單片機實訓周設計報告123.docVIP

單片機原理及應用實訓報告項目名稱： 地鐵門禁系統(tǒng) 指導教師： 劉學軍 所在班級： 機電一體化09-2班 姓 名學號分數(shù)陳能龍2009205046 裴超 2009205069田凱2009205071團隊成員： 一、項目開發(fā)的背景 (一) 項目開發(fā)的背景交通安全技術是世界上最令人重視的技術，在科技高速發(fā)展的今天，越來越多的技術被發(fā)明，而交通也越來越發(fā)達。相對的交通安全技術越來越重要，交通安全技術越來越受人們的關注，現(xiàn)在我們研究的是關于地鐵門禁系統(tǒng)方面的技術，我們國家現(xiàn)在正在大力的發(fā)展地鐵交通，對地鐵安全方面的技術非常需要，我國在地鐵安全技術方面技術很落后，有待我們開發(fā)新的技術，完善這方面的缺失；提高安全技術以保證我們的人生財產(chǎn)安全；地鐵門禁系統(tǒng)的開發(fā)是必須的，現(xiàn)在的地鐵已慢慢的融入我們的生活中，以后地鐵將會發(fā)展成跟汽車一樣的普及，地鐵的安全必須保證；地鐵門禁系統(tǒng)就是專門為了地鐵的安全所開發(fā)的；我們想把地鐵開發(fā)成高度網(wǎng)絡化、智能化、信息化的現(xiàn)代化的地鐵管理系統(tǒng)；項目開發(fā)目的本項目創(chuàng)造性地提出了“一卡通系統(tǒng)”，即中央控制系統(tǒng)控制下屬的子系統(tǒng)；目前,城市交通問題已經(jīng)成為制約我國大城市經(jīng)濟發(fā)展和城市功能發(fā)揮的瓶頸。地鐵作為城市公共交通工具,服務對象涉及社會各階層。隨著自動化技術的不斷進步和地鐵運營要求的不斷提高,越來越多的地鐵自動化監(jiān)控系統(tǒng)正在由原來的分立式監(jiān)控系統(tǒng),向最新的綜合監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展，為了建設高度網(wǎng)絡化、智能化、信息化的現(xiàn)代化地鐵管理系統(tǒng),提高管理效率,所以我們想在地鐵線路設置門禁系統(tǒng)的“一卡通系統(tǒng)”，方便集中管理、提高處理突發(fā)事件的效率，增加檢查的安全力度，節(jié)約人力資源，保護工作人員的安全，為搭地鐵的人員和財產(chǎn)安全增加保障。項目開發(fā)的意義隨著人們對交通安全的進一步關注，交通安全問題已經(jīng)成為人們最關心的問題，然而，交通事故是道路交通不可避免的伴生物，即不發(fā)生任何交通事故的可能性不存在的。人們只有通過不斷提高交通的安全意識和駕駛的技術，不斷改進車輛的性能和技術水平，不斷改善道路狀況和環(huán)境條件、不斷加強交通管理和交通執(zhí)法等措施才能減少事故的發(fā)生；地鐵門禁系統(tǒng)的開發(fā)就是為了提高人們乘坐地鐵時能有一個好的安全的環(huán)境，使乘坐地鐵危險的系數(shù)減低，進一步提高地鐵的安全保障；地鐵作為未來的主流交通之一，人流量非常的龐大，所以安全技術尤為重要；龐大的人流量決定了不能用人工一個個的檢查管理，每天地鐵的客流量可能會達到十萬百萬以上，如果每個人都得人工檢查那得多么的浪費時間和資源；而且人工檢查速度慢、效率低，安全系數(shù)底、容易造成交通堵塞；為了進一步的提高效率和安全，所以使用地鐵門禁系統(tǒng)。地鐵門禁系統(tǒng)采用了高度網(wǎng)絡化、智能化、信息化的科技力量，具有高效率、安全、環(huán)保等功能；地鐵門禁系統(tǒng)的開發(fā)，對社會的發(fā)展有重大的意義；(二) 國內(nèi)外開發(fā)的概況目前，在國外高速鐵路中，門禁系統(tǒng)發(fā)展較快、應用廣泛，但在不同的國家運輸管理模式不同，其設置方式相差較大，監(jiān)控對象也有所不同。有的國家獨立設置，有的國家與其他系統(tǒng)一起綜合設置。獨立設置的監(jiān)控系統(tǒng)，類似于國內(nèi)地鐵的集中監(jiān)控系統(tǒng)，以西班牙的AVE為代表；綜合設置的監(jiān)控系統(tǒng)，類似于國內(nèi)地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)，以日本的新干線為代表。西班牙AVE機電設備監(jiān)控系統(tǒng)由調(diào)度中心、車站或客技站設備及現(xiàn)場設備組成，主要監(jiān)控變配電設施、接觸網(wǎng)支柱開關、倒岔加熱器、車站、線路所空調(diào)系統(tǒng)、軌道電路設備、隧道、跨線橋機電設備、防盜、火災報警設備等。其系統(tǒng)特點為多通道音頻傳輸，可集中及時監(jiān)視和控制全線所有機電設備工作狀態(tài)，沿線監(jiān)控設備就近納入車站監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)冗余配置，火災報警納入監(jiān)控系統(tǒng)，設防盜及門禁視頻監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)通過獨立的遙控系統(tǒng)進行傳輸，對跨線橋、隧道入口等重要場所實現(xiàn)監(jiān)視。在其他國家，高速鐵路監(jiān)控技術水平較高的有德國、法國。德國ICE、法國TGV機電設備監(jiān)控與西班牙AVE基本相似。德國ICE機電監(jiān)控系統(tǒng)中增加了緊急呼叫、軸溫探測、電扶梯、塌方監(jiān)視、隧道照明的系統(tǒng)，法國TGV機電設備監(jiān)控相對比較簡單，但卻融合了牽引供電系統(tǒng)的監(jiān)控。日本新干線機電設備監(jiān)控系統(tǒng)和其他管理調(diào)度系統(tǒng)一并綜合設置，作為綜合管理系統(tǒng)的子系統(tǒng)，按使用性質(zhì)分為設備調(diào)度和設備管理，主要監(jiān)控對象有變電所設備、各重要設施的電源、通信、信號設備、區(qū)間氣象如雨量、積雪深度等、軌道電氣及軌道溫度、防災設施等。氣特點為綜合性強、多個系統(tǒng)融合、納入監(jiān)控的設備類型多、注重防災監(jiān)控、納入氣象監(jiān)測、強化維修、維護管理功能。在國內(nèi)香港八達通香港的八達通系統(tǒng)于1997年9月投入運行,它采用SONY公司的第一代FELICA卡，由澳大利亞ERG公司負責系統(tǒng)集成，系統(tǒng)除涵蓋公共汽車、輪渡、輕軌、地鐵等運輸行業(yè)外，目前已經(jīng)擴展到停車場、游泳池、美心快餐、七十一便利店等地方的小額消費。至2001年4月止發(fā)卡量達720萬張,每天的交易量達500多萬筆，交易金額也高達4000多萬港幣。 廣州地鐵廣州地鐵一號線和二號線AFC系統(tǒng)于1998年中首期五個站投入使用，并于1999年初全線投入使用。從使用的情況來看，該系統(tǒng)采用非接觸IC卡技術，系統(tǒng)數(shù)據(jù)交易和傳輸準確，使廣州地鐵的收費和檢票真正實現(xiàn)了數(shù)據(jù)化和自動化。廣州地鐵一號線和二號線AFC系統(tǒng)原由美國摩托羅拉公司承建，后韓國三星數(shù)據(jù)公司接手該項目，單程票采用TOKEN技術。 深圳地鐵深圳將淘汰原有的公交IC卡系統(tǒng)，推動“深圳通”，與香港八達通互通。深圳地鐵已完成一號線和二號線的建設，其AFC系統(tǒng)由深圳MCM公司承接。 上海地鐵上海公交于1997年10月開始使用非接觸IC卡票務管理系統(tǒng)，由上海計算機技術研究所承建，采用Mifare卡，并自行開發(fā)設計卡和讀寫器軟件。同時上海地鐵也與美國CUBIC公司簽訂了磁卡和非接觸IC卡均通用的上海地鐵一號線和二號線AFC系統(tǒng)供貨合同。后為城市一卡通要求，對所有公交、地鐵系統(tǒng)進行改造，采用華虹IC卡技術，并建立上海本地AFC系統(tǒng)標準。 南京地鐵南京地鐵一號線AFC系統(tǒng)由法國THALES和南京熊貓電子股份有限公司聯(lián)合承建，采用歐洲最先進的TOKEN技術，實現(xiàn)公交、地鐵的城市一卡通。 其他在建和即將建的城市如北京、天津、沈陽、成都、杭州、武漢、重慶等城市軌道交通都將AFC系統(tǒng)作為一個重要的組成部分，分別采用不同的AFC技術，如日本歐姆龍公司、日信公司、法國THALES公司、ASCOM公司，美國CUBIC公司、韓國三星數(shù)據(jù)公司等國外公司紛紛進入中國市場，國內(nèi)企業(yè)如深圳現(xiàn)代、上海華虹、上海郵通等公司成為國內(nèi)AFC行業(yè)的代表； 二、主要研究內(nèi)容開發(fā)本項目，其主要內(nèi)容是：一、門禁系統(tǒng)的特點 從地鐵線路整體考慮,一般門禁系統(tǒng)采用“服務器客戶機”分布式網(wǎng)絡結構,以OCC的門禁系統(tǒng)管理服務器為中心,采用集中管理、分散控制。1、 集中管理 在網(wǎng)絡環(huán)境和ACS管理服務器圖形化信息管理平臺下,位于OCC的ACS管理服務器作為統(tǒng)一的管理平臺,具有強大的實時操作、運行管理、信息顯示查詢、設備管理和配置功能,通過信息共享、信息處理和控制互連,實現(xiàn)對各車站、車輛段、停車場等門禁系統(tǒng)的集中管理和操作。 各ACS管理工作站的操作員或管理員,是通過專門的通信網(wǎng)絡訪問OCC的ACS管理服務器,從而實現(xiàn)對各分區(qū)門禁系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。其職責包括:對門禁硬件系統(tǒng)進行設置調(diào)試和管理控制;設置和控制每個人員的開門權限、開門時間、開門位置等;通過信息提取和查詢,可以查看指定門禁的所有讀卡信息記錄;實時監(jiān)控指定門禁的開門狀態(tài)與人員進出信息,遠程控制門狀態(tài)等;可以按各種分類信息,進行進出記錄匯總和報表打印;能自檢門禁使用狀態(tài)發(fā)出的故障預警。2、 分散控制 各車站分管理中心門禁系統(tǒng)的功能和結構相對完整。當各車站分管理中心系統(tǒng)間的連接出現(xiàn)故障時,各車站智能門禁控制器均能獨立工作,而且能夠有效控制各自車站的出入口。二、 中央級門禁系統(tǒng)結構 在控制中心（OCC）,根據(jù)地鐵建設和運營管理、維護的不同要求,綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)可以采用集成或互連的方案,建立與門禁系統(tǒng)的聯(lián)系。所謂綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成子系統(tǒng),是指接入子系統(tǒng)的全部信息都由綜合監(jiān)控系統(tǒng)傳輸,子系統(tǒng)在控制中心和車站的功能由綜合監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn),子系統(tǒng)沒有自己單獨的信息傳輸網(wǎng)絡;而綜合監(jiān)控系統(tǒng)互連子系統(tǒng),則是被連的子系統(tǒng)具有自己單獨的信息傳輸網(wǎng)絡,是一個完整、獨立的系統(tǒng),但綜合監(jiān)控系統(tǒng)與它在不同的網(wǎng)絡級別接口,傳輸必要的信息給這些子系統(tǒng),實現(xiàn)監(jiān)控功能。由于綜合監(jiān)控系統(tǒng)基本都布置在控制中心,從而使得這里的門禁系統(tǒng)有集成或互連兩種構成方案。4、 ISCS集成ACS 當綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成門禁系統(tǒng)時,ACS不設置單獨的服務器,這時ISCS能夠完成ACS的管理和控制。ACS的控制管理功能,如開關門、權限管理、報警等,都必須通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件完成。此時,ACS必須向ISCS開放自己經(jīng)過加密的網(wǎng)絡協(xié)議。這種方案既節(jié)約了投資,又提高了管理效率,非常適合新建地鐵的自動化系統(tǒng),廣州地鐵5號線就是采用這種方案。地鐵控制中心ISCS集成ACS系統(tǒng)結構如圖2所示。5、 ISCS互連ACS 當綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用互連方式接入門禁系統(tǒng)時,ACS仍作為一個獨立的監(jiān)控系統(tǒng)存在,擁有自己冗余的服務器,ISCS僅通過接口完成與ACS的交互,如讀取門狀態(tài)信息、刷卡信息、持卡者相關信息等。這種方案保持了ACS的獨立性,比較適合已建地鐵自動化系統(tǒng)的升級改造。地鐵控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)互連門禁系統(tǒng)結構如圖3所示,其中制卡中心同圖2。車站級門禁系統(tǒng)結構 車站門禁系統(tǒng)結構與控制中心門禁系統(tǒng)基本相同。不同的是,車站沒有ACS管理服務器,只有門禁管理客戶終端,一般直接接入通信專用網(wǎng)訪問控制中心的門禁系統(tǒng)管理服務器,從而實現(xiàn)對車站范圍內(nèi)門禁系統(tǒng)資源的遠程管理、維護和監(jiān)控,其車站門禁系統(tǒng)結構見圖1。 在當前在建的一些地鐵工程中,車站門禁系統(tǒng)沒有設置通信專用網(wǎng),而是通過其他自動化系統(tǒng)接入控制中心。如在南京地鐵2號線一期工程中,車站門禁系統(tǒng)組態(tài)在環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)工作站內(nèi);北京地鐵1、2號線改造中,車站門禁系統(tǒng)接入電力監(jiān)控系統(tǒng)中 三、關鍵技術 項目開發(fā)的關鍵技術包括：1、 門禁系統(tǒng)概述 為滿足地鐵現(xiàn)有的兩級調(diào)度模式,門禁系統(tǒng)應由中央級門禁系統(tǒng)和車站級門禁系統(tǒng)構成。門禁系統(tǒng)結構如圖1所示,它主要完成對/(OCC)大樓各層辦公室門、通道門和全線各車站的辦公管理用房及設備房門等的開閉控制管理,進行安全防護。 中央級門禁系統(tǒng)是以門禁服務器為核心的門禁管理系統(tǒng),也是整個地鐵控制中心一卡通系統(tǒng)的核心組成部分。門禁服務器設置在控制中心大樓的綜合監(jiān)控機房內(nèi),一主一備共2臺,采用雙機熱備方式工作。主、備服務器具有相同的功能,但同一時刻只能有一臺服務器發(fā)出指令。門禁服務器將地鐵沿線各車站的門禁系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)門禁系統(tǒng)的集中控制。 車站級門禁系統(tǒng)也稱為分管理中心,主要有車站門禁工作站,設置在車站站長室中,對車站等獨立的防護實體進行監(jiān)控管理。車站級門禁系統(tǒng)不具備全線門禁系統(tǒng)的配置、管理功能,但可以通過門禁工作站來實現(xiàn)對本站內(nèi)門禁系統(tǒng)的管理、監(jiān)控和維護。 門禁系統(tǒng)(ACS)中的就地控制是以智能門禁控制器為核心的總線式結構。智能門禁控制器直接連接通信專用網(wǎng),與ACS管理服務器之間建立雙向數(shù)據(jù)通道;而在通信專用網(wǎng)上的所有通信都采用世界上先進的SSL協(xié)議進行加密,并通過該數(shù)據(jù)通道將門禁系統(tǒng)各站發(fā)生的所有事件傳給ACS管理服務器,供其監(jiān)視、控制及存儲。根據(jù)操作員不同的權限,相應權限范圍內(nèi)的事件都將顯示在門禁工作站的終端上。每個智能門禁控制器能驅(qū)動多條RS485總線,所有的就地控制器都順序接入任一條RS485總線,讀卡器、電鎖、門磁等所有就地設備都分別接到就地控制器。 從地鐵控制中心及沿線各車站地理分布的位置考慮,整個門禁系統(tǒng)傳輸距離遠、干擾源復雜、終端數(shù)量較多,因此門禁系統(tǒng)要求采用三級網(wǎng)絡技術管理:控制中心到各車站分管理中心以及大樓各層弱電井采用寬帶光纖傳輸,分管理中心到各區(qū)域門禁控制器采用超五類或六類電纜傳輸,區(qū)域門禁控制器到現(xiàn)場終端門禁機采用總線傳輸。采用三級網(wǎng)絡傳輸方式,可以利用目前國際上最先進的TCP/IP實時通信協(xié)議,實現(xiàn)各遠程門禁終端數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院蛯崟r性3,確保整個地鐵門禁系統(tǒng)的高效運行。2、門禁系統(tǒng)聯(lián)動應用 無論在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中是集成還是互連門禁系統(tǒng),在日益關注資源共享、信息互通的地鐵建設中,與門禁系統(tǒng)相關的聯(lián)動都應該仔細、周密地考慮。在非法闖入、門鎖被破壞或讀非法卡時,系統(tǒng)會發(fā)出實時報警信息;當接到防盜報警信號后,可聯(lián)動門禁控制器關閉相關區(qū)域的通道門;當出現(xiàn)火警等情況時,可實現(xiàn)消防聯(lián)動,由中心統(tǒng)一開啟出入通道;重要出入口可啟動CCTV,實現(xiàn)聯(lián)動監(jiān)控。同時,可根據(jù)實際需求,在此設置讓持卡人具有刷卡撤防的功能,即通過設置布防后(可根據(jù)需要進行密碼布防),當房間內(nèi)需要再次進入時,則可在規(guī)定的時間段通過刷卡進行撤防操作,從而免去煩瑣的操作,達到一卡通快捷方便的實用效果。 按照實現(xiàn)的復雜程度,聯(lián)動可以劃分為低級聯(lián)動和高級聯(lián)動4。低級聯(lián)動是指實現(xiàn)復雜程度較低的聯(lián)動功能,一般只牽涉到兩個子系統(tǒng),其邏輯判斷條件簡單,執(zhí)行步驟少,執(zhí)行結果明確。高級聯(lián)動是指實現(xiàn)復雜程度較高的聯(lián)動功能,一般牽涉多于兩個子系統(tǒng),其邏輯判斷條件相對復雜,執(zhí)行步驟較多,執(zhí)行結果的選擇較多。 四、創(chuàng)新點、經(jīng)濟效益與社會效益分析（1） 創(chuàng)新點：數(shù)字技術和新型產(chǎn)品的運用智能化門禁系統(tǒng)聯(lián)動的應用ACS與ISCS集成 完全實現(xiàn)了模塊化設計，系統(tǒng)高度集成化。（2） 經(jīng)濟效益與社會效益分析： 地鐵線路進行門禁系統(tǒng)的建設，車站各項經(jīng)營成本將會有不同程度的變化，經(jīng)粗略估算，其投資回收期比較長，但由于改造后提升了整個地鐵一號線的服務水平，加上西朗站、坑口站為地面站，增加的投資主要為提高乘客乘車的安全性出發(fā)，其改造對降低環(huán)控運營成本并無貢獻，但其帶來的社會效益卻大大提高。 (1)門禁可以避免乘客由于各種意外事故掉下站臺而受到傷害，保證了乘客的人身安全。北京、上海地鐵發(fā)生的乘客掉下站臺喪生事件，不僅會造成其他乘客極大的恐懼，而且會導致運營中斷?，F(xiàn)進行以下簡單分析：每次出現(xiàn)乘客掉下站臺發(fā)生重大事故一般會導致運營中斷4060min，按照廣州地鐵運營時刻表，高峰期發(fā)車間隔6min，會使地鐵列車運七班次，廣州地鐵號線列車為六節(jié)編組，每班次乘客按設計的1 860人計，七班次總共損失13020人次的客流，一號線地鐵票價波幅為26元，平均出現(xiàn)一次事故票價損失為52080元；還有，現(xiàn)代社會以人為中心的地鍘盼系統(tǒng)中，引起乘客傷亡屬最重大的事故，會引起社會、媒體、乘客的更大關注，不僅是簡單的經(jīng)濟賠償，還會帶來地鐵形象上、客流上的重大損失，使地鐵在競爭上處于不利的地位。 (2)現(xiàn)一號線運營中發(fā)生了多起關于乘客與列車接觸而引起的傷害，導致乘客向地鐵公司進行事故索賠的現(xiàn)象，門禁的安裝則可以避免這類現(xiàn)象，不僅為國家節(jié)省了資金，而且提高了城市軌道交通的形象，為地鐵吸引客流提供了條件。 (3)門禁系統(tǒng)的設置可以為以后實現(xiàn)無人駕駛創(chuàng)造條件。 (4)它還可以對地鐵運營部門的減員增效帶來成果。 (5)改善了乘客在站臺的候車環(huán)境，在環(huán)境質(zhì)量、噪聲及舒適度的水平上都有所提高。 (6)門禁系統(tǒng)給乘客提供了易于識別的導向