劉 敏，李文龍

(天津環(huán)球磁卡股份有限公司，天津 300202)

結(jié)構(gòu)化布線是當(dāng)今所有數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。隨著許多新技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)得以提供越來(lái)越多的新應(yīng)用及新服務(wù)：如在不便于布線或者布線成本比較高的地方用戶開始考慮在現(xiàn)有以太網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)之上盡可能布置一些網(wǎng)絡(luò)安全攝像機(jī)及其他一些網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備。

目前此類新的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越被用戶所接受，并且得到了快速的發(fā)展。所有這些支持新應(yīng)用的設(shè)備由于需要另外安裝AC供電裝置，特別是IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、門禁等都是安置在距中心機(jī)房比較遠(yuǎn)的地方更是加大了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)組建的成本。為了盡可能方便及最大限度地降低成本，電子電氣工程師協(xié)會(huì)IEEE批準(zhǔn)了一項(xiàng)新的以太網(wǎng)供電(PoE)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3af[1]，確保用戶能夠利用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)化布線為此類新的應(yīng)用設(shè)備提供供電能力。

1 PoE以太網(wǎng)供電系統(tǒng)

一個(gè)完整的PoE系統(tǒng)包括供電端設(shè)備（PSE）和受電端設(shè)備（PD）兩部分,兩者基于 IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)建立有關(guān)受電端設(shè)備PD的連接情況、設(shè)備類型、功耗級(jí)別等方面的信息聯(lián)系，并以此為根據(jù)控制供電端設(shè)備PSE通過(guò)以太網(wǎng)向受電端設(shè)備PD供電。

供電端設(shè)備PSE可以是一個(gè) Endspan(內(nèi)置了PoE功能的以太網(wǎng)供電交換機(jī))和 Midspan(用于傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)和受電端設(shè)備PD之間的具PoE功能的設(shè)備)兩種類型，而受電端設(shè)備PD則是一些具PoE功能的無(wú)線局域網(wǎng)AP、IP電話機(jī)等終端設(shè)備。

按照 IEEE 802.3af的規(guī)范，供電端設(shè)備PSE與受電端設(shè)備PD設(shè)備的連接參數(shù)如圖1所示。

圖1 PSE和PD的互連

IEEE 802.3af以太網(wǎng)供電標(biāo)準(zhǔn)定義了一些在設(shè)計(jì)PoE網(wǎng)絡(luò)時(shí)必須遵循的參數(shù)：

(1)操作電壓一般情況下為 48 V DC，但其也許可能在44 V DC～57 V DC之間，但無(wú)論如何是不能超過(guò)60 V DC的；

(2)由PSE產(chǎn)生的最大電流一般情況下在350 mA～400 mA之間變化。這將確保以太網(wǎng)電纜不會(huì)由于其本身的阻抗而導(dǎo)致過(guò)熱；

(3)上述兩個(gè)值使得PSE在其端口輸出會(huì)產(chǎn)生最小15.4 W的功率輸出，考慮到經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)電纜后的損耗，受電端設(shè)備PD所能接受到的最大的功率為12.95 W。

2 以太網(wǎng)供電工作過(guò)程

供電端設(shè)備PSE是整個(gè)POE以太網(wǎng)供電過(guò)程的管理者。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中布置PSE供電端設(shè)備時(shí)，PoE以太網(wǎng)供電工作過(guò)程如下：

(1)檢測(cè)過(guò)程。開始時(shí)，PSE設(shè)備在端口只是輸出很小的電壓，直到其檢測(cè)到線纜的終端連接為一個(gè)支持IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)的受電端設(shè)備。

(2)PD端設(shè)備分類。當(dāng)檢測(cè)到受電端設(shè)備PD之后，供電端設(shè)備PSE可能會(huì)為PD設(shè)備進(jìn)行分類，并且評(píng)估此PD設(shè)備所需的功率損耗。

(3)開始供電。在一個(gè)可配置的啟動(dòng)期內(nèi)(一般小于15 μs)，PSE設(shè)備開始從低電壓開始向 PD設(shè)備供電，直至提供到 48 V級(jí)的直流電源。

(4)供電。為PD設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的48 V級(jí)直流電，滿足PD設(shè)備不越過(guò)15.4 W的功率消耗。

(5)斷電。如果PD設(shè)備被物理或者電子上從網(wǎng)絡(luò)上去掉，則 PSE會(huì)快速地(一般在 300 ms～400 ms之內(nèi))停止為PD設(shè)備供電，并且又開始檢測(cè)過(guò)程，檢測(cè)線纜的終端是否連接PD設(shè)備。

在整個(gè)過(guò)程當(dāng)中，一些事情如PD設(shè)備功率消耗過(guò)載、短路、超過(guò)PSE的供電負(fù)荷等會(huì)造成整個(gè)過(guò)程在中間會(huì)中斷，又會(huì)從第一步檢測(cè)過(guò)程開始。

3 以太網(wǎng)供電門禁系統(tǒng)

如圖2所示，以太網(wǎng)供電門禁控制系統(tǒng)由系統(tǒng)服務(wù)器、多臺(tái)分散的終端管理計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、跨接器、門禁讀卡控制設(shè)備和電控門鎖等組成。門禁讀卡控制設(shè)備采用以太網(wǎng)方式與交換機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即插即用，無(wú)需外接電源，便于安裝和維護(hù)。即插即用的安裝方式極大地減少了人工成本，并且實(shí)現(xiàn)了通過(guò)在線訪問(wèn)系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制。當(dāng)一臺(tái)門禁讀卡控制設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并且不會(huì)殃及整個(gè)系統(tǒng)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，門禁讀卡控制設(shè)備可進(jìn)入“孤島狀態(tài)”運(yùn)行，降低了受破壞的風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)了可靠性。

以太網(wǎng)供電門禁控制系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有的門禁讀卡控制設(shè)備均可做全局化處理，可分權(quán)限地對(duì)門禁讀卡控制設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。因此，以太網(wǎng)型門禁控制系統(tǒng)的組態(tài)是非常靈活和經(jīng)濟(jì)的組網(wǎng)方案。

以太網(wǎng)供電門禁控制系統(tǒng)可具有系統(tǒng)實(shí)時(shí)自檢功能。對(duì)于系統(tǒng)中的典型故障（如斷網(wǎng)），中央工作站和門禁控制讀卡器均可以聲音信號(hào)和文字告警提示。在系統(tǒng)斷網(wǎng)故障時(shí),各點(diǎn)的門禁控制讀卡器可以獨(dú)立工作,并且可以記錄刷卡開門信息，當(dāng)故障排除后，信息會(huì)自動(dòng)上傳。

以太網(wǎng)供電門禁控制讀卡器提供RJ-45標(biāo)準(zhǔn)接口，采用TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，可與其他系統(tǒng)聯(lián)接，組成一個(gè)大的智能管理系統(tǒng)，此外,系統(tǒng)還可開放必要的通信協(xié)議以便進(jìn)行更高層次的集成。

4 門禁控制讀卡器硬件設(shè)計(jì)

門禁控制器原理圖如圖3所示。

圖3 門禁控制器原理框圖

(1)微處理器（MPU）：CPU采用高速 8 bit SST89C516微處理器，內(nèi)含32 KB程序區(qū)、256 B RAM區(qū)、可擴(kuò)展64 KB外部數(shù)據(jù)區(qū)。

(2)具有非接觸式射頻通信接口，支持符合ISO14443國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的非接觸 IC卡（MIFARE ONE，TYPE A）；可支持基于MIFARE PRO技術(shù)的雙界面CPU卡。

(3)內(nèi)置大容量 EEPROM存儲(chǔ)器，容量為 16 KB，可存儲(chǔ)16 B記錄1 000條，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)可保存10年以上。

(4)內(nèi)置以太網(wǎng)模塊，支持TCP/IP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離信息傳輸（數(shù)據(jù)上傳、黑名單下載、校正時(shí)間、參數(shù)下載等）。

(5)門控器表面可配置 128×64點(diǎn)陣液晶（帶背光），可顯示 4×8漢字（或 4×16字符、數(shù)字），用于顯示日期、時(shí)間、提示信息、卡信息、門鎖狀態(tài)信息等內(nèi)容。

(6)具有內(nèi)部硬件掉電保護(hù)實(shí)時(shí)時(shí)鐘，誤差不大于60 s/月，無(wú)千年蟲或其他跨年跨月等時(shí)間問(wèn)題。

(7)支持IEEE802.3af以太網(wǎng)供電。

5 系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際情況，采用感應(yīng)式IC卡控制出入口，實(shí)行入口刷卡開門，電腦可以實(shí)時(shí)監(jiān)控，使出入口管理方便、安全、高效。系統(tǒng)軟件模塊圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)軟件模塊圖

本系統(tǒng)在每個(gè)進(jìn)門處安裝一個(gè)非接觸IC卡門控器，在出門的另一端安裝出門按鈕，在門上安裝電鎖（電磁鎖或者電插鎖，根據(jù)情況選擇）。這些設(shè)備和系統(tǒng)服務(wù)器、終端管理計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組成一個(gè)以太網(wǎng)絡(luò)，形成一個(gè)穩(wěn)定的門禁管理系統(tǒng)。系統(tǒng)的門狀態(tài)、用戶門禁權(quán)限、用戶資料和智能卡的注冊(cè)都由管理電腦完成[2-5]。

本系統(tǒng)不僅對(duì)系統(tǒng)外的非法卡進(jìn)行“攔截”，還可以對(duì)系統(tǒng)內(nèi)合法人員經(jīng)過(guò)出入口的時(shí)間和門禁點(diǎn)進(jìn)行記錄管理。

5.1 進(jìn)門設(shè)備及流程

入口設(shè)備是非接觸IC卡門控器。門控器在工作狀態(tài)下，會(huì)以一定的頻率進(jìn)行掃描，當(dāng)檢測(cè)到智能卡時(shí)，會(huì)把檢測(cè)到的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算并執(zhí)行命令操作。如果是合法的信息，則允許其通行；若為非法信息則“攔截”下來(lái)，還可以蜂鳴器進(jìn)行聲音報(bào)警，并上傳系統(tǒng)。

5.2 出門設(shè)備及流程

出門設(shè)備主要是出門開關(guān)。簡(jiǎn)單的出門控制只需要提供一個(gè)開關(guān)量給控制器，當(dāng)控制器的出門按鈕端子接收到一個(gè)開關(guān)信號(hào)時(shí)，控制器就會(huì)改變相應(yīng)門的門鎖輸出端子狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)控制門的開關(guān)功能。

以太網(wǎng)供電在門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用為用戶帶來(lái)的好處是顯而易見(jiàn)的。由于它只需要安裝和支持一條而不是兩條電纜，隨著與以太網(wǎng)相連的設(shè)備的增加，無(wú)需為數(shù)百或數(shù)千臺(tái)設(shè)備提供本地電源，將大大降低部署成本，并簡(jiǎn)化其可管理性。另外以太網(wǎng)供電端設(shè)備只會(huì)為需要供電的設(shè)備供電。只有連接了需要供電的設(shè)備，以太網(wǎng)電纜才會(huì)有電壓存在，因而消除了線路上漏電的風(fēng)險(xiǎn)。以太網(wǎng)供電在門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用，使用戶可以在當(dāng)前的以太網(wǎng)設(shè)備上融合新的供電裝置，并可以在現(xiàn)有的網(wǎng)線上提供48 V直流電源，降低了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的總成本，保護(hù)了投資。

[1]國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEEE Std 802.3af[S].2003.

[2]飛利浦公司.MF RC500 Highly Integrated ISO14443A Reader IC[M].2002.

[3]KROWCZYK A，KUMAR V..NET網(wǎng)絡(luò)高級(jí)編程[M].吳旭超，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[4]飛利浦公司.P89C60X2_61X2_2DataSheet[M].2003.

[5]FINKENZELLER K.射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)-無(wú)線電感應(yīng)的應(yīng)答器和非接觸 IC卡的原理與應(yīng)用[M].陳大才，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2001.