本实用新型属于安防领域，尤其涉及一种分布式无线门禁系统。
背景技术：
门禁系统广泛应用于现代化建筑，是用于人员出入控制的一种重要管理系统。当前门禁系统主要应用非接触式刷卡型感应门禁系统和生物识别门禁系统，在生物识别门禁系统中以指纹、人脸和视网虹膜识别门禁系统应用最为广泛，但是该类系统成本较高，不适合多点部署。现有门禁系统数据联网方式大多采用RS485、CAN、TCP/IP有线通信方式，其安装复杂、线路铺设成本高、后期维护更新困难，并且不易对现有建筑进行加装改造。有线网络由于线路复杂一般能控制的门禁数量较少，不适用需要大量门禁的一体化楼宇管理。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足和空白，本实用新型采用以下技术方案：
一种分布式无线门禁系统，其特征在于，包括：由网络服务器和第三方平台接口构成的网络服务器层；由通过TCP/IP方式与所述网络服务器连接的本地终端和通过串口与所述本地终端连接的ZigBee协调器构成的区域管理层；通过ZigBee路由器与所述ZigBee协调器无线连接的多个ZigBee终端节点构成的ZigBee无线网络传输层，以及由通过串口与所述ZigBee终端节点连接的门禁节点控制器构成的门禁节点控制层。
优选地，所述网络服务器层用于全局管理，具备权限的管理人员可通过PC或移动终端连接所述第三方平台接口访问网络服务器查看全局数据和配置全局参数。
优选地，所述区域管理层包含一个或多个区域子系统；所述本地终端为每一个区域子系统的最上位节点，用于查看区域数据和配置区域参数、将区域数据同步至所述网络服务器以及接收经由所述ZigBee协调器上传的用户出入记录和门禁状态、下发用户权限信息至所述门禁节点控制层或远程开启门禁。
优选地，所述门禁节点控制器还与RFID读卡器、SD卡模块、显示屏、电控锁、存储器和键盘连接；所述RFID读卡器用于读取用户标识并上传至门禁节点控制器；所述SD卡模块用于存储用户出入记录并可由门禁节点控制器读取用户出入记录；所述显示屏用于显示用户信息和门禁状态；所述电控锁由门禁节点控制器通过继电器控制开闭；所述存储器用于存储门禁节点控制器下发的用户权限信息或由门禁节点控制器读取用户权限信息；所述键盘与门禁节点控制器通过串口连接。
优选地，所述门禁节点控制器采用单片机作为处理芯片，通过串口从所述RFID读卡器读取用户标识后，与从所述存储器中读取的用户权限信息进行对比，当用户具有门禁开启权限并且在权限时间范围内时通过时，控制电控锁开启，否则提示用户无权限；所述用户出入记录由门禁节点控制器读取后上传至本地终端。
优选地，所述门禁节点控制器及与其连接的ZigBee终端节点、RFID读卡器、SD卡模块、显示屏、电控锁、存储器和键盘构成管控一道门的单机管控单元。
优选地，所述区域管理层包含多个区域子系统，每个区域子系统之间不发生数据交互。
优选地，所述本地终端为计算机或平板电脑。
优选地，所述ZigBee协调器、ZigBee路由器和ZigBee终端节点采用CC2530芯片；所述门禁节点控制器采用STM32F103RCT6；所述RFID读卡器采用MF RC522；所述电控锁采用光电耦合器EL357驱动。
为满足门禁系统的智能、便捷、易扩展要求，本实用新型提出一种分布式无线门禁系统，主要目的是解决有线门禁系统的安装复杂、铺设成本高、难以维护和改造的缺点。采用分布式架构，将一体化楼宇当作一个工作区域子系统进行独立控制，子系统内部通过ZigBee无线网络对门禁节点进行控制，门禁控制节点的数量可达上万个，方便安装和维护；各个工作区域子系统之间互不影响，每个子系统的区域控制器通过TCP/IP网络与网络服务器进行数据同步，管理人员既可通过区域管理控制器对独立工作区域进行用户信息和权限管理，可通过网络服务对各个区域子系统进行用户信息和权限的管理。
本实用新型提供了一种灵活有效、方便智能的门禁系统，基于功耗低、成本低、安装和组网方便、移动性强的ZigBee无线传感网络实现门禁的底层数据通信；采用分布式架构，可通过本地计算机或平板电脑独立管理工作区域性（一般为整栋楼宇），也可通过远程服务器管理多个独立工作区域，每个独立工作区不受其他工作区域影响，远程管理系统故障时独立工作区域也可正常运行；通过RFID识别技术进行人员身份认证，可有效地接入员工卡、校园卡、城市一卡通等系统。本实用新型有效地解决了传统有线门禁系统安装复杂、线路铺设成本高、后期维护更新困难的缺点，大大降低了门禁系统的设备接入成本和后期维护费用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步详细的说明：
图1为本实用新型实施例整体结构示意图；
图2为本实用新型实施例区域管理层示意图；
图3为本实用新型实施例ZigBee无线网络传输层示意图；
图4为本实用新型实施例单机管控单元示意图；
图5为本实用新型实施例电控锁控制电路示意图；
图6为本实用新型实施例使用方法流程示意图。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：
本实用新型实施例主要分为网络服务器层、区域管理层、ZigBee无线网络传输层、门禁节点控制层四个层次。
如图1、图2、图3所示，本实施例系统包括：由网络服务器和第三方平台接口构成的网络服务器层；由通过TCP/IP方式与网络服务器连接的本地终端和通过串口与本地终端连接的ZigBee协调器构成的区域管理层；通过ZigBee路由器与ZigBee协调器无线连接的多个ZigBee终端节点构成的ZigBee无线网络传输层，以及由通过串口与ZigBee终端节点连接的门禁节点控制器构成的门禁节点控制层。
其中，网络服务器层用于全局管理，具备权限的管理人员可通过PC或移动终端连接第三方平台接口访问网络服务器查看全局数据和配置全局参数，查看、审核或修改用户门禁权限，同时还可以查看用户出入记录。
在本实施例中，网络服务器与传统有线门禁的服务器一样，对门禁系统的全局管理，可管理多个工作区域，实现用户信息管理、用户权限设置、用户记录查看等，可与员工卡、校园卡、城市一卡通等其他系统进行对接，采用PHP、JSP或ASP.NET服务器后端程序语言实现并采用MySQL或SQL Server数据库存储用户数据。
如图2所示，区域管理层包含多个区域子系统，每个区域子系统之间不发生数据交互。本地终端为每一个区域子系统的最上位节点，用于查看区域数据和配置区域参数、将区域数据同步至网络服务器以及接收经由ZigBee协调器上传的用户出入记录和门禁状态、下发用户权限信息至门禁节点控制层或远程开启门禁。
本实施例中，区域控制器有两种实现，一种是采用本地计算机，运行Windows操作系统，使用MySQL或者SQLite3数据库存储用户数据；另一种是采用平板电脑，运行Android系统，使用SQLite3小型数据库。区域控制器实现两个功能：一个功能是将本地存储的数据信息同步到网络服务器上，如本工作区域的用户信息、用户权限信息、门禁节点信息、用户出入记录等；另一个功能是将接收经由ZigBee无线网络上传的用户出入记录和门禁状态，发送用户权限信息或远程开启门禁等。
为减轻网络服务器、区域控制器、ZigBee无线网络的运行负载，网络服务器和区域控制器不处理用户权限的鉴别，仅设置用户权限并经由TCP/IP网络和ZigBee网络发送至节点控制器，因此即便网络服务器或区域控制器出现故障时门禁控制节点同样能够正常工作。
如图3所示，ZigBee无线网络传输层采用网状结构，具有一个协调器以及多个路由器和终端节点，包括三种模块：ZigBee协调器、ZigBee路由器和ZigBee终端节点。ZigBee协调器通过串口与计算机或平板电脑进行连接和通信，负责ZigBee无线网络的建立，同时将ZigBee无线网络接入TCP/IP网络；ZigBee路由器主要功能是传递信息，是ZigBee协调器和ZigBee终端节点数据通信的桥梁；ZigBee终端结点通过串口与门禁控制器进行连接和通信。
在本实施例中，ZigBee无线网络三种设备类型：1，协调器（Coordinator）；2，路由器（Router）；3，终端节点（End-Device），均采用TI公司的CC2530作为核心芯片，该芯片支持ZigBee的协议栈，成本低廉。协调器负责网络建立以及TCP/IP网络与ZigBee网络的数据传输，是ZigBee网络的核心设备。路由器扩大ZigBee网络数据传输范围，对信息起中继作用。终端节点是负责信息的采集和控制执行的功能。
如图4所示，门禁节点控制器还与RFID读卡器、SD卡模块、显示屏、电控锁、存储器和键盘连接；RFID读卡器用于读取用户标识并上传至门禁节点控制器；SD卡模块用于存储用户出入记录并可由门禁节点控制器读取用户出入记录；显示屏用于显示用户信息和门禁状态；电控锁由门禁节点控制器通过继电器控制开闭；存储器用于存储门禁节点控制器下发的用户权限信息或由门禁节点控制器读取用户权限信息；键盘与门禁节点控制器通过串口连接，用于输入鉴权密码或其他信息。
在本实施例中，门禁节点控制器采用单片机作为处理芯片，通过串口从RFID读卡器读取用户标识后，与从存储器中读取的用户权限信息进行对比，当用户具有门禁开启权限并且在权限时间范围内时通过时，控制电控锁开启，否则提示用户无权限；用户出入记录由门禁节点控制器读取后上传至本地终端。
门禁节点控制器及与其连接的ZigBee终端节点、RFID读卡器、SD卡模块、显示屏、电控锁、存储器和键盘构成管控一道门的单机管控单元。
在本实施例中，门禁节点控制器由处理器采用STM32系列芯片，典型芯片型号为STM32F103RCT6；RFID读卡器采用MF RC522，是一款低电压、低成本、体积小、应用于13.56MHz非接触式的读写卡系列芯片；电控锁控制采用光电耦合器EL357进行驱动，电控锁控制电路如图5所示。门禁节点控制器通过ZigBee无线网络接收区域控制器发送的权限信息（网络服务器设置的权限信息同样需要区域控制器转发），将权限信息保存在STM32内部Flash存储器，同时获取RFID读卡器获取的刷卡记录即人员出入记录并上传至区域控制器。
如图6所示，本实施例的使用方法包括以下步骤：
步骤1：初始化单机管控单元中除SD卡模块和存储器之外的装置；
步骤2：分配SD卡模块和存储器的存储空间；
步骤3：单机管控单元与本地终端同步时间；
步骤4：存储器从本地终端同步用户权限信息；
步骤5：门禁节点控制器监控与RFID读卡器和键盘连接的串口是否有数据传输，如果有数据则执行步骤6；
步骤6：门禁节点控制器将完整的串口鉴权请求数据与从存储器读取的用户权限信息比对，如鉴权不通过则通过显示屏输出提示，如鉴权通过则执行步骤7；
步骤7：门禁节点控制器控制电控锁开启，并根据预设的开启时间启动倒计时；门禁节点控制器将鉴权通过信息写入SD卡模块并同时上传至本地终端；
步骤8：当倒计时结束，门禁节点控制器控制电控锁锁闭，并回到步骤5。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的分布式无线门禁系统，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。