面向社區的智慧門禁系統設計

劉 濤，楊彩鳳，譚明成

（安徽工程大學計算機與信息學院，安徽蕪湖241000）

隨著社會經濟與物聯網技術的快速發展，人們對社區居住環境有了更高的要求，要求社區設計更加人性化、智能化，而其中最重要的是社區安全性問題[1]，所以設置小區智能門禁系統是不可缺少的重要措施，有助于大大提高社區的安全性[2]?，F代門禁系統采用硬件系統與互聯網相連的方式，方便管理人員對門禁系統進行管理控制，還可以獲得門禁系統硬件產生的信息反饋，這不但加強了對社區的安全管理，還有效減少了社區人力物力的浪費，門禁系統將會與互聯網緊密結合[3-4]。門禁系統經過不斷地發展，形成了三大類型：刷卡門禁，生物識別門禁，互聯網門禁[5]。

本文所設計的系統是由多種門禁系統結合而成，解決了各個單一門禁系統的不足，同時采用物聯網技術，將門禁硬件系統與互聯網進行連接，使管理人員能夠實時觀察社區出入情況、管理社區人員信息，用戶可以在網絡上進行遙控開門和卡片掛失，這樣的設計可以在滿足社區安全的同時，增加用戶的使用舒適感，更能滿足當前社區的需要[6]。

1 相關技術介紹

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

本系統在硬件端和服務器端都添加了加密算法，保障了門禁系統在數據傳輸過程中的安全性。采用的加密算法是DES 加密算法，這是一種對稱加密，發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行循環，然后與后一部分進行異或運算，之后再進行交換，這樣一共循環十六次，最后得到密文，解密過程與加密過程相反。

2 設計思路與功能概述

2.1 設計思路

通過對系統的詳細分析，確定了系統總體功能模塊的設計，系統分為硬件端、服務器端以及Web 端，詳細結構分為管理員、用戶、網站、數據庫、刷卡識別、單元門、社區大門、服務器八大部分。硬件端使用Arduino 開發板和不同元器件，對門禁系統的各個開門模塊進行模擬，然后通過Wi- Fi 模塊上傳數據到服務器端；服務器端對硬件上傳的數據進行比對，比對成功則下發開門指令，同時將數據存入數據庫；Web端管理員可以對用戶信息進行管理以及對社區進入記錄進行查看，用戶可以在Web 端進行門禁卡的掛失和遠程遙控開門。

2.2 功能概述

基于系統功能需求分析以及系統設計思路，系統主要包括以下功能：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，對應不同的功能需求。門禁卡開門：讀卡器將讀取到的用戶數據上傳到服務器，系統將該數據與數據庫中所存儲的門禁卡數據進行比對，比對成功則系統會向開發板發送開門的指令，最終執行開門指令；指紋開門：指紋模塊可以對指紋進行識別，如果識別到的用戶指紋在存儲器中，并且比對成功，則進行開門；紅外遙控開門：使用紅外遙控器對Arduino 進行控制，達到開門的目的；Web 遙控開門：用戶可以在Web 端上進行操作開門，同時管理門禁卡，可以對門禁卡進行掛失和恢復，管理員可以在Web 上進行人員信息管理和進入記錄查看[8]。功能模塊如圖1 所示。

圖1 系統功能模塊圖

3 系統設計

3.1 硬件端設計

本系統硬件端使用Arduino 平臺進行開發，利用各種不同模塊來實現系統功能，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IC 卡的信息進行讀取，將讀取的信息通過Wi- Fi 模塊上傳到服務器，服務器將上傳的信息進行比對，比對成功后查看卡片是否掛失，如果不是掛失狀態則服務器向硬件發送開門指令，硬件舵機轉動開門；指紋模塊可以通過上位機軟件錄入和刪除指紋信息，然后用戶進入社區時指紋模塊進行實時指紋采集，將采集的指紋信息和內部指紋信息進行比對，比對成功則開門；紅外遙控模塊通過紅外遙控器對紅外接收器進行控制，按下按鍵發送指令進行開門[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 服務器端設計

服務器端的具體功能為：收到硬件端的門禁卡信息，然后與數據庫中所存儲的相應用戶門禁卡信息進行對比，對比成功后查看門禁卡狀態，如果門禁卡狀態為正常，則服務器向硬件發送開門指令，同時將此信息錄入數據庫的記錄表中，也可以接受Web 端的指令，直接向硬件發送指令。為了保證系統的安全性，在硬件端和服務器端的數據傳輸中使用了DES 加密，每經過一次刷卡開門，系統的秘鑰就改變一次，保證系統的安全性[10]。服務器端流程圖如圖5 所示、數據加密流程圖如后面圖6 所示。

3.3 Web 端設計

Web 端使用JSP（Java 服務器頁面）技術進行開發，管理員可以對社區的進入記錄進行查看，對用戶信息進行管理，如增、刪、改、查等操作，用戶可以向硬件發送開門指令，進行遠程遙控開門和門禁卡的掛失和恢復。管理員進入該門禁系統的“用戶管理”界面，系統將顯示“管理員信息”“用戶信息”以及“小區進入記錄”目錄，可對這些信息進行相應的操作；當管理員點擊“小區進入記錄”時，系統會顯示所有的人員進入記錄，包括卡號、用戶名、進入日期，管理員可以編輯或刪除其中的某些記錄。

圖5 服務器端流程圖

圖6 數據加密流程圖

用戶可以通過“用戶卡片管理”欄對個人信息進行卡片掛失和恢復操作，該欄存儲用戶的用戶名、密碼、卡號、門牌號、電話號碼以及用戶門卡狀態；用戶需要開門時，可進入“用戶遠程開門界面”，首先選擇單元號，系統界面將顯示出所選單元號的單元地址，當用戶確定地址正確時，可滑動界面的開門按鈕，系統執行開門指令，打開門鎖。

4 結論與展望

通過系統測試，所設計的功能基本都能實現。刷卡門禁能夠正常讀取數據并上傳，服務器對上傳的數據能夠進行快速比對，然后下發指令；指紋模塊可以正確識別指紋信息；管理員可以在Web 端進行信息管理，用戶可以在Web 端進行卡片的掛失和遙控開門。雖然已經完成了基本的系統任務要求，但是該系統還是有很多地方有待完善。

本系統在設計的時候有一個沒有考慮的問題。設計的單元門有三種開門方式，都是利用網絡或者生物識別方式進行開門的，但是當這三種方式都無法進行開門時，住戶就無法進入，所以在后續的完善當中應該添加密碼解鎖，這種開門方式受環境的影響很低，用戶可以在無法使用其他方式進入時，采用這種最簡單直接的開門方式。本系統還存在比如臨時人員的進入登記、Web 界面不夠美觀等問題，所以在后續的完善中，將會對這些問題進行解決，并相應添加更多的門禁功能，例如面部識別等，以使系統能夠更加完善。