基于物联网技术的智能楼宇“一卡通”系统的实现

第３期　第３８卷　有　色　冶　金　设　计　与　研　究　２０１７正　６　月　基于物联网技术的智能楼字“一卡通”系统的实现　刘　帅１，刘星材２　（１．中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌３３００３８；２．南开大学电子信息与光学工程学院，天津市３００３５０）　［摘　要］以南昌市某大厦“一卡通”系统为例，通过分析“一卡通”系统各子系统的功能、网络结构、接口　形式．为大厦设计一套基于物联网技术的智能楼宇“一卡通”系统，并以出入口控制系统为例介绍了本系统的　主要设备组成和功能。　［关键词］智能楼宇；一卡通；物联网技术；系统结构　中图分类号：ＴＮ７１１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００４—４３４５（２０１７）Ｏ３—００２７—０３　Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｏｎｅ　Ｃａｒｄ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＬｏＴ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＬＩＵ　Ｓｈｕａｉ　．ＬＩＵ　Ｘｉｎｇｃａｉ　（１．Ｃｈｉｎａ　Ｎｅｒｉｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎａｎｃｈａｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ　３３００３８，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｎａｎｋａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００３５０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔａｋｉｎｇ　ｏｎｅ　ｃａｒｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｉｎ　Ｎａｎｃｈａｎｇ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｎｅｔｗｏｒｋ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｆｏｒｍ　ｏｆ　ｓｕｂ—ｓｙｓｔｅｍｓ　ｏｆ　ｏｎｅ　ｃａｒｄ　ｓｙｓｔｅｍ，ｏｎｅ　ｓｅｔ　ｏｆ　ｏｎｅ　ｃａｒｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＬｏＴ　（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　Ｔｈｉｎｇｓ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｔａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｎｔｒａｎｃｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ；ｏｎｅ　ｃａｒｄ　ｓｙｓｔｅｍ；ｌｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　Ｔｈｉｎｇｓ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｓｙｓｔｅｍ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　当今社会，基于微电路设计的各类智能卡对人　们日常的身份验证起到了非常重要的作用，占据了　身份验证技术的优势地　１。然而，社会的发展进程　需要人们对于各类识别系统提供不同的身份信息特　征．这也造成了各类芯片卡的泛滥。一卡通技术即是　层、地下２层的建筑主体。其中，直接应用一卡通系　统的层面包括物业地上停车场１　５００　ｍ　、地下停车　场近３　０００　ｍ２．视频监控２００余处、入侵报警１００余　处、门禁７０处、考勤点８Ｏ处及各类收费系统６Ｏ余　处．整体建设实现一体化标准。根据大厦“一卡通”　使用范围列出了与运营相关的组织机构，如图１所示。　采用电子芯片将多种身份识别用途的信息经过统一　管理方式汇集到一张卡片中，通过制定卡片的使用　规则和技术规范将不同使用环境下需要身份识别的　技术规整为一个具有统一性、规则性、通用性、方便　性和安全性的整体．让用户在持有一张有效身份信　息卡片的情况下即可完成在不同用途系统中的身份　识别工作。　图１　系统运营组织结构　１需求分析　南昌市某大厦占地约１ｌ　０００　ｍ　，拥有地上２６　收稿日期：２０１７—０４—２５　作者简介：刘帅（１９８１一），男，工程师，主要从事通信工程设计与研究工作。　根据图１所示内容．按照运营工序分别对各组　织进行管理及运营工作。　・２８・　有　色　冶　金　设　计　与　研　究　一第３８卷　２设计思路　在南昌市某大厦“一卡通”系统设计中，以能够　满足自身使用功能，主系统与各子系统间的所有流　个统一的管控中心。其主要目的是分配和协调各　子系统以及同一子系统不同用户所使用的ＭＡＤ应　用文件、增加新的系统功能、删除已经废弃的系统功　能与密钥、生成和存放最终应用访问密钥、发行和管　程环节均能体现出自动化、智能化、简约化为设计思　路。人员凭一张存储有个人资料的ＩＤ卡，可实现身　份识别、停车场停车管理、门禁管理、巡更管理、收费　管理、考勤管理等“一卡通”功能　。　理卡片等。此外，该管控中心还担负着“一卡通”系统　的日常维护工作。　３）各设备使用记录的采集和处理采用对口管理　和授权访问。由于系统中的应用大多直接或间接地　根据该企业的管理模式和要求，为企业搭建一　个核心数据库，并利用ＩＤ卡技术、物联网技术为辅　助，通过建立一个千兆以太网，将停车场管理子系统、　出入口控制子系统、消费子系统、考勤子系统、在线　式电子巡查子系统这５个子系统有机地整合在一个　共同的物理承载网上，通过统一的管理平台，将各个　子系统集中管理、独立控制。　涉及金钱交易和安全管理。各前端非接触式ＩＤ卡读　写器采用定期和不定期方式，将使用记录及时转发　到管控中心的工作站进行处理。各子系统可独立运　行，可在管控中心查询各种报表。管控中心负责发放　各系统的ＩＤ卡，设置授权持卡人的各种权限。办理　充值、挂失、退卡等。　１）采用ＭＡＤ方式实现一卡多用途。本次设计　的“一卡通”系统将停车场管理子系统、出入口控制　子系统、消费子系统、考勤子系统，以及在线式电子巡　查子系统通过数据代码有机地融合在一起，数据代码　以文件的形式储存在数据库中，系统只需将分别代表　不同功能的数据代码通过读写器写入一张卡中，就可　以实现一卡多用途（即“一卡通”）。不同子系统使用的　３系统架构设计　１）系统结构设计。南昌市某大厦“一卡通”系统　管理平台系统业务涵盖了停车管理、门禁、消费、考　勤、巡更、视频监控等系统，适合各类型出入口的统　一管理和控制。本系统采用一级监管模式，监控中心　设置在负一层，与消防控制室合并使用，作为整个建　筑“一卡通”系统的管理中心。物联网网络系统采用　读写设备存放着相应子系统数据访问所需的权限密　钥．只能对相应的数据文件进行访问和处理，不能对　其他子系统数据进行访问和处理，即一台ＩＤ卡读写　器只能完成卡片众多功能中的一个。每一张ＩＤ卡都　二层星形拓扑结构，即核心层和接入层，物理链路采　用标准的超五类综合布线方式。核心交换机设置在　监控中心，以两层为一个交换区，在楼层弱电井内设　记录了代表所有子系统的数据文件（ＭＡＤ方式），持　卡人可通过一张卡实现“一卡通”系统中多个子系统的　功能，有效地提高了企业的工作效率。　２）建立一个统一的管控中心。为了让“一卡通”　系统能够有效、正常地运行，本次设计在楼内建立了　ｒ　‘‘。。一。。一。’　置ｌ台４８口接入层交换机。核心交换机采用万兆交　换机，接入层交换机采用千兆交换机［３Ｉ。核心交换机　与接人层交换机间干线光缆采用１２芯单模光缆．配　线子系统线缆均采用４对超五类非屏蔽双绞线。“一　卡通”系统拓扑图详见图２所示。　：巡更系统　●　：　Ｉ　；●　考勤系统　ｌ　：　ｌ　Ｉ　．，Ｆ１　ｌ　＿：　巡更管理软件：　：　考勤管理软件：　口　一＿一：　‰　靴制　－门　。墨Ｉ］　．　ｒ舡　…　虮　：一体机摄像机录像机：：　・监控系统　ｉ，系统扩容（预留）　图２南昌市某大厦“一卡通”系统拓扑图　第３期　基于物联网技术的智能楼宇“一卡通”系统的实现　・２９・　２）功能模块设计。本次建设的“一卡通”系统管　理平台在系统构架上采用分层的构建模式，在数据　．毒　印机　…“发卡器　存储和共享上采用分布式ＤＢＯ的管理思想，在设备　管理及控制层面首次采用“组件＋服务＋代理”的模　—　刚络变换机　式。在管理层面上满足分权分级的业务模式，满足大　型化、网络化和集团化、信息化条件下面临的管理难　题．真正做到数据“交换互通”、“卡应用互通”、“网络　互通”、“监控及管理统一”、“决策及分析统一”，可轻　脉　一松实现“集中＋分散”的管理模式［４１。组件构成详见图　３所示。　一出¨按钮　嗣　出门　钮出ｆ】按钮，ｑｔ门按钮出　Ｉ　—ｊＬ嗣冀｝＿Ｊ　钮　图４　出入口控制系统功能组件拓扑　ｇ－通系统管理甲台系统模块功能图　企业篱理模块　出入口控制系统实现的功能汇总，详见表ｌ所示。　表Ｉ　出入口控制系统主要功能汇总　匹ｔ　－匦卡通系统精理模块　硒　编号　１　２　功能说明　具备对规律班次和无规律班次的管理功能　能够支持对迟到，早退、有／无规律签到等不同用户的考　勤管理　匝固圈翻匝圃・匦塑固　ｔ　卡通系统管理ｆ系统　停　管理系统　３　支持请假、Ｉ叶Ｊ差、加班登记等管理模式　支持法定节假日管理和特殊指定日的班次管理．实现调　圆圈面　匦囹……　　班、调休等管理需求　个人刷卡记录主动上传，网络故障时可脱机运行．故障恢　图３一卡通系统管理平台系统模块功能　复时所有数据自动上传，无需个人干预　具备员１二班次、原始记录、部门／个人日打卡明细、部门／个　人出勤、部门／个人出勤统计、请假部门／个人出勤、出差、加　在“一卡通”主系统中，可以对单一ＩＤ卡进行多　重功能的属性配置，如门禁系统、考勤系统、消费系　统等。如果在主系统中进行了ＩＤ卡的配置，则会将　任务属性分配到各子系统中，这张ＩＤ卡便可在设定　的系统内使用。如ＩＤ卡需要在主系统中进行资料　信息更新及缴费时，需要主系统与各子系统进行数　７　８　班等报表，并能够自定义报表的内容，支持报表数据的导　入、导出功能　支持外接Ｕ盘，方便用户上传或下载数据　支持语音和显示提示　９　支持火警报警、温度报警、红外报警、防橇报警等功能。　据合并，完成统计后就可进行信息更新，如果因某　一在考勤系统中，根据使用要求还可添加附属配　件使系统具备更多功能的实现，例如视频卡、摄像机、　子系统处于离线状态无法数据合并时，ＩＤ卡便　无法进行信息更新．需要等待子系统上线更新后才　可进行。“一卡通”系统对于ＩＤ的权限分配可进行　矩阵（超过４路视频时用）、闹铃设备、外部报警设备　等。这些配件在设备研发时已经将未来系统升级更　新能力考虑其中，添加的外置接口可以很方便地实　现更多功能。　设置．享有管理权限的ＩＤ卡具有系统识别功能，但　是对于拥有子系统权限的ＩＤ卡并不能对主系统进　行设置　４　系统组成　以出入口控制子系统为例，其系统设备主要南　５结束语　“一卡通”系统作为我国大力发展的信息化身份　识别技术，在通用性和技术性方面均得到了长足发　计算机（管理中心、工作站）、发行器、打印机、管理软　件、软件狗、交换机、门禁控制器、门禁读卡器、电磁　锁（带门磁）、开门按钮、２２０　Ｖ开关电源、卡片（ＩＤ／　展与进步［５１。本次设计的“一卡通”系统正是依据这一　发展态势将相关理论与科学技术相结合，设计出的　具有实际应用价值的“一卡通”系统。该系统在使用　中获得了用户的满意，为建设智慧型城市，实现综合　ＥＭ卡）、选配件『视频卡、摄像机、矩阵（超过４路视　频时用）、闹铃设备、外部报警设备１等设备组成。门　禁系统组件拓扑图如图４所示。　高效的企业管理作出了应有的贡献　（下转第３２页）　・３２・３）超声波明渠流量计　有某铜矿露霖边墟稳础及边坡箭优倔研究究　第３８卷　３　软件平台　系统的软件平台具备以下主要功能：１）实时数　据监视，对数据进行流程图、趋势曲线图、列表、仪表　成组显示等常规监视；２）可动态生成报表，可打印历　史数据报表、汇总历史记录；３）对要求报警的过程点　超声波明渠流量计由ＳＩＴＲＡＮＳ　ＬＵＴ４３０变送器　和Ｅｃｈｏｍａｘ　ＸＲＳ一５传感器组成。其原理是采用超声　回波技术，通过测量流量槽液位高度，经仪表内部的　微处理器运算流量。前端传感器采集数据，通过变送　器转化为ＲＳ２３２信号传输至数据采集仪。此流量计　采用非接触测量方式，非常适合尾矿库较为恶劣的　进行报警值定义，可以进行上下限报警、偏差报警；　４）数据备份及恢复管理；５）系统通信日志、运行日志　管理等；６）用户的登记及口令、权限等管理可为用户　方系统管理员提供系统应用的分级管理。　环境。该系统通过安装巴歇尔槽配套使用明渠流量　计实现对尾矿库废水的流量测量，通过日常反馈水　流量以及近些年最大水流量，按泄洪加倍等参数，综　合考虑确定巴歇尔槽型号规格。为减少水流速度对　流量测量精度的影响，系统在沉砂池出水口建立一　条长度为３　ｒｎ的缓冲区（宽度和深度与构建的沉砂　４结束语　尾矿库废水在线监测系统．可实时监测尾矿废　池和选择的巴歇尔槽规格综合确定），巴歇尔槽嵌入　安装在缓冲渠的末端，安装示意如图４所示。变送器　水的ＣＯＤ、ｐＨ值和流量等参数，最终以工业以太网　的方式上传，将尾矿库废水在线监测、尾矿库安全在　线监测以及尾矿库区的视频监控等系统集成到同一　壁挂安装在监测站房内；超声波明渠流量计采用螺　纹式方式直接安装在巴歇尔槽上方。　．　通信传输平台，统一将各系统数据上传至矿区中控　室，可提高数字化矿山的建设水平，同时减少各系统　建设成本。　参考文献　【ｌ】施汉昌，柯细勇，刘辉．污水处理在线监测仪器原理与应用【Ｍ】．北　图４巴歇尔幅安装示意　京：化学工业出版社。２００８：１—８１．　２．３数据传输　［２】Ｏ．Ｋｏｒｏｓｔｙｎｓｋａ，Ｋ．Ａｒｓｈａｋ，Ｖ．Ｖｅｌｕｓａｍｙ，Ａ．Ａｒｓｈａｋ，Ａｓｈｏｋ　Ｖａｓｅａｓｈｔａ．　数据传输部分由变送器、前端仪表数据采集仪、　串口模块和网络交换机等设备组成。采用ＨＡＲＴ、　ＲＳ２３２、ＲＳ４８５和ＴＣＰ／ＩＰ多种通信标准协议相结合　Ｒｅｃｅｎｔ　Ａｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　Ｐｏｉｎｔ－ｏｆ－Ａｃｃｅｓｓ　Ｗａｔｅｒ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ叨．　Ｓｐｒｉｎｇｅｒ　Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ，２０１２，７１（５）：２６１－２６８．　［３】王迎，陈仕彬，朱洁．巧水处理厂远程监控系统的设计［Ｊ］．控制技　的方式构建数据传输平台，最终将前端仪表的模拟　数据转换为数字信号进行处理、存储和显示，并通过　ＴＣＰ／ＩＰ通信方式上传到矿区局域网或Ｉｎｔｅｒａｃｔ网，　术，２０１１，１９（１０）：２４３３－２４２６．　【４】张嘉治，张雷，等．基于频次分析法的污水处理厂在线监测预警技　术研究　．中国环境科学，２０１２，３２（１　０）：１７９２—１７９．８．　【５】牟伟腾，安洪光，等．重铬酸钾法与氧化微回流法测定ＣＯＤ的对　以便矿区管理人员和当地环保部门访问相关数据。　比试验研究［Ｊ］．化工技术与开发，２Ｏｌ２’４１（１　２）：４ｌ一４３．　（上接第２９页）　［３］陕朝阳，焦鹤勇，陈星．基于ＥＰＯＮ技术的公园网络视频监控系　统设计［Ｊ］．智能建筑与城市信息，２０１４（２）：７７—８２．　［４］刘华，刘卫东，邢文峰．基于软硬件协同设计的Ｈｕｆｆｍａｎ解码模　参考文献　［１］王小东，陈萧，朱丽颖，等．我国大中城市停车管理问题研究［Ｊ］．　新西部（理论版），２０１３（７）：５８，６８．　ｃ２］刘帅．网络化智能楼字一卡通系统的研究与实现［Ｄ］．南昌：南　昌大学，２０１６．　块［Ｊ］．电子设计工程，２０１１（１６）：１７４—１７７．　［５］谢伟．基于ＦＰＧＡ的ＤＳＰ原型验证与测试［Ｄ］．西安：西安电子　科技大学．２０１２．