面向社區(qū)的智慧門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉 濤，楊彩鳳，譚明成

（安徽工程大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，安徽蕪湖241000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)社區(qū)居住環(huán)境有了更高的要求，要求社區(qū)設(shè)計(jì)更加人性化、智能化，而其中最重要的是社區(qū)安全性問題[1]，所以設(shè)置小區(qū)智能門禁系統(tǒng)是不可缺少的重要措施，有助于大大提高社區(qū)的安全性[2]?，F(xiàn)代門禁系統(tǒng)采用硬件系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)相連的方式，方便管理人員對(duì)門禁系統(tǒng)進(jìn)行管理控制，還可以獲得門禁系統(tǒng)硬件產(chǎn)生的信息反饋，這不但加強(qiáng)了對(duì)社區(qū)的安全管理，還有效減少了社區(qū)人力物力的浪費(fèi)，門禁系統(tǒng)將會(huì)與互聯(lián)網(wǎng)緊密結(jié)合[3-4]。門禁系統(tǒng)經(jīng)過不斷地發(fā)展，形成了三大類型：刷卡門禁，生物識(shí)別門禁，互聯(lián)網(wǎng)門禁[5]。

本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是由多種門禁系統(tǒng)結(jié)合而成，解決了各個(gè)單一門禁系統(tǒng)的不足，同時(shí)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將門禁硬件系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接，使管理人員能夠?qū)崟r(shí)觀察社區(qū)出入情況、管理社區(qū)人員信息，用戶可以在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行遙控開門和卡片掛失，這樣的設(shè)計(jì)可以在滿足社區(qū)安全的同時(shí)，增加用戶的使用舒適感，更能滿足當(dāng)前社區(qū)的需要[6]。

1 相關(guān)技術(shù)介紹

本系統(tǒng)硬件模塊基于Arduino 平臺(tái)，Arduino 是一個(gè)開放源代碼平臺(tái)，擁有成熟的開發(fā)環(huán)境[7]，Arduino也可以同時(shí)支持不同的插件一起工作，從而能夠很好地實(shí)現(xiàn)門禁系統(tǒng)的各個(gè)功能模擬，比如門禁卡數(shù)據(jù)的上傳和紅外遙控等功能，操作方便，只要將各個(gè)模塊的器件連接到開發(fā)板上，再使用編程工具進(jìn)行模塊代碼的編寫，最后將各個(gè)模塊的器件進(jìn)行組合工作。同時(shí)使用基于HTML（超文本標(biāo)記語言）、CSS（層疊樣式表）、JavaScript（Java 腳本）開發(fā)的Bootstrap 前端開源框架，其界面簡潔、功能豐富、使用方便，可以運(yùn)行在不同內(nèi)核的瀏覽器上，支持各種分辨率和屏幕大小,同時(shí)支持HTML5，讓編碼更加靈活，Web 前端的開發(fā)更加便捷和快速。

本系統(tǒng)在硬件端和服務(wù)器端都添加了加密算法，保障了門禁系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸過程中的安全性。采用的加密算法是DES 加密算法，這是一種對(duì)稱加密，發(fā)送端和接收端都采用相同的密鑰，加密過程將原文分成兩部分，前一部分與子密鑰進(jìn)行循環(huán)，然后與后一部分進(jìn)行異或運(yùn)算，之后再進(jìn)行交換，這樣一共循環(huán)十六次，最后得到密文，解密過程與加密過程相反。

2 設(shè)計(jì)思路與功能概述

2.1 設(shè)計(jì)思路

通過對(duì)系統(tǒng)的詳細(xì)分析，確定了系統(tǒng)總體功能模塊的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)分為硬件端、服務(wù)器端以及Web 端，詳細(xì)結(jié)構(gòu)分為管理員、用戶、網(wǎng)站、數(shù)據(jù)庫、刷卡識(shí)別、單元門、社區(qū)大門、服務(wù)器八大部分。硬件端使用Arduino 開發(fā)板和不同元器件，對(duì)門禁系統(tǒng)的各個(gè)開門模塊進(jìn)行模擬，然后通過Wi- Fi 模塊上傳數(shù)據(jù)到服務(wù)器端；服務(wù)器端對(duì)硬件上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)成功則下發(fā)開門指令，同時(shí)將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫；Web端管理員可以對(duì)用戶信息進(jìn)行管理以及對(duì)社區(qū)進(jìn)入記錄進(jìn)行查看，用戶可以在Web 端進(jìn)行門禁卡的掛失和遠(yuǎn)程遙控開門。

2.2 功能概述

基于系統(tǒng)功能需求分析以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，系統(tǒng)主要包括以下功能：門禁卡開門，指紋開門，紅外遙控開門以及Web 遙控開門，Web 端分為用戶和管理員兩大部分，對(duì)應(yīng)不同的功能需求。門禁卡開門：讀卡器將讀取到的用戶數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，系統(tǒng)將該數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中所存儲(chǔ)的門禁卡數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)成功則系統(tǒng)會(huì)向開發(fā)板發(fā)送開門的指令，最終執(zhí)行開門指令；指紋開門：指紋模塊可以對(duì)指紋進(jìn)行識(shí)別，如果識(shí)別到的用戶指紋在存儲(chǔ)器中，并且比對(duì)成功，則進(jìn)行開門；紅外遙控開門：使用紅外遙控器對(duì)Arduino 進(jìn)行控制，達(dá)到開門的目的；Web 遙控開門：用戶可以在Web 端上進(jìn)行操作開門，同時(shí)管理門禁卡，可以對(duì)門禁卡進(jìn)行掛失和恢復(fù)，管理員可以在Web 上進(jìn)行人員信息管理和進(jìn)入記錄查看[8]。功能模塊如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)功能模塊圖

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 硬件端設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件端使用Arduino 平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，利用各種不同模塊來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，使用了MFRC522 模塊作為刷卡模塊、非接觸卡作為紅外遙控器、紅外接收器作為紅外遙控模塊、AS608 作為指紋模塊、ESP8266 作為無線保真（Wi- Fi）模塊。刷卡模塊是讀卡器對(duì)IC 卡的信息進(jìn)行讀取，將讀取的信息通過Wi- Fi 模塊上傳到服務(wù)器，服務(wù)器將上傳的信息進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)成功后查看卡片是否掛失，如果不是掛失狀態(tài)則服務(wù)器向硬件發(fā)送開門指令，硬件舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)開門；指紋模塊可以通過上位機(jī)軟件錄入和刪除指紋信息，然后用戶進(jìn)入社區(qū)時(shí)指紋模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)指紋采集，將采集的指紋信息和內(nèi)部指紋信息進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)成功則開門；紅外遙控模塊通過紅外遙控器對(duì)紅外接收器進(jìn)行控制，按下按鍵發(fā)送指令進(jìn)行開門[9]。其中刷卡門禁流程圖如圖2 所示，紅外遙控門禁流程圖如圖3 所示，指紋門禁流程圖如圖4 所示。

圖2 刷卡門禁流程圖

圖3 紅外遙控門禁流程圖

圖4 指紋門禁流程圖

3.2 服務(wù)器端設(shè)計(jì)

服務(wù)器端的具體功能為：收到硬件端的門禁卡信息，然后與數(shù)據(jù)庫中所存儲(chǔ)的相應(yīng)用戶門禁卡信息進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比成功后查看門禁卡狀態(tài)，如果門禁卡狀態(tài)為正常，則服務(wù)器向硬件發(fā)送開門指令，同時(shí)將此信息錄入數(shù)據(jù)庫的記錄表中，也可以接受Web 端的指令，直接向硬件發(fā)送指令。為了保證系統(tǒng)的安全性，在硬件端和服務(wù)器端的數(shù)據(jù)傳輸中使用了DES 加密，每經(jīng)過一次刷卡開門，系統(tǒng)的秘鑰就改變一次，保證系統(tǒng)的安全性[10]。服務(wù)器端流程圖如圖5 所示、數(shù)據(jù)加密流程圖如后面圖6 所示。

3.3 Web 端設(shè)計(jì)

Web 端使用JSP（Java 服務(wù)器頁面）技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，管理員可以對(duì)社區(qū)的進(jìn)入記錄進(jìn)行查看，對(duì)用戶信息進(jìn)行管理，如增、刪、改、查等操作，用戶可以向硬件發(fā)送開門指令，進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控開門和門禁卡的掛失和恢復(fù)。管理員進(jìn)入該門禁系統(tǒng)的“用戶管理”界面，系統(tǒng)將顯示“管理員信息”“用戶信息”以及“小區(qū)進(jìn)入記錄”目錄，可對(duì)這些信息進(jìn)行相應(yīng)的操作；當(dāng)管理員點(diǎn)擊“小區(qū)進(jìn)入記錄”時(shí)，系統(tǒng)會(huì)顯示所有的人員進(jìn)入記錄，包括卡號(hào)、用戶名、進(jìn)入日期，管理員可以編輯或刪除其中的某些記錄。

圖5 服務(wù)器端流程圖

圖6 數(shù)據(jù)加密流程圖

用戶可以通過“用戶卡片管理”欄對(duì)個(gè)人信息進(jìn)行卡片掛失和恢復(fù)操作，該欄存儲(chǔ)用戶的用戶名、密碼、卡號(hào)、門牌號(hào)、電話號(hào)碼以及用戶門卡狀態(tài)；用戶需要開門時(shí)，可進(jìn)入“用戶遠(yuǎn)程開門界面”，首先選擇單元號(hào)，系統(tǒng)界面將顯示出所選單元號(hào)的單元地址，當(dāng)用戶確定地址正確時(shí)，可滑動(dòng)界面的開門按鈕，系統(tǒng)執(zhí)行開門指令，打開門鎖。

4 結(jié)論與展望

通過系統(tǒng)測(cè)試，所設(shè)計(jì)的功能基本都能實(shí)現(xiàn)。刷卡門禁能夠正常讀取數(shù)據(jù)并上傳，服務(wù)器對(duì)上傳的數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行快速比對(duì)，然后下發(fā)指令；指紋模塊可以正確識(shí)別指紋信息；管理員可以在Web 端進(jìn)行信息管理，用戶可以在Web 端進(jìn)行卡片的掛失和遙控開門。雖然已經(jīng)完成了基本的系統(tǒng)任務(wù)要求，但是該系統(tǒng)還是有很多地方有待完善。

本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的時(shí)候有一個(gè)沒有考慮的問題。設(shè)計(jì)的單元門有三種開門方式，都是利用網(wǎng)絡(luò)或者生物識(shí)別方式進(jìn)行開門的，但是當(dāng)這三種方式都無法進(jìn)行開門時(shí)，住戶就無法進(jìn)入，所以在后續(xù)的完善當(dāng)中應(yīng)該添加密碼解鎖，這種開門方式受環(huán)境的影響很低，用戶可以在無法使用其他方式進(jìn)入時(shí)，采用這種最簡單直接的開門方式。本系統(tǒng)還存在比如臨時(shí)人員的進(jìn)入登記、Web 界面不夠美觀等問題，所以在后續(xù)的完善中，將會(huì)對(duì)這些問題進(jìn)行解決，并相應(yīng)添加更多的門禁功能，例如面部識(shí)別等，以使系統(tǒng)能夠更加完善。