物聯(lián)網(wǎng)項目二5KHz物聯(lián)網(wǎng)射頻卡應(yīng)用-門禁系統(tǒng)

項目二125KHz物聯(lián)網(wǎng)射頻卡應(yīng)用—門禁系統(tǒng)2.1任務(wù)導(dǎo)入：什么是射頻卡門禁系統(tǒng)？一、門禁系統(tǒng)的概念門禁系統(tǒng)，又稱出入管理控制系統(tǒng)，是一種管理人員進出的數(shù)字化管理系統(tǒng)。二、門禁系統(tǒng)種類

常見的門禁系統(tǒng)有：

密碼門禁系統(tǒng)（由于其本身的安全性弱和便捷性差已經(jīng)面臨淘汰。）IC卡(感應(yīng)式IC卡)門禁系統(tǒng)（接觸式和非接觸式）

指紋虹膜掌型生物識別門禁系統(tǒng)（生物識別門禁系統(tǒng)安全性高，但成本高，由于拒識率和存儲容量等應(yīng)用瓶頸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)由閱讀器、控制器、電磁鎖、識別卡和計算機軟件控制服務(wù)器組成。如圖2-2所示。圖2-2門禁系統(tǒng)組成1、門禁控制器門禁控制器是門禁系統(tǒng)的核心部分，相當于計算機的CPU，它負責(zé)整個系統(tǒng)輸入、輸出信息的處理和儲存，控制等等。2.閱讀器（識別儀）閱讀器是讀取射頻門禁卡片中數(shù)據(jù)信息并將信息傳送給控制器的設(shè)備。

3.電控鎖電控鎖是門禁系統(tǒng)中鎖門的執(zhí)行部件。用戶應(yīng)根據(jù)門的材料、出門要求等需求選取不同的鎖具。4.門禁卡門禁卡是開門的鑰匙。可以在卡片上打印持卡人的個人照片、個人信息等，開門卡、胸卡合二為一。

5.其它設(shè)備

出門按鈕：按一下打開門的設(shè)備，適用于對出門無限制的情況。

門磁：用于檢測門的安全/開關(guān)狀態(tài)等。

電源：整個系統(tǒng)的供電設(shè)備，分為普通和后備式（帶蓄電池的）兩種。

6.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。2.1.2門禁系統(tǒng)設(shè)計目標通過RFID技術(shù)，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；對用戶信息進行管理。同時記錄出入信息作為考勤管理.實現(xiàn)自動，安全的射頻門禁管理目標。該門禁系統(tǒng)的設(shè)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。2.1.2門禁系統(tǒng)功能需求市場應(yīng)用門禁系統(tǒng)具體的功能需求如下：卡片使用模式：可采用非接觸式射頻卡和韋根卡。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，同時記錄用戶刷卡事件。按鈕開門：對于安全級別較低的門禁管制區(qū)域或者不需雙向管制的區(qū)域，用戶可選擇按鈕開關(guān)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(shè)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)域的管制。具有合法權(quán)限的用戶才可開門，對非法行為系統(tǒng)將會報警。時間段設(shè)置：不同的用戶的時段和訪問區(qū)域可編程設(shè)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，必須多用戶在規(guī)定時間內(nèi)刷卡才能開門。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、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、并記錄事件。定時事件：系統(tǒng)可設(shè)置定時事件，對某些門禁管制區(qū)域?qū)嵤┒〞r開關(guān)門處理；互鎖判斷功能：系統(tǒng)可對某些管制區(qū)域設(shè)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(guān)門處理。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)的設(shè)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。遠程控制：門禁管理系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)可遠程控制門鎖的開啟和關(guān)閉。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。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。記錄存儲功能：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)項目實施的需求功能如下：卡片使用模式：采用125KHz非接觸式物聯(lián)網(wǎng)射頻卡。刷卡開門：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。管理控制：控制器的記錄進行收集管理，可增加、刪除、更新用戶信息。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。2.2125KHz物聯(lián)網(wǎng)射頻卡125KHz物聯(lián)網(wǎng)射頻卡主要有臺灣4001卡、瑞士微電EM4100（H4001）卡、EM4150卡、EM4609卡、Temice5551卡、AtmelT5557卡、AtmelAT88RF256-12卡、等。其中使用較多的是臺灣4001卡、瑞士微電EM4100卡，卡內(nèi)主芯片分別是4001和EM4100，它們都是只讀型射頻卡，均都采用125kHz的典型工作頻率。本項目使用EM4100卡作為門禁系統(tǒng)門卡，故只詳細介紹EM4100卡相關(guān)內(nèi)容。2.2.1EM4100射頻卡簡介EM4100(原名H4100)是一款用于RF只讀收發(fā)器的CMOS集成電路。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。通過開啟和關(guān)閉調(diào)制電流的方式，芯片可以把工廠預(yù)編程的64bit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)送速率可以是64，32或者16個載波周期；數(shù)據(jù)編碼方式可以是曼切斯特編碼（Manchester），雙相編碼（Biphase）或者相移鍵控（PSK）。1、EM4100芯片引腳設(shè)置EM4100芯片只有4個引腳，引腳設(shè)置如圖2-7所示。4個引腳分別為電源VDD、電源地VSS、天線線圈連接端COIL1、COIL2。2、EM4100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(yīng)用電路沒有必要增加一個電源緩沖電容。EM4100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EM4100就可以實現(xiàn)芯片的典型應(yīng)用，EM4001典型配置如圖2-8所示。3、EM4100射頻卡芯片特點

激光可編程的64bitMemory空間

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)集成電源緩沖電容

片內(nèi)集成電壓限位功能

片內(nèi)集成全波整流

低阻抗器件提供大調(diào)制深度100-150kHz工作頻率

非常小的芯片尺寸，方便植入

非常低的功耗2.2.2EM4100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，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，如圖2-9所示。2.2.3EM4100編碼描述EM4100提供多種選項，定義編碼類型和數(shù)據(jù)速率。編碼數(shù)據(jù)bit的發(fā)送速率可以是64，32或者16個載波周期；數(shù)據(jù)編碼方式可以是曼切斯特編碼（Manchester），雙相編碼（Biphase）或者相移鍵控（PSK）。1、曼切斯特編碼

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)生一個從開到關(guān)或者從關(guān)到開的翻轉(zhuǎn)。數(shù)據(jù)bit從0到1或者從1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)制器開關(guān)打開，低電平表示關(guān)閉。2、雙相編碼

雙相編碼是在每一個bit的起始時刻，會發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)。邏輯1的傳送期間狀態(tài)保持不動，邏輯0的傳送期間在中間發(fā)生一次狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。3、PSK編碼PSK編碼是在每一個載波周期，調(diào)制開關(guān)交替地開啟和關(guān)閉，當檢測到一個相位移動時，表示邏輯0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，表示發(fā)送了一個邏輯1。2.2.3EM4100中的IC存儲單元1、曼徹斯特和雙相編碼模式的IC存儲單元EM4100包含被分成5組的64bit數(shù)據(jù)信息。其中9bit的頭信息，10位行校驗信息（P0-P9），4列校驗位（PC0–PC3），40個數(shù)據(jù)位（D00-D39）以及設(shè)置成0的一個停止位。如下圖所示。111111111D00~D13,該8bit為廠商自定義信息；P0~P1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，P2~P9為對應(yīng)的行校驗位D20D21D22D23P2D30D31D33D33P3D40D41D42D43P4D50D51D52D53P5D60D61D62D63P6D70D71D72D73P7D80D81D82D83P8D90D91D92D93P9列校驗位PC0PC1PC2PC302、PSK模式的IC存儲單元PSK編碼的IC的P0和P1為奇校驗比特，總是0。P2到P9為偶校驗比特。列校驗PC0到PC3bit的計算包括版本信息比特，都是為偶校驗。2.3125KHz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(shè)計的門禁系統(tǒng)功能框圖如圖2-14所示。2.3.1125KHz門禁閱讀器結(jié)構(gòu)原理圖2-15閱讀器結(jié)構(gòu)原理框圖2.3.2125KHz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2-16所示。2.4

125KHz射頻卡門禁系統(tǒng)硬件設(shè)計

M106BWNL-34是閱讀器核心模塊，采用125KHz射頻基站。當有卡靠近模塊時，模塊會以韋根或UART方式輸出ID卡卡號，用戶僅需簡單的讀取即可，該讀卡模塊完全支持EM、TK及其兼容卡片的操作，非常適合于門禁、考勤等系統(tǒng)的開發(fā)。M106BWNL-34同時提供了板載天線和供電控制電路，并有電源供電指示LED等外圍支持電路。用戶可以通過IF1接口把此模塊接入自己的系統(tǒng)，從而為自己的系統(tǒng)實現(xiàn)RFID閱讀器功能。圖M106BWNL-34模塊及