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1、中控門禁刷卡機

中控門禁刷卡機

摘要: 目前，市面上的門禁管理系統(tǒng)大多功能較為單一，僅適用于郵電、通信、金融及公安等企事業(yè)部門。由于高等院校實驗室特殊、復(fù)雜的教學(xué)、管理模式，出現(xiàn)了系統(tǒng)適用性不強、擴展性差、運行性能不佳等問題。廣東石油化工學(xué)院現(xiàn)代通信重點實驗室在日常教學(xué)、管理過程中，分析了目前高校實驗室門禁管理系統(tǒng)的缺陷及漏洞，并自主開發(fā)了適用于高校實驗室運作方式的門禁管理系統(tǒng)，解決了直接運用市面上門禁管理系統(tǒng)和傳統(tǒng)機械門鎖存在的弊端。

隨著計算機、嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，及高等院校信息化建設(shè)進程的加快，門禁管理信息在國內(nèi)各大高校及一些科研院所的應(yīng)用已經(jīng)非常普及，如云南大學(xué)的“一卡通”機房門禁管理系統(tǒng)［1］，四川大學(xué)的遠程門禁控制及視頻監(jiān)查系統(tǒng)等。顯然，門禁信息系統(tǒng)為更新、提高實驗裝備，有效組織科研協(xié)作等起到了積極的作用，也為廣大教師、科研人員、學(xué)生提供了進行科研實驗的有利條件和可靠的保障［2 － 3］。

通過在管理中不斷地探索、研究及分析，特別是長期對自主門禁系統(tǒng)的研究開發(fā)，結(jié)合廣東石油化工學(xué)院計算機與電子信息學(xué)院實驗教學(xué)模式及管理的特點，以先進的感應(yīng)式IC 卡技術(shù)，配合刷卡信息系統(tǒng)，將IC 卡的應(yīng)用、嵌入式技術(shù)［4］與計算機信息管理系統(tǒng)結(jié)合起來，自主設(shè)計并實現(xiàn)了高校實驗室門禁管理系統(tǒng)。

1 高校實驗室門禁管理的問題分析

門禁系統(tǒng)的應(yīng)用雖然使高校實驗室各管理部門工作更加簡單明了，效率更高，但在日常管理應(yīng)用中，仍然暴露出很多問題和漏洞。從管理模式上分析，問題具體如下:

1) 市面上門禁系統(tǒng)高成本是制約高校實驗室信息化普及和發(fā)展的瓶頸?，F(xiàn)階段，雖然門禁管理系統(tǒng)在市場上已有較為成熟的產(chǎn)品，但價格往往較高，這與高校實驗室限于經(jīng)濟基礎(chǔ)的規(guī)劃模式不相符。在高校范圍內(nèi)，各領(lǐng)域、各學(xué)科都擁有各自不同的專業(yè)實驗室，少則數(shù)十個，多則幾十個。例如，每個實驗室均購買一套門禁系統(tǒng)，則需動輒數(shù)十或者幾十萬元的成本，還需承擔(dān)后期的維護、調(diào)試、安裝等費用。

2) 市面上門禁系統(tǒng)的工作流程與高校實驗教學(xué)模式不相符。高等院校的實驗課程，為保證實驗教學(xué)的效果與秩序，實驗時是不允許非該時間段實驗的班級學(xué)生進入實驗室的。但在實際的管理過程中，這種情況非常難控制。以廣東石油化工學(xué)院電子信息工程系現(xiàn)代通信重點實驗室為例，目前，該實驗室一次僅能容納一個班級的專業(yè)實驗。但系里2 個專業(yè)，4 個年級16 個班級的學(xué)生如果均持有進入實驗室的IC 卡，為保障實驗的正常進行，只能加大管理力度，派人時刻提醒非該時間段實驗的學(xué)生不能進入實驗室。這樣無形中就增加了人力和勞動強度，沒有從根本上實現(xiàn)現(xiàn)代化管理模式。

3) 市面上門禁系統(tǒng)的智能信息化程度不能滿足高校實驗室高強度、高節(jié)奏的人員流動性。如目前的門禁系統(tǒng)對考勤功能的設(shè)置僅限于某個具體對象，這與高校實驗室必須具備考勤任務(wù)設(shè)置、考勤人數(shù)統(tǒng)計的功能要求相差較遠。以廣東石油化工學(xué)院計算機系軟件工程實驗室為例，每年承擔(dān)的實驗課程( 不包含重復(fù)課程) 總數(shù)達30 多門，開設(shè)各種實驗項目200 多個，年實驗任務(wù)高達12 萬人機學(xué)時以上，說明周1 ～ 5，每日1 ～ 8 節(jié)課基本都有上機安排。實驗室高強度、高節(jié)奏的運作往往使得上節(jié)實驗課的學(xué)生還沒刷卡離開實驗室，下節(jié)課的學(xué)生已經(jīng)刷卡進入實驗室開始實驗了。而門禁系統(tǒng)只能從讀取器中導(dǎo)出數(shù)據(jù)，再從刷卡進入、離開的時間列表中統(tǒng)計分析各個班級學(xué)生人數(shù)，這顯然為教師的考勤工作造成了非常大的困擾。

4) 市面上門禁系統(tǒng)簡單的呼應(yīng)設(shè)置不適應(yīng)高校開放性實驗室的日常管理模式。多年來，隨著實驗室開放力度的加大，學(xué)生對實踐能力重要性的認(rèn)識的不斷提升，學(xué)生申請使用實驗室的次數(shù)也大幅度增加，實驗室管理人員經(jīng)常要中斷手中的工作為前來申請使用實驗室或請教問題的學(xué)生開門，并告之其他專業(yè)教師的具體辦公位置。另外，實驗室針對學(xué)生課外創(chuàng)新活動需要，面向各專業(yè)學(xué)生開放了相關(guān)實驗，同時根據(jù)專業(yè)教師的研究方向，學(xué)生已經(jīng)允許根據(jù)自己的學(xué)習(xí)興趣選擇實驗分室和相關(guān)實驗，這些都給實驗室的管理增加了難度，實驗室管理人員經(jīng)常要花大量的時間來處理協(xié)調(diào)。

此外，從技術(shù)手段上分析，現(xiàn)階段高校實驗室門禁系統(tǒng)的漏洞如下:

( 1) 可擴展性差。目前市面上的門禁系統(tǒng)不能根據(jù)高校后續(xù)的教學(xué)模式、實驗需求增加相應(yīng)的功能，或者修改相當(dāng)?shù)睦щy，同時也會增加一定的擴展費用。

( 2) 非實時性。傳統(tǒng)的基于單片機控制系統(tǒng)的不足和基于PC 的控制系統(tǒng)非實時性的缺點，與上下機刷卡的高速度不匹配，使得數(shù)據(jù)讀取緩沖不夠，數(shù)據(jù)傳輸不到位。

鑒于以上情況，開發(fā)一種成本較低、可自行擴展維護，并符合各自高校教學(xué)、管理模式的實驗室門禁管理系統(tǒng)是高校實驗室信息化建設(shè)的必然要求，也是實現(xiàn)實驗室有效開放的必要手段和方法。

2 實驗室門禁管理系統(tǒng)的設(shè)計

2. 1 系統(tǒng)的總體設(shè)計

從功能角度出發(fā)，系統(tǒng)主要由信息管理和門禁考勤監(jiān)控子系統(tǒng)2 部分構(gòu)成，系統(tǒng)總體功能模塊設(shè)計如圖1 所示。信息管理功能主要包括系統(tǒng)信息操作，可以通過設(shè)置管理員權(quán)限，修改系統(tǒng)登錄相關(guān)信息; IC 卡操作管理，主要是針對IC 卡開卡、銷卡及卡信息的處理; 考勤任務(wù)的設(shè)置，結(jié)合學(xué)生實驗安排，采用日程表和周選擇的方式制定考勤計劃，同時分析考勤數(shù)據(jù); 實驗室的管理，主要是對使用門禁系統(tǒng)的實驗室進行新增、查詢、刪除等基本操作。門禁－ 考勤實時監(jiān)控功能則包括開啟監(jiān)控，通過信息管理模塊執(zhí)行考勤計劃，監(jiān)控所有學(xué)生的考勤狀況，查詢學(xué)生進、出門刷卡時間，同時限制計劃中未包含班級的學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)進入實驗室; 顯示實驗學(xué)生班級、學(xué)號、姓名等相關(guān)信息，針對具體事情的發(fā)生時間進行查詢，落實責(zé)任。

從物理部署角度分析，系統(tǒng)由上位機、下位機2 部分組成，上位機運行運行在服務(wù)器及客戶端上，是一個在Microsoft visual C + + 環(huán)境開發(fā)，基于MFC 的應(yīng)用程序。程序?qū)崿F(xiàn)了門禁信息的管理、實驗教學(xué)模式設(shè)置、實驗安排、考勤計劃設(shè)計及監(jiān)控過程中網(wǎng)絡(luò)呼叫命令的接收、發(fā)送等功能。下位機的硬件平臺為Arm 9( S3C2440) ［4］，軟件平臺為Linux 2. 6. 30，主要實現(xiàn)與刷卡機、呼叫器等設(shè)備與上下位機的交互。

2. 2 上位機的設(shè)計

上位機設(shè)計平臺為Windows，使用VC + + 6. 0下的MFC 設(shè)計，采用C /S 結(jié)構(gòu)( Client /Server 結(jié)構(gòu)) 。以下以呼叫子系統(tǒng)為例，說明上位機軟件系統(tǒng)設(shè)計過程。

呼叫子系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程如圖2所示。當(dāng)用戶通過下位機進行網(wǎng)絡(luò)呼叫時，下位機會通過局域網(wǎng)發(fā)送呼叫命令數(shù)據(jù)包，客戶端軟件接收到數(shù)據(jù)包后對數(shù)據(jù)包進行解析，如果數(shù)據(jù)包所指定的信息與當(dāng)前客戶端標(biāo)識吻合，當(dāng)前客戶端將彈出提示框，以此來提示有人呼叫，否則不處理。實驗室管理人員或教師接收到提示后可以選擇開門，當(dāng)通過軟件選擇開門時，軟件會向服務(wù)器發(fā)送請求開門命令，進而實現(xiàn)開門。

根據(jù)業(yè)務(wù)流程圖，呼叫子系統(tǒng)實現(xiàn)過程包括:界面初始化、CSocket 初始化、創(chuàng)建子線程Listenthread、創(chuàng)建監(jiān)聽套接字CSocket、讀取教師數(shù)據(jù)到下拉控件、最小化到托盤及等待用戶交互等，主要采用MFC 下的套接字類Csocket 實現(xiàn)局域網(wǎng)的UDP 通信，如套接字通信，主要使用的MFC 類庫中的CSocket 類實現(xiàn); 用戶界面的集成，采用visualC + + 提供的控件來實現(xiàn); 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的接收，使用多線程來實現(xiàn)。

2. 3 下位機的設(shè)計

下位機設(shè)計軟件平臺為Linux2. 6. 30，硬件評委為Arm9 ( S3C2440) ，采用層次化系統(tǒng)構(gòu)架。以下以呼叫子系統(tǒng)為例，說明下位機軟、硬件系統(tǒng)設(shè)計過程。呼叫子系統(tǒng)下位機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

Arm9 微處理器是連接實驗室控制中心、電磁鎖的核心部件。根據(jù)需要該處理器接有LCD 液晶顯示屏幕，提供友好的人機對話界面; 接有觸摸屏，用于信息輸入; 配有DM900 芯片，實現(xiàn)與控制中心PC 機通信的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動。

( 1) LCD 控制器的設(shè)計。S3C2410 的LCD 控制器內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)參見文獻［5］，其功能是產(chǎn)生顯示驅(qū)動信號，驅(qū)動LCD 顯示器，只需要通過讀寫一系列的寄存器，完成配制和顯示控制。REGBANK是LCD 控制器的寄存器組，用來對LCD 控制器的各項參數(shù)進行設(shè)置; LCDCDMA 則是LCD 控制器專用的DMA 信道，負責(zé)將視頻資料從系統(tǒng)總線上取來，通過VIDPRCS 從VD［23: 0］發(fā)送給LCD 屏。同時TIMEGEN 和LPC3600 負責(zé)產(chǎn)生LCD 屏所需要的控制時序( 如VSYNC、HSYNC、VCLK、VDEN) ，然后從VIDEO MUX 送給LCD 屏。此外，結(jié)合Linux 操作平臺，依照液晶屏?xí)r序還需設(shè)置linux 系統(tǒng)的相關(guān)驅(qū)動文件參數(shù)如下: 設(shè)置頭文件#include ＜ asm/arch /fb. h ＞ ; 添加初始化s3c2410 的LCD 控制器時所需的參數(shù)( 修改文件: linux /drivers/video /s3c2410fb. c) 。

( 2) 觸摸屏控制器的設(shè)計。S3C2410 提供了nYMON、YMON、nXPON 和XMON 直接作為觸摸屏的控制信號，它通過連接FDC6321 場效應(yīng)管觸摸屏驅(qū)動器控制觸摸屏。輸入信號在經(jīng)過阻容式低通濾器濾除坐標(biāo)信號噪聲后被接入S3C2410 內(nèi)集成的ADC( 模數(shù)轉(zhuǎn)換器) 的模擬信號輸入通道AIN5、AIN7。結(jié)合Linux 系統(tǒng)提供的input 子系統(tǒng)，在模塊加載函數(shù)中首先告知input 子系統(tǒng)屏幕的觸發(fā)件，然后設(shè)備驅(qū)動通過set_ bit( ) 告訴input 子系統(tǒng)它支持的具體事件，最后在觸摸屏被觸摸/抬起/移動、鼠標(biāo)被移動/單擊/抬起時通過input_ report_ xxx( ) 報告發(fā)生的事件及對應(yīng)的鍵值/坐標(biāo)等狀態(tài)。

( 3) DM900 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動的設(shè)計。數(shù)據(jù)包發(fā)送功能的實現(xiàn)主要是依靠DM9000 中的發(fā)送數(shù)據(jù)緩存區(qū)，驅(qū)動函數(shù)首先將要發(fā)送的數(shù)據(jù)包存入發(fā)送數(shù)據(jù)緩存區(qū)內(nèi)，然后設(shè)置發(fā)送標(biāo)志來進行數(shù)據(jù)發(fā)送。設(shè)置完傳送標(biāo)志之后，DM9000 會將存入發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。DM9000 對數(shù)據(jù)的發(fā)送是要求驅(qū)動程序?qū)懭隓M9000 芯片中的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)，DM9000 在接收到處理器芯片發(fā)來的數(shù)據(jù)發(fā)送標(biāo)志之后，就會將寫入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)包處理成Ethernet 數(shù)據(jù)包的形式進行發(fā)送，在發(fā)送過程中還可以繼續(xù)接收數(shù)據(jù)包的寫入，所以在芯片中就分了兩個邏輯上的發(fā)送數(shù)據(jù)包，分別有兩組狀態(tài)寄存器和控制寄存器來實現(xiàn)發(fā)送的控制及狀態(tài)檢查工作。

3 結(jié)束語

高校實驗室信息化管理是實驗室現(xiàn)代化管理的必然趨勢，借助現(xiàn)代化的信息、嵌入式及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)計并實現(xiàn)符合高等院校教學(xué)、實驗、管理的門禁管理系統(tǒng)，與市面上門禁管理系統(tǒng)和傳統(tǒng)的機械門鎖相比，該系統(tǒng)具有易實現(xiàn)、易擴展及管理簡單等特點，能節(jié)約管理成本，提高管理效率。同時，還可以搭建以門禁系統(tǒng)的分析、設(shè)計及實現(xiàn)為基礎(chǔ)的實驗教學(xué)、實習(xí)平臺，寓教學(xué)和管理為一體，實現(xiàn)真正意義上的教學(xué)管理信息化。

參考文獻

［1］ 朱瑾，何鳴皋，唐猛. 高校“一卡通”與機房門禁管理問題分析與系統(tǒng)設(shè)計［J］. 云南大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)版，

2009，31( S2) : 402 － 405.

［2］ 馮燕，馮廣. 淺談高校實驗室資源管理系統(tǒng)建設(shè)［J］.中國現(xiàn)代教育裝備. 2008，67( 9) : 102 － 103.

［3］ 劉春柱. 高校實驗室安全現(xiàn)狀與管理對策［J］. 實驗室科學(xué)，2006( 4) : 95 － 96.

［4］ 胡偉. ARM 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)與實踐［M］. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社，2007. 1 － 2.

［5］ Siemens TC35i 規(guī)格說名書［Z］，英文版［EB］. 2003:

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