門禁系統(tǒng)在江蘇廣播傳媒發(fā)射中心的應(yīng)用

王須英 江蘇廣播傳媒發(fā)射中心

門禁系統(tǒng)在江蘇廣播傳媒發(fā)射中心的應(yīng)用

王須英 江蘇廣播傳媒發(fā)射中心

本文從廣播發(fā)射中心的安全管理出發(fā)，闡述江蘇廣播傳媒發(fā)射中心樓宇出入口門禁控制系統(tǒng)的作用、工作原理和安裝使用特點(diǎn)。

門禁系統(tǒng) NCU ACU MCU

一、概述

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的普及，智能門禁系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，它操作簡(jiǎn)單、管理智能，是智能建筑的一個(gè)組成部分。

二、門禁系統(tǒng)的概念

門禁系統(tǒng)，也稱出入口控制系統(tǒng)，是一種管理人員進(jìn)出的數(shù)字化控制系統(tǒng)。它以安全管理為起點(diǎn)，以主動(dòng)控制方式將安全隱患直接排除在管制通道之外，通過系統(tǒng)軟件設(shè)置控制各出入門，是解決重要部門出入口安全防范的有效措施。

門禁系統(tǒng)按識(shí)別方式可分為三大類：密碼識(shí)別、卡片識(shí)別及人像識(shí)別；按控制器的通訊方式可分為獨(dú)立式門禁、網(wǎng)絡(luò)型門禁和聯(lián)網(wǎng)型門禁。本文介紹非接觸 IC 卡 （感應(yīng)式 ）網(wǎng)絡(luò)型門禁系統(tǒng)。它是一種以微處理器為核心、信息采集器和電控鎖等組成的局域網(wǎng)控制系統(tǒng)，通過系統(tǒng)的信息讀取、處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種門鎖開關(guān)的控制，具有智能管理的特點(diǎn)。

三、系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)采用個(gè)人識(shí)別卡方式工作，個(gè)人識(shí)別卡相當(dāng)于一把鑰匙，稱射頻卡（即RF卡）。它是利用射頻識(shí)別技術(shù)（RFID技術(shù)）和IC卡技術(shù)相結(jié)合，將具有微處理器的集成電路芯片和天線封裝于一塊塑料基片內(nèi)制作而成。射頻卡通過射頻感應(yīng)從讀卡器獲取能量和交換數(shù)據(jù)，具有無源、唯一的特點(diǎn)。集成電路含加密控制邏輯電路和通訊邏輯電路，芯片內(nèi)保存著一定格式的電子數(shù)據(jù)，作為待識(shí)別物的標(biāo)識(shí)性信息，是射頻識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體。內(nèi)置天線用于和射頻天線間進(jìn)行通訊，卡內(nèi)芯片得到工作需要的能量后，會(huì)將存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)加密，以調(diào)制信號(hào)的方式經(jīng)過天線傳輸給讀卡器，或者將讀卡器發(fā)送過來的信號(hào)解調(diào)、解密成新的數(shù)據(jù)寫入芯片。這些數(shù)據(jù)能被重復(fù)讀、寫，存儲(chǔ)多年。

讀卡器主要有射頻天線、讀卡模塊和RS485通信接口等組成。射頻天線是射頻卡和讀卡器之間傳輸數(shù)據(jù)的發(fā)射和接受裝置。讀卡器是讀、寫RF卡信息的設(shè)備，主要是射頻模塊向RF卡發(fā)射讀取信號(hào)，并接受RF卡的應(yīng)答，對(duì)RF卡的對(duì)象標(biāo)識(shí)信息進(jìn)行解碼，將對(duì)象標(biāo)識(shí)信息連帶RF卡上其他相關(guān)信息傳輸給控制器處理。讀卡器采用磁感應(yīng)技術(shù)，以固定頻率（如13.56MHz）向外發(fā)送電磁波，如RF卡進(jìn)入其電磁波射頻范圍（如10cm內(nèi)）時(shí)，會(huì)觸發(fā)RF卡上的線圈產(chǎn)生電流，為RF卡芯片提供能量，觸發(fā)射頻卡上的天線向讀卡器發(fā)射一個(gè)帶有卡片信息的信號(hào)。

基于TCP/IP通信協(xié)議，讀卡器會(huì)把讀取的射頻卡信號(hào)經(jīng)門禁控制器（ACU）上傳給網(wǎng)絡(luò)主控制器（NCU）。每個(gè)主控制器（NCU）自帶獨(dú)立IP地址及IP指向及安全驗(yàn)證密碼。網(wǎng)絡(luò)主控制器（NCU）的微處理器將接收的數(shù)據(jù)信息與自帶存儲(chǔ)器內(nèi)的信息進(jìn)行比對(duì)，判斷該卡是否授權(quán)，根據(jù)判斷結(jié)果決定開鎖或閉鎖。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)主控制器（NCU）向服務(wù)器傳送進(jìn)、出門信息。服務(wù)器可以通過NCU下載相關(guān)卡片授權(quán)信息，也可以通過軟件控制NCU， 它與局域網(wǎng)緊密整合，達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。

需要說明的是：

（1）讀卡器、門鎖、出門按鈕、門磁等終端設(shè)備由門禁控制器（ACU）直接控制。

（2）退出時(shí)無需電開門，只需開關(guān)量信號(hào)，此時(shí)門只是機(jī)械的自由出口。

（3）系統(tǒng)電磁鎖是利用電生磁的原理，當(dāng)有電流通過硅鋼片時(shí)，電磁鎖硅鋼片產(chǎn)生巨大的磁力吸住鐵板達(dá)到鎖門的效果。當(dāng)受控門禁的讀卡器受到射頻卡感應(yīng)時(shí)，門禁失電，硅鋼片磁力消失，門可被打開。

（4）射頻部分是非接觸式IC卡的關(guān)鍵部分，主要部件是射頻基站芯片。其讀寫模塊工作于一定頻率（如13.56MHz），它利用了先進(jìn)的調(diào)制、解調(diào)概念，集成了這一頻率下所有類型的被動(dòng)非接觸式通訊協(xié)議。接收部分提供一個(gè)有效的解調(diào)、解碼電路，數(shù)字處理和錯(cuò)誤檢測(cè)電路，方便的并行接口可直接連接控制部分的微處理器。控制部分是核心，主要負(fù)責(zé)射頻基站和串行通訊部分的初始化、與上位機(jī)的串行數(shù)據(jù)通訊、接受上位機(jī)的命令、通過射頻部分完成對(duì)IC卡的各種操作。

本系統(tǒng)的工作原理圖如圖1所示。

四、系統(tǒng)的組成、安裝與使用

4.1 系統(tǒng)組成

江蘇廣播傳媒發(fā)射中心門禁系統(tǒng)主要由射頻卡、讀卡器、出門按鈕、電控鎖、門禁控制器（ACU）、網(wǎng)絡(luò)主控制器（NCU）、聯(lián)動(dòng)控制器（MCU）、系統(tǒng)管理軟件和管理計(jì)算機(jī)組成整套智能門禁管理系統(tǒng)。

硬件部分是由門禁控制器（ACU）、網(wǎng)絡(luò)主控制器（NCU）、讀卡器，電控鎖、開門按鈕等組成，是系統(tǒng)集成的底層控制層和執(zhí)行層。

（1）門禁控制器（ACU）用作終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)主控制器間的聯(lián)絡(luò)通訊，并直接控制終端設(shè)備；

（2）聯(lián)動(dòng)控制器（MCU）用來傳遞消防聯(lián)動(dòng)信號(hào)；

（3）網(wǎng)絡(luò)主控制器（NCU）主要用于存儲(chǔ)感應(yīng)卡資料數(shù)據(jù)，完成總線聯(lián)網(wǎng)功能；

（4）讀卡器讀取感應(yīng)卡上的信息并上傳給門禁控制器（ACU）；

（5）射頻卡用于存儲(chǔ)個(gè)人信息；

（6）電控鎖是門禁的執(zhí)行器，控制門的開、關(guān)狀態(tài)；

（7）開門按鈕是大樓內(nèi)人員的出門開關(guān)；

為提高系統(tǒng)運(yùn)行安全，采用兩路電源：一路為控制器、讀卡器電源（DC12V），一路為磁力鎖電源（DC12V）。

其中，網(wǎng)絡(luò)主控制器是門禁系統(tǒng)的核心部件，存儲(chǔ)感應(yīng)卡權(quán)限和刷卡記錄，處理所有終端設(shè)備上傳信息，負(fù)責(zé)與服務(wù)器通訊和其他數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器協(xié)調(diào)，配合管理軟件進(jìn)行智能處理，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)輸入、輸出信息的處理、儲(chǔ)存及控制等。

圖1 門禁系統(tǒng)工作原理圖

4.2 系統(tǒng)硬件的安裝與使用

不同形式的門安裝要求不一樣，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作的好壞在很大程度上跟安裝有關(guān)，所以系統(tǒng)安裝在整個(gè)門禁系統(tǒng)運(yùn)行中起很大作用。所有門禁安裝在各樓房的重要出入口，由管理者集中統(tǒng)一管理進(jìn)出權(quán)限，保障正常良好的進(jìn)出秩序。

讀卡器全天候防水防靜電。安裝于門外（門外側(cè)）墻體離地面高度約1.3米處，進(jìn)入者只要將射頻卡在讀卡器前一晃，門鎖便自動(dòng)打開，然后門會(huì)自動(dòng)回鎖，杜絕外人進(jìn)入。出門按鈕一般安裝在門內(nèi)側(cè)墻體高出地面1.3米處或方便操作的其他地方。出門按鈕直接控制開門，輕輕按一下控制器就執(zhí)行開門動(dòng)作。

系統(tǒng)安裝的電控鎖（磁力鎖和電插鎖）內(nèi)置了門磁，用來探測(cè)門的狀態(tài)。磁力鎖鎖體通電后產(chǎn)生磁力，吸住鎖片，起到鎖門的作用。斷電后，磁力消失，門可被推開。電插鎖是一種電子控制鎖具，通過電流的通斷驅(qū)動(dòng)鎖舌的伸出或縮回來鎖門或開門。通電后，內(nèi)置電磁鐵吸合，鎖舌下降插入鎖孔，完成關(guān)門動(dòng)作；斷電后內(nèi)置電磁鐵磁力消失，鎖舌離開鎖孔，門可被推開。兩種鎖都是鎖體固定在門框的上部，鎖片裝在活動(dòng)門上。控制器采用集中控制方式。ACU、MCU及NCU均安裝于6個(gè)門禁電氣組中，每個(gè)門禁電氣組由門禁箱、控制器電源、鎖電源、接線端子、走線槽、兩路220V空氣開關(guān)等組成。門禁電氣組箱體大小不一，一個(gè)門禁電氣組箱體可安裝8個(gè)或者6個(gè)控制器組（AUC+MCU+NCU），由于讀卡器與控制器的連線距離和門鎖與控制器的連線距離可以達(dá)200米之遠(yuǎn)，RS485的通訊距離可以達(dá)1200米，門禁電氣組的安裝采用集中與分散相結(jié)合的辦法，放在一個(gè)比較適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｆ渲校阂粋€(gè)門禁電氣組和服務(wù)器（管理計(jì)算機(jī)）安裝在管理中心（消控室），一個(gè)門禁電氣組安裝在值班樓一層弱電間，一個(gè)門禁電氣組安裝在辦公樓一層弱電間，一個(gè)門禁電氣組安裝在短波機(jī)房?jī)?nèi)部，兩個(gè)門禁電氣組安裝在發(fā)射機(jī)房一層配電值班室對(duì)面機(jī)房。其中發(fā)射機(jī)房的一個(gè)門禁電氣組和辦公樓一層弱電間的門禁電氣組內(nèi)部不含NCU及MCU，二者通過RS485總線與附近的門禁電氣組內(nèi)的NCU及MCU連接共用。

系統(tǒng)配置了門禁控制器和網(wǎng)絡(luò)主控制器。單個(gè)主控制器就可以組成一個(gè)簡(jiǎn)單的門禁，用來管理一扇或兩扇門。多個(gè)主控制器通過通信網(wǎng)絡(luò)同計(jì)算機(jī)連接起來就組成了整個(gè)門禁系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)采用RS485總線通訊模式，將主控制器連成總線網(wǎng)絡(luò)，通過RS485聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)換設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)），與電腦連接，組成整個(gè)門禁管理控制系統(tǒng)。需要注意的是：RS485通訊方式必須手牽手串聯(lián)連接，禁止分叉或星形連接。

本系統(tǒng)現(xiàn)有門的形式為單開玻璃門、無框雙開玻璃門、鋼質(zhì)防火門及自動(dòng)單開玻璃門，其中鋼質(zhì)防火門用磁力鎖，單開玻璃門、無框雙開玻璃門用電插鎖，都是斷電開門型。玻璃自動(dòng)門的開、關(guān)受門禁主控制器（NCU）開關(guān)信號(hào)控制。

門禁系統(tǒng)最小運(yùn)行單元結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 門禁最小運(yùn)行單元結(jié)構(gòu)示意圖

該示意圖是一個(gè)門的控制點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。相連與門禁控制器（ACU）的組網(wǎng)線是：兩組線連接電控鎖，其中一組用于傳輸反饋信號(hào)，另一組用于鎖的電源線；一組線連接出門按鈕，用于傳輸開關(guān)信號(hào)；兩組線連接讀卡器，其中一組是讀卡器電源線，另一組是通訊線，ACU通過RS485通訊線連接NCU；MCU通過RS485通訊線與NCU連接；NCU通過網(wǎng)線連接到最近的局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。

門禁控制器是門禁系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)部分，是門禁系統(tǒng)的靈魂。系統(tǒng)采用的RS485控制器，具有標(biāo)準(zhǔn)RS485通訊、多級(jí)防雷、防浪涌保護(hù)和大容量存儲(chǔ)的特點(diǎn)。主控制器（NCU）接入智能安防監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)。RS485總線連接方式保證事件的計(jì)算機(jī)響應(yīng)在0.5秒以內(nèi)，聯(lián)動(dòng)事件的動(dòng)作響應(yīng)在4秒以內(nèi)。即遇到緊急情況如發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)輸出DC24V到消防聯(lián)動(dòng)模塊（MCU），門禁控制器（ACU）接受到MCU信號(hào)后，發(fā)出指令開啟受控門，方便人員疏散，確保人身安全。

由于控制器與管理中心是通過局域網(wǎng)傳遞數(shù)據(jù)的，管理中心位置可以隨時(shí)變更，不需重新布線，很容易實(shí)現(xiàn)異地控制。不足之處是系統(tǒng)的通訊部分的穩(wěn)定需要依賴于局域網(wǎng)的穩(wěn)定。以下是本系統(tǒng)各大樓門禁網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。值班樓門禁系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 值班樓門禁系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

發(fā)射機(jī)房門禁系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 發(fā)射機(jī)房門禁系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

短波機(jī)房門禁系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 短波機(jī)房門禁系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

辦公樓和會(huì)議樓門禁系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖6所示

系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由上而下實(shí)現(xiàn)管理控制。下層既能受上層管理控制，也可以不依賴于上層而獨(dú)立運(yùn)行，當(dāng)上層發(fā)生故障或者斷開鏈路時(shí)，也不會(huì)影響本層和下層的正常運(yùn)行。從而，確保了每個(gè)主控制器運(yùn)行的可靠性。

4.3 系統(tǒng)軟件的安裝應(yīng)用

漢軍Enitor門禁管理系統(tǒng)是基于SQL數(shù)據(jù)庫上運(yùn)行的多用戶多任務(wù)系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件采用全中文菜單，人性化、形象化設(shè)計(jì)，管理著系統(tǒng)的信息分析與處理，通過計(jì)算機(jī)對(duì)所有門禁單元進(jìn)行中央管理和監(jiān)控，進(jìn)行相應(yīng)的時(shí)鐘、授權(quán)和統(tǒng)計(jì)工作。該軟件有圖形控制界面，有很高的數(shù)據(jù)安全性，可以任意導(dǎo)出標(biāo)準(zhǔn)的文本文件或Microsoft Excel電子表格文檔。支持TCP/IP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)服務(wù)。

該系統(tǒng)基于Windows操作系統(tǒng)上的32位應(yīng)用系統(tǒng)，有多種不同的程序和一些動(dòng)態(tài)鏈接庫組成，可以在任何一臺(tái)PC機(jī)進(jìn)行全功能操作，也可將管理軟件按功能進(jìn)行拆分，在多臺(tái)電腦上運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)各部門各自的權(quán)責(zé)。

4.4 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）系統(tǒng)采用TCP/IP通訊和RS485通訊兩種方式。

（2）多種開門方式。系統(tǒng)支持刷卡開門和密碼開門。

（3）動(dòng)態(tài)電子地圖顯示功能。系統(tǒng)有電子地圖，可以實(shí)時(shí)以圖形和文字形式顯示事件，如刷卡、進(jìn)出門、門的狀態(tài)變化及系統(tǒng)報(bào)警。

圖6 辦公樓和會(huì)議樓門禁系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

（4） 通道管制功能。系統(tǒng)允許對(duì)某個(gè)房門進(jìn)行管制（強(qiáng)制開、關(guān)門）。

（5）報(bào)警功能。系統(tǒng)有非法進(jìn)入報(bào)警和超時(shí)報(bào)警。

（6）布防和撤防功能。系統(tǒng)支持權(quán)限內(nèi)對(duì)房門進(jìn)行布防和撤防操作。

（7）兩種運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)有局域網(wǎng)聯(lián)機(jī)運(yùn)行和網(wǎng)絡(luò)主控制器獨(dú)立控制運(yùn)行兩種狀態(tài)。

（8）網(wǎng)絡(luò)主控制器的通訊功能。分散的控制器組成多層次模塊化結(jié)構(gòu)，所有分布式門禁控制器在同一分層RS485總線上自主工作，每個(gè)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)主控制器利用局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，如管理中心與主控制器之間出現(xiàn)通訊故障，各點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)主控制器能夠獨(dú)立工作，實(shí)現(xiàn)了集中管理、分布控制。

（9）記憶功能。主控制器能自動(dòng)存儲(chǔ)信息，如系統(tǒng)通訊中斷，恢復(fù)正常后，信息會(huì)自動(dòng)上傳，確保了系統(tǒng)的可靠性。

（10）聯(lián)動(dòng)功能?？梢詫?duì)系統(tǒng)的各個(gè)I/O口進(jìn)行功能設(shè)置，實(shí)現(xiàn)與第三方系統(tǒng)或一卡通其它子系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)。

（11）控制靈活。系統(tǒng)局域網(wǎng)內(nèi)所有門禁控制點(diǎn)均可做全局化處理，從管理中心、本地主控制器或其他主控制器對(duì)任意門禁進(jìn)行控制，可以指定局域網(wǎng)內(nèi)任意一臺(tái)電腦為管理機(jī)。

（12）易維護(hù)性。核心設(shè)備NCU上不含執(zhí)行部件，有較強(qiáng)的可靠性，執(zhí)行設(shè)備ACU一旦損壞，因?yàn)閿?shù)據(jù)是存儲(chǔ)在NCU上的，可直接對(duì)ACU進(jìn)行更換，而不需要對(duì)權(quán)限或者系統(tǒng)設(shè)置進(jìn)行再次的操作。

（13）可擴(kuò)展性。系統(tǒng)具有開放性的通訊協(xié)議，可進(jìn)行更高層次的集成，有多余的輸入輸出接口和模塊化結(jié)構(gòu)，局域網(wǎng)內(nèi)主控制器具有可擴(kuò)展性。

五、需要注意的地方

（1）進(jìn)出門時(shí)需關(guān)注各門禁點(diǎn)終端部件（讀卡器、出門開關(guān)和門插等）的狀態(tài)，確保各部件處于正常工作狀態(tài)。系統(tǒng)運(yùn)行中注意查看各控制器是否在線，也可以每隔一段時(shí)間通過系統(tǒng)自檢查看。

（2）隨著室外管井PVC管的老化、損壞，有老鼠等動(dòng)物進(jìn)出傷及穿走于里面的通訊線時(shí)，會(huì)影響系統(tǒng)通訊功能，引起控制器誤動(dòng)作。

六、結(jié)束語

本系統(tǒng)運(yùn)行至今已有兩年，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、操作靈活、使用方便。系統(tǒng)設(shè)置多種功能，方便單位內(nèi)部管理，為員工提供高效經(jīng)濟(jì)的工作和生活環(huán)境，增強(qiáng)了各大樓的安全防范能力。