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各种控制网络的智能电子门锁门禁系统的设计
发布人:游客 发布时间:2010/8/4 点击:2774
 
  

各种控制网络的智能电子门锁门禁系统的设计


  楼宇和小区智能电子门锁门禁控制系统本质上说是一种分布式控制系统,需要网络化结构来支持。文章分析了电子门锁门禁控制系统的一般需求,针对当前控制网络技术发展的特点提出了两种电子门锁门禁控制系统的设计方案,并且对比了各自的优缺点。文章提出的设计方案,对于工程设计与开发具有一定的实际指导意义。
  关键词 电子门锁门禁控制系统 控制网络 RS-422/485 TCP/IP协议以太网

  随着控制、计算机和网络技术的发展,人们生产和生活中的控制对象从简单到复杂,从局部到整体,由单点到多点。控制系统也经历了由组合式模拟控制系统、集中式数字控制系统、集散式控制系统阶段,发展到当前的现场总线控制系统和全开放嵌入式控制网络系统阶段。控制系统呈现出了向网络化、数字化、智能化发展的趋势。其中,楼宇自动化、家庭和小区智能化控制等大型复杂分布式控制应用方面的网络化趋势尤为显著。
   智能建筑或智能小区在功能上必须实现通讯自动化(CA)、办公自动化(OA)和楼宇自动化(BA)。通过综合配置建筑内的各功能子系统,以综合布线系统为基础,以计算机和控制网络为桥梁,全面实现了对通讯系统、办公自动化系统、楼宇自动化系统的综合管理与控制。电子门锁门禁系统属于楼宇自动化(BA)系统的一个构成部分,它能有效地提高人员出入管理的层次和效果,是智能大厦和智能小区保安系统的一个重要组成部分。它一般具有对门户出入控制、保安防盗、报警、区域管理等多种功能。
  高层楼宇和大型小区的电子门锁门禁控制系统本质上是分布式控制系统,需要一种网络化的结构来支撑。控制网络技术以其实时性、可靠性和低成本,成为设计和开发大型电子门锁门禁控制系统的理想平台。从系统分类来看,控制网络至少应该包含部分传统DCS系统、现场总线控制系统、应用于控制的计算机网络系统等。从网络协议来分类,有RS-422/485构成的专用控制协议;FF、CAN、LON、PROFIBUS等开放现场总线协议;以太网、ATM、FDDI和TCP/IP等通用计算机网络协议。如何采用控制网络进行智能电子门锁门禁系统的设计和开发,是实现智能楼宇和小区必须考虑的问题。
  1 系统设计要求
  我们进行智能电子门锁门禁控制系统设计时,考虑其应该能实现一般通用系统要求,并且留有一定扩展能力:
  (1)整个系统能够包含500~1000个电子门锁门禁控制节点;
  (2)各个节点不间断地实时记录人员进出情况,限制人员的进出区域和进出时间,拒绝非法进入;
  (3)系统每个控制器节点通过控制网络与控制中心实时通讯,传输所有进出人员的信息,包括人员姓名、进入时间和门号等;
  (4)控制中心能够动态地改变各个节点状态,进行人员、卡信息的实时权限管理;
  (5)与安防系统联动。如发生火灾时,各远端智能控制节点能同时全局联动,打开所有的门以紧急疏散人群并发出报警信号;控制器对于非法闯入也采取实时报警并处理;
  (6)控制中心实时监控数据和历史数据的管理打印,具备相应数据库功能;
  (7)系统成本较低,同时具有较高的开放性、可重构性,网络易于安装、维护和管理。
  2 采用RS-422/485网络的电子门锁门禁控制系统设计方案
  采用MCU作为处理器节点,构成多级主从式RS-422/485网络的智能电子门锁门禁控制系统设计是一种很普遍的方案。如图1所示。控制节点通讯接口由MCU的通用串口通过RS-422/485转换芯片构成;RS-422/485网络中继器是由MCU和通用串行接口芯片8251构成的双串口系统,分别转换成RS-422/485电平而形成。控制节点和网络中继器固化有通讯程序,由MCU控制完成串口间的数据交换。
  整个电子门锁门禁控制系统共由五大部分组成:数据/网络管理计算机及软件、RS-422/RS-485通讯转换卡、电子门锁门禁控制器节点、读卡器等传感设备以及电子锁等执行机构。双绞线通讯电缆将控制中心的主机、配线架和所有电子门锁门禁控制节点联成一个总线拓扑网络,主机与电子门锁门禁控制器节点以RS-422全双工方式和RS-485半双工方式通信。由主机巡检发出控制命令或者由电子门锁门禁控制节点返回信息。
  系统工作过程中,主机实时同电子门锁门禁控制器节点保持联系,判断电子门锁门禁控制器的工作情况,检测传感器的状态。主机中插有RS-485/422通信网卡,可以扩展多条总线,末端加上终结器防止总线电子反射所带来的干扰。每条总线上可挂接255个节点(若要接更多的节点,可通过安装中继器);传输距离在1200m以上。每个控制节点独立控制一个或多个门,单个节点可具有2000用户以上的使用权限和堆栈式存储3200条开门记录。控制器与IC卡读头的接口通信可采用如Wiegand 26等位标准传输协议。
  电子门锁门禁控制器节点主要由MCU系统、感应式读卡器、电锁电源、断电闭锁电锁、断电开锁电锁、开门按钮组成。电锁的选用必须根据门的安装情况来确定。单个电子门锁门禁控制节点组成结构如图2所示。
  此方案的优点是:系统成本低,对技术要求也相对较低。但是其缺点也很明显:网络传输速率低,加上通讯为主从式轮巡方式,数据传输延时大、实时性差;通讯与应用程序开发工作量显著增加,且可靠性只能依靠开发人员经验保障。这种方案适用于电子门锁门禁控制节点数量较少,网络数据传输量不大且干扰不严重的场合。
  4 采用TCP/IP协议以太网的电子门锁门禁控制系统设计方案
  以太网技术已经历了30多年的发展,其传输速率从10Mbps上升到10Gbps,并呈现出乐观的前景,这主要归功于它的优越性。以太网具有结构简单、成本低廉、带宽易于扩展及兼容性良好等诸多优点。在新的控制网络结构中,以太网正在逐渐替代传统的控制总线。
  TCP/IP协议是当前广泛应用于计算机网络的通讯协议。Internet上绝大部分网络都采用了TCP/IP协议。随着计算机和网络技术的发展,体积更小、运算能力更强的PC、MCU和DSP不断出现,TCP/IP协议的小型化工作也不断取得进展,低成本采用TCP/IP协议的以太网运用于控制应用的要求也越来越强烈。电子门锁门禁系统采用TCP/IP协议以太网作为控制网络,其设计结构如图3所示。
  此方案中电子门锁门禁控制节点的构成可以采用双MPU结构,从而简化了系统设计,同时提高了节点性能和可靠性。一个MPU负责TCP/IP协议的实现以及同以太网接口的控制。TCP/IP协议是通过相应MCU的专用C或汇编语言编程实现的。一般而言,至少需实现至UDP或TCP等传输层协议,而应用层协议由控制应用决定,另一MPU完成通用电子门锁门禁控制器的控制功能。两者间通过串口或双端口RAM进行连接,其节点构成如图4所示。
  该方案具有许多优点:系统安装方便,不需布专用双绞线,只利用现有计算机局域网就能够工作;与局域网采用同一TCP/IP协议,利于不同子系统信息集成;采用通用MCU等元件,系统成本低、性价比高。其缺点是:要求开发人员对TCP/IP协议原理和相关网络硬件有比较深入的理解,开发具有一定技术难度;受MCU类型限制,TCP/IP协议实现的代码不通用;由于只实现部分TCP/IP协议,网络功能较弱。
  5 结束语
  智能电子门锁门禁控制系统是IC智能卡技术与控制网络技术在一定发展阶段上相结合的产物。本文主要从控制网络技术的角度出发,提出了两种智能电子门锁门禁控制系统设计方案。每种方案都有自身的优缺点,设计和开发人员可以根据实际系统需要、自身技术水平和技术发展的延续性,选择和确定合适的设计方案。
  电子门锁门禁控制系统作为楼宇控制系统的一个组成部分,必须同其他子系统相集成,以构成完整的智能大厦或智能小区系统。随着信息技术不断向前发展,管理人员对电子门锁门禁系统的综合要求也将不断提高。因此,研究在网络方面如何通过Intranet和Internet实现电子门锁门禁控制系统与信息系统的集成问题将具有重要意义。


 

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