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。

門禁系統(tǒng) NCU ACU MCU

一、概述

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

二、門禁系統(tǒng)的概念

門禁系統(tǒng)，也稱出入口控制系統(tǒng)，是一種管理人員進出的數(shù)字化控制系統(tǒng)。它以安全管理為起點，以主動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)按識別方式可分為三大類：密碼識別、卡片識別及人像識別；按控制器的通訊方式可分為獨立式門禁、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，實現(xiàn)對各種門鎖開關(guān)的控制，具有智能管理的特點。

三、系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)采用個人識別卡方式工作，個人識別卡相當于一把鑰匙，稱射頻卡（即RF卡）。它是利用射頻識別技術(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。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)，作為待識別物的標識性信息，是射頻識別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體。內(nèi)置天線用于和射頻天線間進行通訊，卡內(nèi)芯片得到工作需要的能量后，會將存儲區(qū)的數(shù)據(jù)加密，以調(diào)制信號的方式經(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，并接受RF卡的應(yīng)答，對RF卡的對象標識信息進行解碼，將對象標識信息連帶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卡進入其電磁波射頻范圍（如10cm內(nèi)）時，會觸發(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)射一個帶有卡片信息的信號。

基于TCP/IP通信協(xié)議，讀卡器會把讀取的射頻卡信號經(jīng)門禁控制器（ACU）上傳給網(wǎng)絡(luò)主控制器（NCU）。每個主控制器（NCU）自帶獨立IP地址及IP指向及安全驗證密碼。網(wǎng)絡(luò)主控制器（NCU）的微處理器將接收的數(shù)據(jù)信息與自帶存儲器內(nèi)的信息進行比對，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，網(wǎng)絡(luò)主控制器（NCU）向服務(wù)器傳送進、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，達到遠程控制的目的。

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）退出時無需電開門，只需開關(guān)量信號，此時門只是機械的自由出口。

（3）系統(tǒng)電磁鎖是利用電生磁的原理，當有電流通過硅鋼片時，電磁鎖硅鋼片產(chǎn)生巨大的磁力吸住鐵板達到鎖門的效果。當受控門禁的讀卡器受到射頻卡感應(yīng)時，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），它利用了先進的調(diào)制、解調(diào)概念，集成了這一頻率下所有類型的被動非接觸式通訊協(xié)議。接收部分提供一個有效的解調(diào)、解碼電路，數(shù)字處理和錯誤檢測電路，方便的并行接口可直接連接控制部分的微處理器?？刂撇糠质呛诵模饕撠熒漕l基站和串行通訊部分的初始化、與上位機的串行數(shù)據(jù)通訊、接受上位機的命令、通過射頻部分完成對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)動控制器（MCU）、系統(tǒng)管理軟件和管理計算機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)動控制器（MCU）用來傳遞消防聯(lián)動信號；

（3）網(wǎng)絡(luò)主控制器（NCU）主要用于存儲感應(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）射頻卡用于存儲個人信息；

（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，負責與服務(wù)器通訊和其他數(shù)據(jù)存儲器協(xié)調(diào)，配合管理軟件進行智能處理，負責整個系統(tǒng)輸入、輸出信息的處理、儲存及控制等。

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，整個系統(tǒng)運作的好壞在很大程度上跟安裝有關(guān)，所以系統(tǒng)安裝在整個門禁系統(tǒng)運行中起很大作用。所有門禁安裝在各樓房的重要出入口，由管理者集中統(tǒng)一管理進出權(quán)限，保障正常良好的進出秩序。

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，進入者只要將射頻卡在讀卡器前一晃，門鎖便自動打開，然后門會自動回鎖，杜絕外人進入。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，鎖片裝在活動門上。控制器采用集中控制方式。ACU、MCU及NCU均安裝于6個門禁電氣組中，每個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門禁電氣組箱體可安裝8個或者6個控制器組（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200米之遠，RS485的通訊距離可以達1200米，門禁電氣組的安裝采用集中與分散相結(jié)合的辦法，放在一個比較適當?shù)奈恢?。其中：一個門禁電氣組和服務(wù)器（管理計算機）安裝在管理中心（消控室），一個門禁電氣組安裝在值班樓一層弱電間，一個門禁電氣組安裝在辦公樓一層弱電間，一個門禁電氣組安裝在短波機房內(nèi)部，兩個門禁電氣組安裝在發(fā)射機房一層配電值班室對面機房。其中發(fā)射機房的一個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。單個主控制器就可以組成一個簡單的門禁，用來管理一扇或兩扇門。多個主控制器通過通信網(wǎng)絡(luò)同計算機連接起來就組成了整個門禁系統(tǒng)。整個系統(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），與電腦連接，組成整個門禁管理控制系統(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。玻璃自動門的開、關(guān)受門禁主控制器（NCU）開關(guān)信號控制。

門禁系統(tǒng)最小運行單元結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 門禁最小運行單元結(jié)構(gòu)示意圖

該示意圖是一個門的控制點的結(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，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；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。

門禁控制器是門禁系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)處理和存儲部分，是門禁系統(tǒng)的靈魂。系統(tǒng)采用的RS485控制器，具有標準RS485通訊、多級防雷、防浪涌保護和大容量存儲的特點。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算機響應(yīng)在0.5秒以內(nèi)，聯(lián)動事件的動作響應(yīng)在4秒以內(nèi)。即遇到緊急情況如發(fā)生火災(zāi)時，火災(zāi)報警控制系統(tǒng)輸出DC24V到消防聯(lián)動模塊（MCU），門禁控制器（ACU）接受到MCU信號后，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變更，不需重新布線，很容易實現(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)射機房門禁系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

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

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

辦公樓和會議樓門禁系統(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立運行，當上層發(fā)生故障或者斷開鏈路時，也不會影響本層和下層的正常運行。從而，確保了每個主控制器運行的可靠性。

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，管理著系統(tǒng)的信息分析與處理，通過計算機對所有門禁單元進行中央管理和監(jiān)控，進行相應(yīng)的時鐘、授權(quán)和統(tǒng)計工作。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)出標準的文本文件或Microsoft Excel電子表格文檔。支持TCP/IP協(xié)議，實現(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態(tài)鏈接庫組成，可以在任何一臺PC機進行全功能操作，也可將管理軟件按功能進行拆分，在多臺電腦上運行，實現(xiàn)各部門各自的權(quán)責。

4.4 系統(tǒng)特點

（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）動態(tài)電子地圖顯示功能。系統(tǒng)有電子地圖，可以實時以圖形和文字形式顯示事件，如刷卡、進出門、門的狀態(tài)變化及系統(tǒng)報警。

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

（4） 通道管制功能。系統(tǒng)允許對某個房門進行管制（強制開、關(guān)門）。

（5）報警功能。系統(tǒng)有非法進入報警和超時報警。

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

（7）兩種運行狀態(tài)。系統(tǒng)有局域網(wǎng)聯(lián)機運行和網(wǎng)絡(luò)主控制器獨立控制運行兩種狀態(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，每個獨立網(wǎng)絡(luò)主控制器利用局域網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信，如管理中心與主控制器之間出現(xiàn)通訊故障，各點網(wǎng)絡(luò)主控制器能夠獨立工作，實現(xiàn)了集中管理、分布控制。

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

（10）聯(lián)動功能?？梢詫ο到y(tǒng)的各個I/O口進行功能設(shè)置，實現(xiàn)與第三方系統(tǒng)或一卡通其它子系統(tǒng)的聯(lián)動。

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

（12）易維護性。核心設(shè)備NCU上不含執(zhí)行部件，有較強的可靠性，執(zhí)行設(shè)備ACU一旦損壞，因為數(shù)據(jù)是存儲在NCU上的，可直接對ACU進行更換，而不需要對權(quán)限或者系統(tǒng)設(shè)置進行再次的操作。

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

五、需要注意的地方

（1）進出門時需關(guān)注各門禁點終端部件（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)運行中注意查看各控制器是否在線，也可以每隔一段時間通過系統(tǒng)自檢查看。

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

六、結(jié)束語

本系統(tǒng)運行至今已有兩年，運行狀態(tài)穩(wěn)定、抗干擾能力強、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)濟的工作和生活環(huán)境，增強了各大樓的安全防范能力。