物聯(lián)網(wǎng)項目二 125KHz物聯(lián)網(wǎng)射頻卡應用—門禁系統(tǒng)

1、項目二 125KHz物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)射頻卡應用射頻卡應用門禁系統(tǒng)門禁系統(tǒng)2.1 任務導入：什么是射頻卡門禁系統(tǒng)？任務導入：什么是射頻卡門禁系統(tǒng)？一、門禁系統(tǒng)的概念一、門禁系統(tǒng)的概念門禁系統(tǒng)，又稱出入管理控制門禁系統(tǒng)，又稱出入管理控制系統(tǒng)，是一種系統(tǒng)，是一種管理人員管理人員進出的進出的數(shù)字化管理系統(tǒng)。數(shù)字化管理系統(tǒng)。二、門禁系統(tǒng)種類二、門禁系統(tǒng)種類 常見的門禁系統(tǒng)有：常見的門禁系統(tǒng)有： 密碼密碼門禁系統(tǒng)門禁系統(tǒng)（由于其本身的安全性弱和便捷性差已經(jīng)由于其本身的安全性弱和便捷性差已經(jīng)面臨淘汰。面臨淘汰。） IC 卡卡 ( 感應式感應式 IC 卡卡 ) 門禁系統(tǒng)門禁系統(tǒng)（接觸式和非接觸式接觸式和非接觸式）

2、 指紋虹膜掌型生物識別門禁系統(tǒng)指紋虹膜掌型生物識別門禁系統(tǒng)（生物生物識別門禁系統(tǒng)安識別門禁系統(tǒng)安全性高，但成本高，由于拒識率和存儲容量等應用瓶頸全性高，但成本高，由于拒識率和存儲容量等應用瓶頸問題而沒有得到廣泛的市場認同。問題而沒有得到廣泛的市場認同。）2.1.1 門禁系統(tǒng)組成門禁系統(tǒng)組成門禁系統(tǒng)由閱讀器、控制器、電磁鎖、識別卡和計算機軟門禁系統(tǒng)由閱讀器、控制器、電磁鎖、識別卡和計算機軟件控制服務器組成。如圖件控制服務器組成。如圖2-2所示。所示。門禁系統(tǒng)控制器閱讀器通訊設備服務器軟件控制服務器門及門鎖按鈕開門按鈕消防控制系統(tǒng)報警控制系統(tǒng)門卡圖圖2-2門禁系統(tǒng)組成門禁系統(tǒng)組成1、門禁控制器門禁

3、控制器門禁控制器是門禁系統(tǒng)的核心部門禁控制器是門禁系統(tǒng)的核心部分，相當于計算機的分，相當于計算機的CPU，它，它負責整個系統(tǒng)輸入、輸出信息負責整個系統(tǒng)輸入、輸出信息的處理和儲存，控制等等。的處理和儲存，控制等等。2.閱讀器（識別儀）閱讀器（識別儀）閱讀器是讀取射頻門閱讀器是讀取射頻門禁卡片中數(shù)據(jù)信息并禁卡片中數(shù)據(jù)信息并將信息傳送給控制器將信息傳送給控制器的設備。的設備。 3.電控鎖電控鎖電控鎖是門禁系統(tǒng)中鎖門的執(zhí)行部件。用戶應根據(jù)門的材料、電控鎖是門禁系統(tǒng)中鎖門的執(zhí)行部件。用戶應根據(jù)門的材料、出門要求等需求選取不同的鎖具。出門要求等需求選取不同的鎖具。4. 門禁卡門禁卡門禁卡是開門的鑰匙。門禁

4、卡是開門的鑰匙?？梢栽诳ㄆ洗蛴〕挚梢栽诳ㄆ洗蛴〕挚ㄈ说膫€人照片、個卡人的個人照片、個人信息等，開門卡、人信息等，開門卡、胸卡合二為一。胸卡合二為一。 5. 其它設備其它設備 出門按鈕出門按鈕：按一下打開門的設備，適用于對出門無限制：按一下打開門的設備，適用于對出門無限制的情況。的情況。 門門 磁：用于檢測門的安全磁：用于檢測門的安全/開關狀態(tài)等。開關狀態(tài)等。 電電 源：整個系統(tǒng)的供電設備，分為普通和后備式（帶蓄源：整個系統(tǒng)的供電設備，分為普通和后備式（帶蓄電池的）兩種。電池的）兩種。 6.傳輸部分傳輸部分 傳輸部分主要包含電源線和信號線。如門禁控制器、讀傳輸部分主要包含電源線和信號線。如門

5、禁控制器、讀卡器、電控鎖都需要供電；門禁控制器同讀卡器、門磁卡器、電控鎖都需要供電；門禁控制器同讀卡器、門磁之間的信號線；等等。之間的信號線；等等。2.1.2 門禁系統(tǒng)設計目標門禁系統(tǒng)設計目標通過通過RFID技術，驗證電子鑰匙（射頻門禁卡）的合法性，技術，驗證電子鑰匙（射頻門禁卡）的合法性，控制電子門鎖的開啟；對射頻門禁卡信息進行管理；對控制電子門鎖的開啟；對射頻門禁卡信息進行管理；對用戶信息進行管理。同時記錄出入信息作為考勤管理用戶信息進行管理。同時記錄出入信息作為考勤管理. 實實現(xiàn)自動，安全的射頻門禁管理目標?，F(xiàn)自動，安全的射頻門禁管理目標。該門禁系統(tǒng)的設計目的是實現(xiàn)人員出入控制、考勤數(shù)據(jù)

6、采該門禁系統(tǒng)的設計目的是實現(xiàn)人員出入控制、考勤數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和信息查詢過程的自動化；方便人員進出集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和信息查詢過程的自動化；方便人員進出開鎖與報到，方便管理人員統(tǒng)計、考核實驗室人員出勤開鎖與報到，方便管理人員統(tǒng)計、考核實驗室人員出勤情況。情況。2.1.2 門禁系統(tǒng)功能需求門禁系統(tǒng)功能需求 市場應用門禁系統(tǒng)具體的功能需求如下：市場應用門禁系統(tǒng)具體的功能需求如下：卡片使用模式：卡片使用模式：可采用非接觸式射頻卡和韋根卡。可采用非接觸式射頻卡和韋根卡。刷卡開門：刷卡開門：用戶進入門禁管制區(qū)域時需刷卡，閱讀器讀取信息用戶進入門禁管制區(qū)域時需刷卡，閱讀器讀取信息后，將信息傳輸?shù)街鳈C，主機首先

7、判斷該信息是否合法，如后，將信息傳輸?shù)街鳈C，主機首先判斷該信息是否合法，如合法則發(fā)出開門指令，不合法則發(fā)出報警，同時記錄用戶刷合法則發(fā)出開門指令，不合法則發(fā)出報警，同時記錄用戶刷卡事件?？ㄊ录０粹o開門：按鈕開門：對于安全級別較低的門禁管制區(qū)域或者不需雙向管對于安全級別較低的門禁管制區(qū)域或者不需雙向管制的區(qū)域，用戶可選擇按鈕開關門；出入等級控制：系統(tǒng)可制的區(qū)域，用戶可選擇按鈕開關門；出入等級控制：系統(tǒng)可任意對卡片的使用時間、使用地點進行設定，即對不同的卡任意對卡片的使用時間、使用地點進行設定，即對不同的卡片進行時區(qū)管制和節(jié)假日管制、有效期管制、訪問區(qū)域的管片進行時區(qū)管制和節(jié)假日管制、有效期管制

8、、訪問區(qū)域的管制。具有合法權限的用戶才可開門，對非法行為系統(tǒng)將會報制。具有合法權限的用戶才可開門，對非法行為系統(tǒng)將會報警。警。 時間段設置：時間段設置：不同的用戶的時段和訪問區(qū)域可編程設置，同時不同的用戶的時段和訪問區(qū)域可編程設置，同時對某些安全性較高的門禁區(qū)域，必須有多卡認證功能，必須對某些安全性較高的門禁區(qū)域，必須有多卡認證功能，必須多用戶在規(guī)定時間內(nèi)刷卡才能開門。多用戶在規(guī)定時間內(nèi)刷卡才能開門。報警功能：報警功能：如發(fā)生控制器異常、非法卡開門、強制開門、開門超時、如發(fā)生控制器異常、非法卡開門、強制開門、開門超時、閱讀器或者控制器被破壞等事件時則系統(tǒng)將發(fā)出報警信號、并記錄閱讀器或者控制器被

9、破壞等事件時則系統(tǒng)將發(fā)出報警信號、并記錄事件。事件。定時事件：定時事件：系統(tǒng)可設置定時事件，對某些門禁管制區(qū)域實施定時開關系統(tǒng)可設置定時事件，對某些門禁管制區(qū)域實施定時開關門處理；互鎖判斷功能：系統(tǒng)可對某些管制區(qū)域設置互鎖條件，當門處理；互鎖判斷功能：系統(tǒng)可對某些管制區(qū)域設置互鎖條件，當輸人端口狀態(tài)滿足互鎖條件的時候方可進行開關門處理。輸人端口狀態(tài)滿足互鎖條件的時候方可進行開關門處理。局域網(wǎng)互聯(lián)功能：局域網(wǎng)互聯(lián)功能：門禁控制器可通過局域網(wǎng)與管理系統(tǒng)互聯(lián)，共同完門禁控制器可通過局域網(wǎng)與管理系統(tǒng)互聯(lián)，共同完成對出入口的監(jiān)控和管理。上位機管理系統(tǒng)可對控制器進行參數(shù)的成對出入口的監(jiān)控和管理。上位機管理

10、系統(tǒng)可對控制器進行參數(shù)的設置和初始化，并對控制器的記錄進行收集管理，可增加、刪除、設置和初始化，并對控制器的記錄進行收集管理，可增加、刪除、更新用戶信息，節(jié)假日信息、時段信息等。更新用戶信息，節(jié)假日信息、時段信息等。遠程控制：遠程控制：門禁管理系統(tǒng)通過網(wǎng)絡可遠程控制門鎖的開啟和關閉。門禁管理系統(tǒng)通過網(wǎng)絡可遠程控制門鎖的開啟和關閉。實時監(jiān)控：實時監(jiān)控：門禁管理系統(tǒng)實時監(jiān)控各個門的狀態(tài)和用戶的刷卡信息。門禁管理系統(tǒng)實時監(jiān)控各個門的狀態(tài)和用戶的刷卡信息。時間校正：時間校正：上位機管理系統(tǒng)可對門禁控制器進行時間的校正。上位機管理系統(tǒng)可對門禁控制器進行時間的校正。記錄存儲功能：記錄存儲功能：系統(tǒng)可將門禁

11、控制器運行產(chǎn)生的所有用戶刷卡事件、系統(tǒng)可將門禁控制器運行產(chǎn)生的所有用戶刷卡事件、報警時間等記錄，便于進行用戶的考勤管理和發(fā)生事故后及時進行報警時間等記錄，便于進行用戶的考勤管理和發(fā)生事故后及時進行處理。處理。依據(jù)專業(yè)特點及對知識點的要求，本課程門禁系統(tǒng)項目實依據(jù)專業(yè)特點及對知識點的要求，本課程門禁系統(tǒng)項目實施的需求功能如下：施的需求功能如下：卡片使用模式：卡片使用模式：采用采用125KHz非接觸式物聯(lián)網(wǎng)射頻卡。非接觸式物聯(lián)網(wǎng)射頻卡。刷卡開門：刷卡開門：用戶進入門禁管制區(qū)域時需刷卡，讀卡器讀取用戶進入門禁管制區(qū)域時需刷卡，讀卡器讀取信息后，將信息傳輸?shù)街鳈C，主機首先判斷該信息是否信息后，將信息傳

12、輸?shù)街鳈C，主機首先判斷該信息是否合法，如合法則發(fā)出開門指令，不合法則發(fā)出報警，同合法，如合法則發(fā)出開門指令，不合法則發(fā)出報警，同時記錄用戶刷卡事件。時記錄用戶刷卡事件。管理控制：管理控制：控制器的記錄進行收集管理，可增加、刪除、控制器的記錄進行收集管理，可增加、刪除、更新用戶信息。更新用戶信息。記錄存儲：記錄存儲：系統(tǒng)可將門禁控制器運行產(chǎn)生的所有用戶刷卡系統(tǒng)可將門禁控制器運行產(chǎn)生的所有用戶刷卡事件、報警時間等記錄，便于進行用戶的考勤管理和發(fā)事件、報警時間等記錄，便于進行用戶的考勤管理和發(fā)生事故后及時進行處理。生事故后及時進行處理。2.2 125KHz物聯(lián)網(wǎng)射頻卡物聯(lián)網(wǎng)射頻卡125KHz物聯(lián)網(wǎng)射

13、頻卡主要有臺灣物聯(lián)網(wǎng)射頻卡主要有臺灣4001卡、瑞士微電卡、瑞士微電EM4100（H4001）卡、）卡、EM4150卡、卡、EM4609卡、卡、Temic e5551卡、卡、Atmel T5557卡、卡、Atmel AT88RF256-12卡、等。其中使用較多的是臺灣卡、等。其中使用較多的是臺灣4001卡、瑞士微電卡、瑞士微電EM4100卡，卡內(nèi)主芯片分別是卡，卡內(nèi)主芯片分別是4001和和EM4100，它們都，它們都是只讀型射頻卡，均都采用是只讀型射頻卡，均都采用125kHz的典型工作頻率。本的典型工作頻率。本項目使用項目使用EM4100卡作為門禁系統(tǒng)門卡，故只詳細介紹卡作為門禁系統(tǒng)門卡，故只

14、詳細介紹EM4100卡相關內(nèi)容。卡相關內(nèi)容。2.2.1 EM4100射頻卡簡介射頻卡簡介EM4100(原名原名H4100)是一款用于是一款用于RF只讀收發(fā)器的只讀收發(fā)器的CMOS集集成電路。這個芯片通過放置于電磁場中的外部線圈獲得成電路。這個芯片通過放置于電磁場中的外部線圈獲得電源，同時從線圈的一端得到運行時使用的主時鐘。通電源，同時從線圈的一端得到運行時使用的主時鐘。通過開啟和關閉調(diào)制電流的方式，芯片可以把工廠預編程過開啟和關閉調(diào)制電流的方式，芯片可以把工廠預編程的的64bit標簽信息返回給閱讀器。標簽信息返回給閱讀器。通過激光熔斷集成電路內(nèi)部多晶硅連接的方式，可以為每通過激光熔斷集成電路內(nèi)

15、部多晶硅連接的方式，可以為每一個芯片編程一個唯一的識別碼。一個芯片編程一個唯一的識別碼。EM4100提供多種選項（注：修改集成電路內(nèi)部的金屬線連提供多種選項（注：修改集成電路內(nèi)部的金屬線連接。）定義編碼類型和數(shù)據(jù)速率。編碼數(shù)據(jù)接。）定義編碼類型和數(shù)據(jù)速率。編碼數(shù)據(jù)bit的發(fā)送速的發(fā)送速率可以是率可以是64， 32或者或者 16個載波周期；數(shù)據(jù)編碼方式可個載波周期；數(shù)據(jù)編碼方式可以是曼切斯特編碼（以是曼切斯特編碼（Manchester），雙相編碼），雙相編碼（Biphase）或者相移鍵控（）或者相移鍵控（PSK）。）。1、EM4100芯片引腳設置芯片引腳設置 EM4100芯片只有芯片只有4個引腳

16、，引腳設置如圖個引腳，引腳設置如圖2-7所示。所示。4個個引腳分別為電源引腳分別為電源VDD、電源地、電源地VSS、天線線圈連接端、天線線圈連接端 COIL1、 COIL2。2、EM4100射頻卡典型的操作配置射頻卡典型的操作配置 EM4100芯片內(nèi)核消耗很低的功率，因此應用電路沒有必芯片內(nèi)核消耗很低的功率，因此應用電路沒有必要增加一個電源緩沖電容。要增加一個電源緩沖電容。EM4100內(nèi)部已經(jīng)集成了一個內(nèi)部已經(jīng)集成了一個74pF的并聯(lián)諧振電容。一個外部線圈連接到的并聯(lián)諧振電容。一個外部線圈連接到EM4100就可就可以實現(xiàn)芯片的典型應用，以實現(xiàn)芯片的典型應用，EM4001典型配置如圖典型配置如圖

17、2-8所示。所示。3、EM4100射頻卡芯片特點射頻卡芯片特點 激光可編程的激光可編程的64bit Memory空間空間 提供多種數(shù)據(jù)率和編碼方式選擇提供多種數(shù)據(jù)率和編碼方式選擇 片內(nèi)集成諧振電容片內(nèi)集成諧振電容 片內(nèi)集成電源緩沖電容片內(nèi)集成電源緩沖電容 片內(nèi)集成電壓限位功能片內(nèi)集成電壓限位功能 片內(nèi)集成全波整流片內(nèi)集成全波整流 低阻抗器件提供大調(diào)制深度低阻抗器件提供大調(diào)制深度 100-150kHz工作頻率工作頻率 非常小的芯片尺寸，方便植入非常小的芯片尺寸，方便植入 非常低的功耗非常低的功耗2.2.2 EM4100射頻卡內(nèi)部電路框圖射頻卡內(nèi)部電路框圖EM4100芯片內(nèi)部功能模塊有時鐘提取器，

18、時序器、全波整流芯片內(nèi)部功能模塊有時鐘提取器，時序器、全波整流器、數(shù)據(jù)調(diào)制器、數(shù)據(jù)編碼器、記憶陣列、諧振電容組成，器、數(shù)據(jù)調(diào)制器、數(shù)據(jù)編碼器、記憶陣列、諧振電容組成，如圖如圖2-9所示。所示。2.2.3 EM4100編碼描述編碼描述 EM4100提供多種選項提供多種選項，定義編碼類型和數(shù)據(jù)速率。編碼數(shù)定義編碼類型和數(shù)據(jù)速率。編碼數(shù)據(jù)據(jù)bit的發(fā)送速率可以是的發(fā)送速率可以是64，32或者或者16個載波周期；數(shù)據(jù)編個載波周期；數(shù)據(jù)編碼方式可以是曼切斯特編碼（碼方式可以是曼切斯特編碼（Manchester），雙相編碼），雙相編碼（Biphase）或者相移鍵控（）或者相移鍵控（PSK）。1、曼切斯特編

19、碼曼切斯特編碼 曼切斯特編碼是在一個數(shù)據(jù)曼切斯特編碼是在一個數(shù)據(jù)bit發(fā)送期間的中點總會產(chǎn)生一發(fā)送期間的中點總會產(chǎn)生一個從開到關或者從關到開的翻轉。數(shù)據(jù)個從開到關或者從關到開的翻轉。數(shù)據(jù)bit從從0到到1或者從或者從1到到0變化時，相位發(fā)生改變。下圖中數(shù)據(jù)流值的高電平表示調(diào)變化時，相位發(fā)生改變。下圖中數(shù)據(jù)流值的高電平表示調(diào)制器開關打開，低電平表示關閉。制器開關打開，低電平表示關閉。2、雙相編碼雙相編碼 雙相編碼是在每一個雙相編碼是在每一個bit的起始時刻，會發(fā)生一次翻轉。的起始時刻，會發(fā)生一次翻轉。邏輯邏輯1的傳送期間狀態(tài)保持不動，邏輯的傳送期間狀態(tài)保持不動，邏輯0的傳送期間在中的傳送期間在中

20、間發(fā)生一次狀態(tài)翻轉。間發(fā)生一次狀態(tài)翻轉。3、PSK編碼編碼 PSK編碼是在每一個載波周期，調(diào)制開關交替地開啟和編碼是在每一個載波周期，調(diào)制開關交替地開啟和關閉，當檢測到一個相位移動時，表示邏輯關閉，當檢測到一個相位移動時，表示邏輯0發(fā)送了，如發(fā)送了，如果經(jīng)過一個數(shù)據(jù)位傳送周期，還沒有檢測到相位移動，果經(jīng)過一個數(shù)據(jù)位傳送周期，還沒有檢測到相位移動，表示發(fā)送了一個邏輯表示發(fā)送了一個邏輯1。2.2.3 EM4100中的中的IC存儲單元存儲單元1、曼徹斯特和雙相編碼模式的曼徹斯特和雙相編碼模式的IC存儲單元存儲單元 EM4100包含被分成包含被分成5組的組的64bit數(shù)據(jù)信息。其中數(shù)據(jù)信息。其中9bi

21、t的頭信息，的頭信息，10位行校位行校驗信息（驗信息（P0-P9），），4列校驗位（列校驗位（PC0 PC3），），40個數(shù)據(jù)位（個數(shù)據(jù)位（D00 - D39）以及設置成）以及設置成0的一個停止位。如的一個停止位。如下下圖所示。圖所示。111111111D00D13,該8bit為廠商自定義信息；P0P1為行校驗位D00D01D02D03P0D10D11D12D13P1D20 D93，32bit為可編程ROM數(shù)據(jù)，用來唯一標識該卡片，P2P9為對應的行校驗位D20D21D22D23P2D30D31D33D33P3D40D41D42D43P4D50D51D52D53P5D60D61D62D63P6

22、D70D71D72D73P7D80D81D82D83P8D90D91D92D93P9列校驗位PC0PC1PC2PC302、PSK模式的模式的IC存儲單元存儲單元 PSK編碼的編碼的IC的的P0和和P1為奇校驗比特，總是為奇校驗比特，總是0。P2到到P9為偶校驗比特。列校驗為偶校驗比特。列校驗PC0到到PC3bit的計算包括版本信的計算包括版本信息比特，都是為偶校驗。息比特，都是為偶校驗。2.3 125KHz射頻卡門禁系統(tǒng)原理射頻卡門禁系統(tǒng)原理射頻卡門禁系統(tǒng)包括軟件和硬件兩部分，本項目設計的門射頻卡門禁系統(tǒng)包括軟件和硬件兩部分，本項目設計的門禁系統(tǒng)功能框圖如圖禁系統(tǒng)功能框圖如圖2-14所示。所示。2.3.1 125KHz門禁閱讀器結構原理門禁閱讀器結構原理圖圖2-15 閱讀器結構原理框圖閱讀器結構原理框圖2.3.2 125KHz門禁閱讀器電路原理門禁閱讀器電路原理125KHz門禁射頻卡閱讀器電路原理圖如圖門禁射頻卡閱讀器電路原理圖如圖2-16所示。所示。2.4 125KHz 射頻卡門禁系統(tǒng)硬件設計射頻卡門禁系統(tǒng)硬件設計 M106BWNL-34是閱讀器核心是閱讀器核心模塊，采