参观门禁系统应用场所.docx

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参观门禁系统应用场所

3.1.1 任务目标

　　通过参观参观门禁管理系统应用场所，理解门禁管理系统功能、基本组成原理和系统的类型；理解各组成设备功能、分类等。

3.1.2 任务内容

　　多媒体介绍：

介绍实训室门禁管理系统的功能和组成设备；

　　参观智能化楼宇弱电系统综合实训室；

　　参观智能化楼宇弱电系统分项实训室，近距离观察各种门禁设备；

3.1.3 知识点

　　1．门禁管理系统概述

1.　　<1）门禁管理系统介绍

　　门禁管理系统，又称出入口管理控制系统，是一种管理人员进出的数字化管理系统。

它属于智能弱电系统中的一种安防系统，它作为一种新型现代化安全管理系统，它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，它涉及电子，机械，光学，计算机技术，通讯技术，生物技术等诸多新技术,应用于需进行自动化管理的出入口、通道，例如：

宾馆客房、智能化大楼通道、自助银行入口等。

一般来讲门禁管理系统应具有以下功能：

①刷卡记录功能：

当人员进/出通道时需持卡在读卡器前进行读卡，读卡器读取信息后，将信息传送到主机，主机首先判断该信息是否合法，如合法则发出开通道指令，使通道打开；不合法则不发送指令并可发出警报。

同时主机会将刷卡信息、日期、时间等数据保存以供查询或直接传输到电脑进行处理，且这些数据具不可更改性。

②集中控制管理功能：

控制中心通过电脑可分通道建立人员及车辆资料库，如：

 动力中心、维护中心、管理中心等，定期或实时采集每个通道的进出资料，同时按通道进行汇总、查询、分类及打印等。

主机的各种参数均可由电脑进行设置，也可在各主机直接设定。

控制中心不仅可以监视门的开/关状态，同时可控制监视门的开/关，此外还可以通过时间程序进行控制。

此功能严格杜绝了外盗及内部作案的发生。

③多级管理功能：

系统要能很方便地实现多级管理功能，控制中心可通过电脑可设置每张卡<即每个人）的进出权限、时间范围、节假日限制，并可设置各通道门锁的开/关时间等；如：

高级管理者可随时进出任何一个通道，单位管理者可进出本区域所有通道，而一般职员只能在上班时间内进出个别通道口；超出上班时间将无法进出，还可以结合密码输入来确认持卡者的合法性，然后决定是否允许进出该通道，各种权限可由用户自由设置。

④扩充、扩张功能：

系统要能当用户需要扩充功能时，可按照所需功能增加相应的扩充模块来达到目的。

如：

每台主机可只连一个读卡器<单通道），也可增加到八个<四通道）；通过加装报警扩展板模块可接收外界各种输入信号<如火警、煤气漏、非法进入等），然后进行相应的处理<接通报警、打开消防通道等），加装打印模块可直接接通打印机将各种信息打印出来而无需电脑。

1.　　<2）门禁管理系统分类

　　门禁管理系统在实际应用中根据联网与否分为独立型门禁和联网型门禁；按系统构成分则包括硬件和软件两部分，其硬件上由门禁控制器、门禁读卡器、卡片、电控锁、传输线路、通讯转换器、电源和其他相关设备组成，如下图，而软件则用来实现系统管理员与系统的交互，实现发卡、信息查询、报表等功能。

　　<3）门禁管理系统组成

　　为了实现上述功能，门禁管理系统实现时主要由识读部分、传输部分、控制执行部分\系统软件及电源组成，其框架图如图3.1.2所示，一个典型的单门门禁管理系统如图3.1.1所示。

　　　　　　　　　　　　　图3.1.2门禁管理系统原理框架图

1.　　<4）门禁管理系统的发展

　　门禁管理系统从引入我国到现在短短的十几年时间，从当初全套引进到现在的自动研发，市面上门禁产品类型式样繁多，可满足人们不同的需求。

为了适应高安全度的要求，门禁管理系统经历了RFID卡门禁、指纹门禁、面部识别门禁管理系统的变革，为了适应小区、智能大厦的防范系统，门禁管理系统由单一的门禁功能发展到门禁、考勤、消费、巡更、三表抄送等综合性一卡通系统。

为适应远距离感应的要求，国内出现了有源卡、微波卡远距离感应系统。

　　2．识别部分

　　该部分可由密码键盘、记忆芯片钥匙或读卡器及配套卡片出门按钮等设备构成，实现对进出控制口人员进行身份识别。

密码键盘、记忆芯片通常使用于安全等级教高的门禁管理系统中，而普通的智能楼宇门禁则通常使用读卡器、卡片、出门按钮作为识别设备，下面我们重点此类识别设备。

1.　　<1）读卡器

　　门禁读卡器是门禁管理系统信号输入的关键设备，用于读取卡片中的数据或其相关的生物特征信息，读卡器根据读取信息方式不同，其产品分为两大类，一类为接触式读卡器，一类为非接触式的读卡器，后者应用较广泛。

①接触式读卡器

　　接触式IC卡读写器要能读写符合ISO7816标准的IC卡，通常情况下，接触式读卡器分为普通串口和USB接口，1~3个卡头，主要由以下几部分组成。

　　中央控制器单元

此部分主要实现信号的输入输出及信息存储控制，通常带USB和UART<并串行转换）通讯功能，具有多个输入输出接口。

　　IC卡接口电路：

此部分主要提供IC卡与MCU通信通道，保证通信和数据交换的安全与可靠。

　　通讯接口电路：

此部分主要实现信息的接收、发送及信号格式的转换，如果是USB接口电路则比较简单，普通串口则需要使用RS232信号转换芯片，如MAX232,把TTL/CMOS信号，转换成RS232的信号。

　　除以上部分，可根据需要配置其它必要的电路，如指示灯，蜂鸣器等。

　　　图3.1.3接触式读卡器图　　　　3.1.4非接触式读卡器

②非接触式读卡器

　　射频卡又称非接触IC卡（RF卡，Radio Frequency>，它不向外引出触点而是将具有微处理器的集成电路芯片和天线封装与塑料基片之中，因此具有免接触、使用寿命长、使用方便，防水、防尘适应各种恶劣环境等优点。

读卡器采用磁感应技术，通过无线方式对卡片中的信息进行读写。

随着射频技术的发展，射频IC卡以其廉价、方便、快速、准确等特点作为公共安全中的身份识别得到越来越广泛的应用。

　　针对现在市场上广泛使用的EM系列ID卡、Mifare卡，EAR-100、PAR-10、PAR-100等系列感应读卡器。

它们釆用先进的射频接收线路及嵌入式微控制器设计,具有接收灵敏度高、工作  电流小、性能稳定等特点。

内置的LED指示灯和蜂鸣器可分辨读卡器状态；操作电压范围宽，能在+9V～+15V 的直流电压下操作；具有电源的防接错、防雷击等保护功能；操作环境可在温度-20℃～+55℃和湿度10%～90%内工作，适用于门禁﹑考勤﹑在线巡更等各种射频识别应用领域。

　　在射频领域，把电磁波按频率划分成6大部分。

而RFID主要工作在3个频带上：

低频（30〜300kHz>、高频 （3〜30MHz>和超高频（300MHz〜3GHz>。

常见的工作频率有低频125kHz与134.2kHz、高频13.56MHz、超高频 433Mhz、860MHz〜930MHz、2.45GHz等。

低频RFID主要用在短距离、低成本的应用中，如门禁控制、校园卡、煤气表、水表等。

高频系统则用于需传送大量数据的应用系统中，超高频则应用在需要较长的读写距离和高读写速度的场合，如火车监控、高速公路收费等系统中，但是其天线波束方向较窄且价格较高。

另外，超高频RFID产品常常被使用在供应链管理上，沃尔玛、麦德龙、吉列、宝洁等企业都用其作为改进管理体系的革新性手段。

　　作为一项商业化的技术，RFID也有着自己的标准。

ISO（国际标准化组织>就为其制定了一系列标准。

另外，众多开发厂商也组成联盟，制定了自己的技术标准，这就是EPC标准，它也是目前应用最为广泛的一个标准。

EPC将RFID系统分成了四个层次，包括物理层、中间层、网络层和应用层。

物理层是整个系统的物理环境构造，包括标签、天线、读写器、传感器、仪器仪表等硬件设备。

中间层是信息采集的中间件和应用程序接口，负责对读卡器所采集到的标签中的信息进行简单的预处理，然后将信息传送到网络层或应用层的数据接口。

网络层是系统内部以及系统间的数据联系纽带，各种信息在其上交互传递。

应用层则是EPC后端软件及企业应用系统。

在明晰的系统层次上，EPC标准还统一了数据的报文格式，并规范了输出传输流程。

这样， RFID系统的部署就会变的严谨有序。

　　　　　　　　　　　　图3.1.5非接触式门禁操作原理图

　　被测物的信息基本载体是电子标签，它有两种类型，一种是有源型的，即自带电源；另一种则是无源型的，自身不带电源，由外部供电。

那么谁给它供电呢？

就是RFID系统中的读卡器。

它是一个射频收发器，一旦进入工作状态，会发射调幅信号来激活电子标签。

如果遇上了无源型电子标签，还要给它传输电能。

当然，电能的传输是受到多种外部条件限制的。

比如在美国，超过1W的能量就是不允许经无线传输的。

对读卡器的性能要求是很严格的，因为它必须从所收到的各种反射信号中甄别出标签所反射的微弱信号。

很多读卡器产品都存在着数据误读的问题，这也成为了RFID技术发展的一个障碍。

<2）卡片

　　卡片相当与钥匙的角色，同时也是进出人员的证明。

从工作方式来分可分为接触卡和感应式非接触卡，接触卡是早期门禁产品采用的产品；非接触ID卡和非接触IC卡由于使用寿命长、保密性强而得到广泛应用，用的最多的卡片类型和格式分别有：

EM

其中M1卡和EM卡几乎占据了非接触卡90％以上的市场份额，其通用性和兼容性都教优秀，但他们又有所区别：

EM卡性能较强，市场占有率最高，读卡距离长，缺点是只读，适合门禁、考勤、停车场等系统，不适合非定额消费系统，并且安全性较差，很多工厂甚至可以根据你的要求随意定制卡号，不能确保卡的唯一性，复制卡较容易，这样就会造成外面有多张卡能够打开你的门禁，给安全造成威胁；M1卡可读可写，但价格稍贵，感应距离短，适合非定额消费系统、停车场系统、门禁考勤系统、一卡通等。

如果你看重的是卡的安全性和唯一性，那INDALA

　　<3）出门按钮

　　门禁管理系统进出门方式有双向刷卡和单向刷卡两种，双向刷卡门禁是指进出门时都须刷卡，通常称为“双向门禁”或者“双向读卡”，这种方式的优点是安全性级别较高，一般也不准人随便出，出去的人都有记录可以查询，知道谁何时出了哪道门；单向刷卡门禁是指进入时需刷卡，出门时不用刷卡，按一下开门按钮就可以打开电锁出门，通常称为“单向门禁”或者“单向读卡”，这种方式的优点在于，便捷，出门方便，这种方式比第一种方式使用更方便，安全性略低，成本低，出于性价比考虑，大多数办公门禁的内部门都采用这种模式相对应用广泛。

我们所讲的“出门按钮”或“开门按钮”主要应用于单向刷卡门禁管理系统中属门禁设备的一个组成部分。

　　出门按钮的原理与门铃按钮的原理相同，按下按钮时，内部两个触点导通，松手时按钮弹回，触点断开。

所以在有的门禁管理系统中直接采用门铃按钮来做出门按钮，此时门铃按钮通常会印刷一个“铃铛”的图案在上面。

　　开门按钮按材质来分有塑料按钮和金属按钮两种。

塑料按钮便宜，耐用，外观无金属按钮高档；金属按钮外观高档，但使用寿命相对较短。

按大小来分有86底盒按钮和小型按钮两种。

　　对于出门按钮应根据用户具体情况进行选择，例如楼宇内部装修华丽、高档建议选用金属按钮，如相对内部简洁，系统预算少则选用塑料按钮；标准化大厦弱电施工,空间较大建议使用86底盒按钮，如空间较小则选用小型按钮。

　　3．传输部分

　　在联网式门禁管理系统中，通常要实现实时现场通信。

由于门禁控制器本身存储容量和数据处理能力都比较低，所以一般情况下要通过通信手段使它与上位机<图3.1.1单门门禁管理系统结构图中的PC）相连，把采集到的数据传输到上位机进行数据处理。

同样，上位机也要向控制器下传控制信息，以实现实时显示和监视事件的发生。

传输部分就是实现上位机与控制器之间的信息交换，一般来讲现在的信息传输方式种类繁多，在计算机控制系统中使用较多的有：

并行通信、串行通信、无线通信等等，在门禁管理系统中主要使用的传输形式：

串行RS232、RS485、CAN总线及TCP/IP等。

　　<1）RS232总线

串行通信是在一根传输线上一位一位的传输信息，所用的传输线少，并且可以借助现成的电话线进行信息传输，因此，特别适合于远距离的传输。

不管是与计算机相近的硬盘、扫描仪、投影仪，还是在多台微机组成的多级分布控制系统，串行通信方式都比较常见。

在串行通信方式中通信设备双方的接口称为串行接口，为了实现信息的传输共同遵守的约定称为串行接口标准。

串行接口标准的出现同样的方便了计算机与终端、外设的信息传输，方便设备制造厂商的规模化生产。

目前我们使用的串行接口标准有以下几种：

RS232、RS422、RS485。

　　RS232标准最初是为远程通信连接数据终端设备DTE与数据通信设备DCE制定的，其传输距离最大约为15m，最高速率为20kb/s，在RS232标准中数据的接受或发送都是基于数据终端设备DTE而言。

而现在RS232接口标准被广泛使用于计算机通信中，标准经过使用和发展，目前已经有几种，但都是在RS232标准的基本上经过改进而形成的。

RS232C标准是美国EIA<电子工业联合会）与BELL等公司一起开发，于1969年公布的通信协议。

RS232C标准的全称是EIA-RS232C标准，其中EIA前面已介绍，RS

目前在一般PC上的COM1、COM2接口，就是RS232C接口。

由于RS232C并未定义连接器<即图3.1.1中通信转换器）的物理特性，因此，出现了DB-25、DB-15、DB-9各种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同，下面分别介绍两种较为常用的连接器：

9针串口

接受脚和发送脚直接用线相连，地线相连即可，如两个DB-9口相连，由下表可知只要两2、3引脚交叉相连，5号引脚相连就可现实数据的传输。

　　由于RS232接口标准抗干扰能力差、传输速率低<≤20kb/s）、传输距离短<＜20m）。

为了实现在更高效、更远距离的传输，EIA在RS232C的基础上于1978年推出了RS422A标准。

RS422A标准采用了双线传输，大大增强了抗干扰能力，因此最大数据传输速率可达10Mb/s（传输距离为15m>；若传输速率降到90kb/s时，则最大距离可达1200m；同时RS422A标准也保持与RS232C的兼容。

表3.1.1DB-9和DB-25常用引脚说明

9针串口

25针串口

针号

功能说明

缩写

针号

功能说明

缩写

1

数据载波检测

DCD

8

数据载波检测

DCD

2

接受数据

RXD

3

接受数据

RXD

3

发送数据

TXD

2

发送数据

TXD

4

数据终端准备

DTR

20

数据终端准备

DTR

5

信号地

GND

7

信号地

GND

6

数据设备准备好

DSR

6

数据设备准备好

DSR

7

请求发送

RTS

4

请求发送

RTS

8

清除发送

CTS

5

清除发送

CTS

9

振铃指示

DELL

22

振铃指示

DELL

1.　　<2）RS485总线

　　RS485标准与RS422A标准类似，是一种平衡传输方式的串行接口标准，与RS422A兼容；其特点是抗干扰能力强、传输速率高、传输距离远。

在采用双绞线、不用调制解调器

下面是以上三种串行接口标准的对比表。

　　在以上的三种串行传输方式中，通过下表对比我们可以清楚地看到RS485标准不管是从传输有效距离的长短<400ft）还是网络节点收发数<1收、32发）上性能都优于其余两种串行传输方式，所以在门禁管理系统工程中多采用RS485标准作为信息传输的形式，485标准的单门门禁如图3.1.1，如要实现多门或联网门禁，我们可在此基础进行相应组件的安装即可，例如要现实四门控制，我们只需要在此基础上增加一四门控制器与485总线相连即可。

表3.1.2RS232、RS422、RS485电气参数对比

规定

RS232

RS422

RS485

CAN总线

成本

较低

较低

较低

较低

节点数

1收、1发

1收、10发

1收、32发

1收、多发

最大传输电缆长度

50ft

400ft

400ft

49212ft

最大传输速率

20kb/s

10Mb/s

10Mb/s

1Mb/s

总线利用率

低

低

低

高

通讯失败率

高

高

高

低

节点错误的影响

影响整个网络

影响整个网络

影响整个网络

无任务影响

网络调试

较难

较难

较难

容易

开发难度

大

大

大

小

后期维护成本

高

高

高

低

<注：

ft为feet缩写中文为英尺，1英寸＝2.5400cm,1英尺＝12英寸＝0.3048M）

3）CAN总线

　　CAN-bus

例如，在汽车电子、自动控制、智能大厦、电力系统、安防监控等各领域。

CAN-bus是一种多主方式的串行通讯总线，具有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。

当信号传输距离达到10Km时，CAN-bus仍可提供高达5Kbps的数据传输速率。

　　　　　　　　　　　　　　表3.1.3CAN总线通讯距离与波特率关系表

通讯波特率

1000

500

250

125

100

50

20

10

最大距离

40

130

270

530

620

1300

3300

6700

　　CAN_bus具有高抗干扰能力、多主结构、可靠的出错处理机制、节点在严重错误的情况下自动退出总线等特点，使CAN_bus总线在门禁系统中具有很强的优势。

在CAN_bus门禁系统中采用双绞线作为传输介质，网络连接采用总线连接方式。

　　<4）TCP/IP形式

　　通过上面内容的学习，我们知道在传统的联网型门禁管理系统中我们多采用485联网门禁，但伴随着以太网技术的出现及迅速发展，如今以太网的应用十分广泛，在公司、工厂、学校、写字楼我们都见其身影，因其巨大的网络基础、完善的通信线路，所以门禁管理系统工程在控制门数多、范围较广的情况下，多采用以太网传输线路来实现门禁控制信息的传输，一般我们把以以太网为基础并采用TCP/IP通讯方式的联网型门禁管理系统简称为TCP/IP网络型门禁。

下图为典型的TCP/IP网络型门禁管理系统拓扑结构，用于单门控制，在此基础上进行扩展比较简单、方便，只需增加交换机、门禁控制器及相应的组件并与传输线路相连即可。

　　如图3.1.10所示，图中和交换机相连部分表示以太网传输线路，可由电缆、双绞线或光纤等传输介质实现，不同的传输介质会导致以太网传输性能的不同，那我们在具体的门禁工程施工中该采用何种传输介质呢？

我们先由以太网的产生和发展谈起。

　　以太网产生于上世纪70年代，是一种采用CSMA/CD<载波监听多路存取和冲突检测）介质访问控制方式的局域网技术，最初由Xerox于1975年研制成功，并以此为基础于1989年正式成为IEEE802.3的以太网国际标准。

在以后20多年中的发展和应用中，为了适应信息传输和服务的要求，在802.3的基础不断发展变化，产生了多种技术标准，其中的几个主要标准见下表。

在具体的工程实施中，对于门禁采用何种以太网标准，往往要从实际出发，一般要遵循以下原则：

满足客户需求、性价比高、扩展性强、安全性高。

表3.1.4主要以太网标准

时间

俗称

国际标准名称

传输介质

1982年

10Base5

802.3

粗同轴电缆

1985年

10Base2

802.3a

细同轴电缆

1990年

10Base-T

802.3i

双绞线

1993年

10Base-F

802.3j

光纤

1995年

100Base-T

802.3u

双绞线

1997年

全双工以太网

802.3x

双绞线、光纤

1998年

1000Base-X

802.3z

双绞线、光纤

2000年

1000Base-T

802.3ab

双绞线

2002年

10000Base

802.3ae

光纤

2003年

以太网供电（PoE>

802.3af

双绞线

2003年

EPON

802.3ah

光纤

　　<5）通讯转换器　　通讯转换器一般主要应用于工业控制、智能仪器仪表、食堂售饭系统、门禁管理系统、电力、交通、银行等应用RS-232、RS-485、RS-422现场总线通讯的场合，用于实现三种不同串行传输方式之间的转换，如下图的通讯转换器实现RS-232、RS-485之间的转换。

　　　　图3.1.11RS232、RS485通讯转换器

　　通讯转换器在使用时，一般具有以下特点：

　　①半双工全双工通用，可通过跳线设置通讯转换器两端接口的半双工或全双工的工作方式，。

②只用到RS232串口RXD（接收>、TXD（发送>、GND（地>三根信号线，无须其他信号线。

　4．控制执行部分　　此部分主要由门禁控制器和电锁构成，实现读卡信号的接受处理和开/关锁信号的发送执行。

　　<1）门禁控制器

　　门禁控制器是门禁管理系统的核心部分，相当于计算机的CPU，接收读卡器传来的卡片数据判断是否执行开门操作，为防止外界干扰信号对控制器的破坏，一般需要对接口部分采取保护措施，目前较常见的方式是采用电源隔离和信号隔离两种方式，分别对输出到读卡器的供电线路和读卡器输入的维根信号线进行隔离，电源隔离可以采用主电源多路输出的方式给读卡器和控制器分别供电的方式，而信号隔离主要是采用光藕，对输入的维根信号进行转换。

　　门禁控制器的质量和性能优劣直接影响着门禁管理系统的稳定性其功能，它负责整个系统的输入、输出信息的处理和储存、控制等。

它验证门禁读卡器输入信息的可靠性，并根据出入规则判断其有效性，如若有效则对执行部件发出动作信号。

目前中国市场上门禁控制器产品众多，根据集成与否可分为一体式和分体式，根据可控门数可分为单门、2门、4门等不同类型的门禁控制器，但功能相差无几，基本上都支持多种通讯协议如485类和TCP/IP类，且质量参差不齐。

因此对用户来说产品的选型尤为重要。

那么怎样选择高质量的门禁控制器呢？

可遵循以下几点原则：

性能稳定可靠、功能实用、有价格优势、本土化的可持续性服务能力。

　　目前国内外有很多研发、生产、制造此类设备的厂商，如：

西门子