寿命长;读写结构比磁卡读写结构简单可靠,造价便宜,维护方便,容易推广。
正由于以上优点,使得Ic卡市场遍布世界各地,风靡一时[6]。
校园卡门禁系统的优势和劣势:
优势:
价格优惠、安全可靠、使用方便、高抗扰性、一卡多用。
劣势:
易丢失、易损坏、寿命短、校园卡的补办需要一定的手续和过程,这样将会影响高校人员对门禁的正常使用。
2.3.2视频、图像监控
人脸门禁系统是利用人脸识别技术和计算机系统实现门禁系统。
需要构建高速图像采集处理系统,它主要包括图像采集模块、图像低级处理模块、总线接口以及输入/输出控制模块等。
自动人脸识别技术研究自20世纪90年代开始流行,但目前的一些技术和系统局限于环境,离实用化有一定距离,性能和准确率有待提高。
人脸识别技术具有直接、友好、方便的特点,易为用户所接受。
国内外已出现了一些商业化的基于人脸识别技术的考勤系统,但由于其技术方案原因,对于人脸姿势变化、光照变化等容忍度差,识别低[7]。
视频、图像识别技术的优势和劣势:
优势:
安全性极高。
劣势:
成本高、识别率低。
2.3.3指纹
指纹门禁系统是通过识别每个人的指纹特征来实现的。
人们的手掌及其手指、脚、脚趾内侧表面的皮肤凸凹不平产生的纹路会形成各种各样的图案,包括指纹在内的这些皮肤的纹路在图案、断点和交叉点上各不相同,也就是说,是唯一的。
依靠这种唯一性,我们就可以把一个人同他的指纹对应起来,通过比较他的指纹和预先保存的指纹进行比较,就可以验证他的真实身份。
这种依靠人体的身体特征来进行身份验证的技术称为生物识别技术,指纹识别是生物识别技术的一种[8]。
指纹识别技术的优势和劣势:
优势:
安全性很高、操作方便。
劣势:
由于高校中的学生比较活跃,经常运动导致出汗等,进行指纹识别存在识别不出的情况。
识别率低,成本高等问题。
2.4数据库介绍
数据库(database,DB):
DB是统一管理的相关数据的集合。
DB能为各种用户共享,具有最小冗余度,数据间联系密切,而又有较高的数据独立性[9]。
数据库是信息的集合体。
关系数据库是利用数据库进行数据组织的一种方式,是现代流行的数据库系统中应用最为普遍的一种,也是最有效率的数据组织方式之一。
在关系数据库里,所有的数据都按表(按关系理论的术语,表应该被称为“关系”)进行组织和管理。
表容纳着对个人或对企业至关重要的数据。
在进行数据库程序设计时,首先要做的工作就是设计数据库表格,设计每个表格该由哪几项构成。
这项工作看似简单,实际上很复杂。
设计得不好会使表格中产生大量的重复性数据,造成存储空间的浪费。
并且,在更新记录时,还可能会造成记录内容的不一致,即所谓的存储异常问题。
因此,在表格的设计当中,有三种范式的规定。
通常,由于第一范式(lNF)和第二范式(2NF)未消除部分函数依赖和传递依赖关系,其数据冗余度较大,存储异常较多。
在实际应用中,一般只要达到第三范式(3NF)的模式设计,数据库模式会有较好的性能。
下面来看一下第一、二、三范式的概念
1、第一范式(1NF)
1NF是关系数据库系统的基础。
若关系模式R的每个关系的属性值都是不可分解的,则称R属于1NF。
第一步将数据规范为第一范式,使得表中每一行只包含信息的一个实例,并且所有的值都必须是原子项,即不可分解。
2、第二范式(2NF)
若关系模式R属于1NF,且每个非主属性都完全函数依赖于R的每个键,则称关系模式R属于ZNF。
3、第三范式(3NF)
若关系模式R属于2NF,且每个非主属性都不传递依赖于R的任何键,则称R属于3NF。
尽管按照现代关系理论,系统数据库应完全遵循第三范式。
但在数据库设计时,并不完全以第三范式的方式来构造。
这是因为在应用系统上运行select、insert、uPdate和delete时,联机和批处理程序可能太慢,这常常是
由于连接的表太多而引起的。
同样,任务分析也发现,每次需要对太多表进行访问才能得到所需信息。
因此,在表设计时,有时有意地违背第三范式,将数据冗余地装入不完全依赖于主关键字的表中。
事实上,这也是数据库表结构设计时的常用方法。
3调研部分
本论文的调研部分主要从三个方面着手调研,调研高校各类人员身份、各楼宇、各个区域出入人员角色分类,并对各个门进行具体的分析。
3.1人员身份的调研
调研结果,在高校中主要的身份有教师,学生,管理人员,保洁人员,行政人员,其他外来访客等。
3.2各个楼宇的调研
调研结果,在高校中,除了各个大门需要设门禁系统,在各个楼宇的门也需要设门禁系统。
比如有行政大楼,实验楼,教学楼,教师办公大楼,校资源储藏室,图书馆等。
在不同的地方,有对应不同角色的人能进入,其他人员不经允许不可进入,在3.4节将给与具体的介绍。
3.3各室出入人员角色的调研
调研结果,在高校中,各个人员将扮演着不同的角色,具体分析如图3-1和图3-2。
图3-1老师的角色
图3-2学生的角色
3.4分析各个门的出入角色情况
1、高校各个大门,只要是与学校有关的角色人员将经常出入大门口,大门口人流量大,人员角色复杂,故大门口应设一个高效的门禁系统,比如校园卡门禁系统。
2、行政大楼,进出行政楼的人员有行政人员和一些有需要的教师和学生,需要到行政部门办事的外来家长,还有保洁人员,在此楼宇可设一个指纹门禁系统。
3、实验楼,分为普通实验室,专业实验室和研究人员专业实验室。
在普通实验室,在校学生和老师均能进入。
专业实验室只有到相应的班级上有关专业课时,包括对应的学生和教师能进入,对于专业的实验室应该设指纹门禁系统,普通的设校园卡门禁系统。
4、教学楼,有教师休息室,普通教室和多媒体教室。
教师休息室只允许教师,课代表需在课间时间交作业时进入。
普通教室,有学习需要者均可进入。
多媒体教师,只有需要用到多媒体教室的教师和学生能进。
在下午5点至6点保洁人员能进入打扫。
5、教师办公大楼,只有在课间或在下午放学后,有需要的同学能经过请求进入教师办公室,其他时间只有相应的教师或者有请求者能进入。
6、校资源储藏室,储藏管理人员能进,其他人员一律不准随便进去。
7、图书馆,需借阅图书的人员,在早上8点到晚上9点半都可凭门禁卡进入。
4介绍系统的硬件配置
在门禁监控系统中,硬件设备和软件系统是相辅相成的,缺一不可。
所以,在此有必要介绍一下本系统中的硬件配置等情况(以校园卡门禁为例)。
4.1系统的主要硬件配置
一套完整的门禁监控系统,需要的硬件很多。
比如有,控制器,转换器,读卡器,感应卡,
监控上位机和RS-232/RS-485接口转换器[10]。
4.1.1控制器及其通讯转换模块
控制器是整个门禁系统的核心。
它由单片机、E2PROM或FlashMemory、外围I/O电路和继电器等组成,运行固化的程序和专用的通信协议。
它能够储存一定数量的卡号(即:
卡片内码),并赋予这些卡号对各门的权限和可以通行的时间。
控制器收到读卡器发送来的卡号后,自动与自己所储存的卡号进行比对,然后根据比对的结果决定是否执行开门或报警等动作。
控制器可以在完全脱离上位机的情况下独立工作。
所以,即使监控上位机暂时出现故障,也不会导致整个系统失控。
它还能储存一定数量的历史记录,等到上位机排除故障后再来读取。
这样,系统的安全性和数据的完整性得到了充分的保障[10]。
本门禁系统采用SYRIS公司的SYRIS200NT控制器。
这种控制器最多可以连接8个读卡器,并设有4个输出继电器,可以控制4张门。
因为每张门有进出两个不同的方向,需要2个读卡器,所以4个门最多可以对应8个读卡器。
这种控制器还有4个开关输入点,用作门位侦测点或外部开关输入,可以监视门的开闭状态或通过外部按钮手动开关门。
它能够储存多达6000个16位长的卡号,控制每张卡对各门的进出权限和通行时间;并且记录容量最多可达3000多条[11]。
控制器一方面接受读卡器传送来的卡号,自动进行比对,继而控制门的开启和关闭;另一方面与监控上位机进行通信,将历史记录传送给上位机并接收其控制命令。
控制器与外部设备通过RS一485接口进行通信[10]。
4.1.2读卡器及感应卡
SYRIS感应读卡器为一通用型读卡器,具有高效能、高稳定及超低价位,非常适用于门禁系统的应用。
SYRDSI一BSY读卡器为非接触式读卡,最远读卡距离为15cm,配普通标准尺寸感应卡,供人员进出使用。
SYRIS读卡器的输出格式有威根26位、34位和42位三种,在此采用韦根26位(Wiegand26Bit)格式进行输出。
人员使用的感应卡采用塑料密封,由人员随身携带。
刷卡时,读卡器感应到卡片后以韦根26位格式将卡片内码传送至相应的控制器。
4.1.3监控上位机和RS-232/RS-485接口转换器
监控上位机通过RS-485总线与多台控制器相连,组成主从总线网络。
监控上位机与控制器之间的串行通信必须遵守厂家制定的专用协议(通讯参数为“19200,E,8,1”)。
通过该协议,监控上位机可以采集控制器中储存的进出记录,下载感应卡的卡号,分配各感应卡的进出权限和通行时间,还能够操作门锁使其开启或关闭。
因为该通信协议只使用两位数字表示控制器地址,所以在同一个由这种控制器组成的RS-485总线网络中最多只能存在99台控制器。
如果系统中需要使用更多的控制器,则必须另外占用RS-485接口,或者采用多台监控上位机组成的分布式网络。
监控上位机实际上就是1台高档微机,一般只有RS-232接口。
RS-485接口可以通过在计算机中插入一块相应的RS-485通信接口卡来实现,而本系统使用的是外接一个RS-232/RS485接口转换器的方法。
这种转换器一端是RS-232接口,直接外接于计算机的串行口;另一端是RS-485接口,用双绞线连接控制器。
采用转换器实现RS-485接口的方法简单、灵活,便于设备的安装、调试和运行[12]。
4.2系统的设备连接
本系统的设备连接具体可分为四部分:
控制器与管理电脑控制器与读卡机、控制器与扩充模组、控制器内建输入输出节点等等。
下面具体介绍下控制器与管理电脑,控制器与读卡器之间的链接。
1、控制器与管理电脑之间的连接
一台管理电脑最多可接99台控制器,其连接为并接方式(所有同色线接在一起),从管理电脑延伸出的RS485传输线最长可达lkm。
2、控制器与读卡机之间的连接
一台控制器最多可以控制4个门区。
如果每个门区均安装进入和外出两个读卡器,一台控制器最多可接8台读卡器,读卡器之间为并接方式(所有同色线接在一起),从控制
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