监狱是国家的刑罚机关，监狱的进出安全关系到社会的安全和稳定，因此，对门禁系统的进出安全要求特别高，作为一个高安全的特殊区域，有效的进出控制和管理至关重要。监狱门禁系统是应用在监狱环境下的一种门禁系统。门禁系统，是在传统的门锁基础上发展而来的，顾名思义就是将软件和硬件结合起来，实现对出入口通道进行管制的系统。
目前，全国大部分监狱安防系统里出入监区环节基本处于比较落后的状态，缺乏有效的防尾随、防潜逃的专用管控设备，无法满足监狱管理和人员安全的特殊需要。根据《监狱法》和监狱管理的有关要求，随着科学技术的发展，人为控制与管理的行为将越来越落伍，特别是通过挟持狱警通过安检门逃离监狱的隐患，对监狱的日常管理提出了新的挑战，而集信息管理、计算机控制、IC卡识别、生物特征识别技术于一体的智能数字化尾随门门禁系统将能够有效改善监区出入管理现状。
1 系统工作原理及结构
1.1 系统工作原理
防尾随门的工作原理为当第一侧门以合法方式被打开后，若此门没关上，则另一侧门不会被打开;同样，如果一侧门没有关好前，另一侧门不会被刷卡打开，只有当两侧门都关上时，才能打开其中的一侧门。开门的方式是上位机通过IC卡绑定信息、识别人脸特征及体重来判断人员的合法性，然后向PLC发出相应指令，由PLC来控制门的开启与闭合。
1.2 系统结构
系统主要由机械部分、控制部分、软件部分组成，通过内部生物识别系统及称重系统辩别出入人员信息，确保出入人员与登记信息一致。机械部分主要包含：联动门厅、闭门器、通风照明设备、报警设施、监控设备及指示设备;控制部分主要包含：PLC、ModBus读卡器、电磁锁、人脸识别仪、称重系统;系统软件采用主流语言编写，能够在Windows环境下稳定运行。采用MS SQL server数据库存储数据，软件开发模式采用C/S(客户端/服务器)模式，确保系统运行更加稳定，数据存储容量更大。软件包含IC卡与进出人员信息绑定、人脸模板采集、下发及比对、进出人员信息录入及验证、按钮控制尾随门的开启与闭合等功能。
1.3 控制原理
尾随门自动控制由上位机软件来控制，PLC作为从站执行上位机指令，又作为主站读取读卡器、称重模块、电磁锁状态等信息并控制电磁锁的开启、闭合。上位机向PLC发送使能信号，PLC连续读取读卡器和称重模块信息，放入到保持寄存器中，每个设备读取2次，每次15ms;上位机发送指令读取PLC寄存器内卡号、重量信息和电磁锁状态信息;上位机通过卡号、重量比对、人脸比对等信息综合判断，向PLC发送开门、关门指令。
防尾随门通过PLC各种信号的反馈，结合上位机程序的判断，控制电磁锁的断开与吸合，通过刷卡+人脸+称重模式与登记信息相比对，确保是本人通过联动门，通过压力传感器精确称量人的体重，防止尾随事件的发生。
2 进出防尾随门流程
2.1 刷卡进门
进出人员在读卡器上刷卡，系统判断其IC卡是否有效，如果IC卡内有登记信息，则视为有效卡，门自动打开，反之，门将打不开。
2.2 进入关门
当人进入门厅里，必须将进来的门关闭，否则即使生物特征比对成功，另一侧的门也不会打开。
2.3 自动计重
进出人员进入门厅，系统将自动记录当前体重，并将当前体重与登记时体重进行对比，如果超出规定范围则视为非法进入。
2.4 人脸比对
系统根据当前刷卡信息，与门厅内识别人员信息进行对比，如果冒充他人刷卡进行验证，则无法通过门禁。
2.5 通过验证
当人脸信息与体重信息都比对成功后，另一侧门自动打开，人员可顺利通过。
2.6 报警功能
门禁系统具备报警功能，报警按钮设置在门厅的顶部，如门厅内人员需求助打开门厅时，可按动报警按钮，值班室会发出警报。
3 门厅控制器
控制器通过ModBus-RTU 与PLC进行通信、信息读取与控制。电源系统总输入为AC220V，开关电源根据需要分为三种不同的电压等级，分别为DC24V、DC12V、DC5V。PLC、读卡器、称重模块、电磁锁、I/O 模块、红绿指示灯及人脸识别均为DC24V，LED 灯与防尾随门厅内摄像头为DC12V，TP-LINK 交换机为DC5V。
3.1 PLC程序及ModBus通信
门禁系统自动控制主要由PLC来完成，其主要功能是接收读卡器、电磁锁及称重传感器的信号，再将这些信号通过ModBus协议传输给管理软件系统，根据软件反馈的信号来控制电磁锁的开关。PLC通过使用标准ModBus指令库进行程序编制，Port1作为主站进行读卡器的读、写操作，获取磁力锁状态和称重数据，对磁力锁进行开启、闭合操作。Port0作为从站与上位机通信，上位机通过指令命令PLC进行读卡器读、写操作和磁力锁开启、闭合操作，并实时获取PLC采集的磁力锁状态、读卡器卡号和称重数据。
PLC程序包含ModBus主站与从站程序。ModBus从站程序与管理软件进行通信，接收软件指令并向软件发送所读取的数据;ModBus主站程序读取读卡器、称重模块、报警按钮数据和控制电磁锁与红绿指示灯的状态。
3.2 ModBus读卡器
系统采用的是IC-10MR 型ModBus读卡器，读卡器能通过ModBus-RTU 模式与PLC通信，读卡器为从站、PLC 为主站，PLC 每隔0.2s读卡一次，读取卡号后放入寄存器，上位机可随时读取并在读取后适当时机命令PLC清空读卡器寄存器，此时可进行下一次刷卡操作。
1、ModBus读卡器适用S50、S70、F08等射频卡。
2、ModBus读卡器能通过ModBus-RTU方式与PLC通信，ModBus读卡器为从站、PLC为主站，波特率为9600，N，8，1。需要实现即时刷卡功能，可用PLC设备每隔0.2s读卡一次。
4 称重系统
称重系统由称重传感器和数字称重模块组成，模块集称重与485通信于一体，传感器信号采集使用高精度24位AD转换器，内置有可配置的通信波特率、滤波参数、零点抑制、抖动抑制等参数，模块内部通信电路采用光电耦合通信(光耦采用日本东芝高速光耦)，使得485总线收发器与内部精密测量电路完全电气隔离，即便通信距离长或两点电位不一致也不用担心影响测量或者烧毁精密测量电路。
5 结语
随着社会的发展、科技的进步及监狱信息化建设工作的推进，监狱安防体系建设的要求越来越高，人为控制与管理的行为将越来越落伍，特别是通过挟持狱警通过安检门逃离监狱的隐患，对监狱的日常管理提出了新的挑战，尾随门在监狱门禁系统的应用，一方面提高了监狱的安全管理整体水平，防止犯罪分子冒用他人信息登记，里应外合利用管理制度和管理手段的疏漏尾随潜逃、越狱;另一方面，系统化的现代化管理模式为狱门管理的安全提供了技术保障，克服原有管理模式中存在的种种弊病，使狱门管理更加便捷、高效、安全可靠。
