项目二门禁系统讲义

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1、项目二：125kHz物联网射频卡应用 门禁系统,学习目标,本项目的工作任务是掌握125kHz的物联网只读射频卡的特点，了解其应用，以设计门禁应用系统为例掌握其相关应用系统设计的方法。 理论知识要点 125kHz物联网只读射频卡的特点。 125kHz物联网只读射频卡应用系统组成结构及工作原理。 技能训练要点 能进行125kHz物联网只读射频卡应用系统硬件设计。 能操作125kHz物联网只读射频卡应用系统软件。,2.1 任务导入：什么是射频卡门禁系统？,门禁系统，又称出入管理控制系统，是一种管理人员进出的数字化管理系统。 在科学技术发达的今天，门禁系统已发展成为一套现代化的、功能齐全的管理系统，它

2、对出入门和通道的管理也早已超出了单纯的对门锁及钥匙的管理。它不止是作为进出口管理使用，而且还能有助于内部的有序化管理。它能够时刻自动记录人员的出入情况，限制内部人员的出入区域、出入时间，礼貌地拒绝不速之客。,1、门禁系统,常见的门禁系统有： 密码门禁系统 IC 卡 ( 感应式 IC 卡 ) 门禁系统 指纹虹膜掌型生物识别门禁系统,有哪些常见的门禁系统？,常用门禁系统,2、门禁系统组成,控制器是门禁系统的核心，它由一台微处理机和相应的外围电路组成。 如果将阅读器比作系统的眼睛，将电磁锁比作系统的手，那么控制器就是系统的大脑，由它来决定某一张卡是否为本系统已注册的有效卡，该卡是否符合所限定的时间段

3、，从而控制电磁锁是否打开。 负责整个系统输入、输出信息的处理和储存，控制等等。,门禁控制器,阅读器是读取射频门禁卡片中数据信息并将信息传送给控制器的设备。,阅读器（识别仪）,电控锁是门禁系统中锁门的执行部件。用户应根据门的材料、出门要求等需求选取不同的锁具。,电控锁,门禁卡是开门的钥匙。可以在卡片上打印持卡人的个人照片、个人信息等，开门卡、胸卡合二为一。,门禁卡,出门按钮：按一下打开门的设备，适用于对出门无限制的情况。 门 磁：用于检测门的安全/开关状态等。 电 源：整个系统的供电设备，分为普通和后备式（带蓄电池的）两种。,其它设备,传输部分主要包含电源线和信号线。如门禁控制器、读卡器、电控锁

4、都需要供电；门禁控制器同读卡器、门磁之间的信号线；等等。,传输部分,通过RFID技术，验证电子钥匙（射频门禁卡）的合法性，控制电子门锁的开启；对射频门禁卡信息进行管理；对用户信息进行管理。同时记录出入信息作为考勤管理。实现自动、安全的射频门禁管理目标。 该门禁系统的设计目的是实现人员出入控制、考勤数据采集、数据统计和信息查询过程的自动化；方便人员进出开锁与报到，方便管理人员统计、考核实验室人员出勤情况。,3、门禁系统设计目标,刷卡开门 按钮开门 时间段设置 报警功能 定时事件 局域网互联功能 远程控制 实时监控 时间校正 记录存储功能,市场应用门禁系统具体的功能需求,卡片使用模式：采用125k

5、Hz非接触式物联网射频卡。 刷卡开门：用户进入门禁管制区域时需刷卡，读卡器读取信息后，将信息传输到主机，主机首先判断该信息是否合法，如合法则发出开门指令，不合法则发出报警，同时记录用户刷卡事件。 管理控制：控制器的记录进行收集管理，可增加、删除、更新用户信息。 记录存储：系统可将门禁控制器运行产生的所有用户刷卡事件、报警时间等记录，便于进行用户的考勤管理和发生事故后及时进行处理。,实验门禁系统项目实现的功能,125kHz物联网射频卡主要有台湾4001卡、瑞士微电EM4100（H4001）卡、EM4150卡、EM4609卡、Temic e5551卡、Atmel T5557卡、Atmel AT88

6、RF256-12卡、等。 使用较多的是台湾4001卡、瑞士微电EM4100卡，卡内主芯片分别是4001和EM4100，它们都是只读型射频卡，均都采用125kHz的典型工作频率。,2.2 125kHz物联网射频卡,EM4100(原名H4100)是一款用于RF只读收发器的CMOS集成电路。这个芯片通过放置于电磁场中的外部线圈获得电源，同时从线圈的一端得到运行时使用的主时钟。通过开启和关闭调制电流的方式，芯片可以把工厂预编程的64bit标签信息返回给阅读器。 通过激光熔断集成电路内部多晶硅连接的方式，可以为每一个芯片编程一个唯一的识别码。,2.2.1 EM4100射频卡简介,EM4100芯片只有4个

7、引脚。4个引脚分别为电源VDD、电源地VSS、天线线圈连接端 COIL1、 COIL2。,1.EM4100芯片引脚设置,EM4100芯片内核消耗很低的功率，因此应用电路没有必要增加一个电源缓冲电容。EM4100内部已经集成了一个74pF的并联谐振电容。一个外部线圈连接到EM4100就可以实现芯片的典型应用,2.EM4100射频卡典型的操作配置,激光可编程的64bit Memory空间 提供多种数据率和编码方式选择 片内集成谐振电容 片内集成电源缓冲电容 片内集成电压限位功能 片内集成全波整流 低阻抗器件提供大调制深度 100-150kHz工作频率 非常小的芯片尺寸，方便植入 非常低的功耗,3.

8、EM4100射频卡芯片特点,2.2.2 EM4100射频卡内部电路框图,EM4100通过外部线圈的电磁场传导的方式获得能量。线圈上的交流电压信号经过整形变成直流，为芯片内部电路提供工作电压。只要芯片供电仍然持续，标签信息就会不停地循环发送出来。,EM4100提供多种选项（注：修改集成电路内部的金属线连接。）定义编码类型和数据速率。 编码数据bit的发送速率可以是64，32或者16个载波周期； 数据编码方式可以是曼切斯特编码（Manchester），双相编码（Biphase）或者相移键控（PSK）。,2.2.3 EM4100编码描述,曼切斯特编码是在一个数据bit发送期间的中点总会产生一个从开到

9、关或者从关到开的翻转。数据bit从0到1或者从1到0变化时，相位发生改变。下图中数据流值的高电平表示调制器开关打开，低电平表示关闭。,1、曼切斯特编码,双相编码是在每一个bit的起始时刻，会发生一次翻转。逻辑1的传送期间状态保持不动，逻辑0的传送期间在中间发生一次状态翻转。,2、双相编码,曼彻斯特和双相编码模式的IC存储单元。 64bit Memory空间。,2.2.3 EM4100中的IC存储单元,9bit的头信息,行检验位,列检验位,40个数据位,停止位,2.3 125kHz射频卡门禁系统原理,硬件部分,软件部分是在Windows xp操作系统下设计实现，其包括阅读器端MCU程序和PC端的

10、门禁系统管理系统两部分。 阅读器端MCU程序包括只读EM4100射频门禁卡的编码识别与分析程序及与PC通信的串口程序，是基于Keil uVision4环境开发的MCU程序。 PC端的门禁系统管理系统软件包括管理界面与数据库设计两部分。 管理界面部分是基于Visual C+6.0，应用MFC进行界面设计，以先施提拱串口通信API软件开发组件，完成读卡等功能操作。 数据库设计部分是用MySQL数据库设计完成，其中Visual C+6.0利用ODBC API实现MySQL数据库功能调用。 关于软件部分本节强调阅读器与射频卡、阅读器与MCU、MCU与PC机间通信。 软件部分完成门禁系统的发卡及出入管理

11、，包括建立用户数据库、关联用户和卡号、记录出入刷卡时间、导入导出记录数据查询和分析等功能。,软件部分,2.3.1 125kHz门禁阅读器结构原理,2.3.2 125kHz门禁阅读器电路,天线部分只涉及到一个电容、一个电阻和线圈，但是各个器件的值一定要比较精确。从两个天线端口出来，经过电容、电阻和线圈可以组成一个LC串联谐振选频回路，该谐振回路的作用就是从众多的频率中选出有用的信号，滤除或抑制无用的信号。串联谐振回路的谐振频率为,2.3.3 125kHz门禁阅读器天线设计原理,2.4 125kHz 射频卡门禁系统硬件设计,2.4.1 125kHz 门禁阅读器硬件结构,2.4.2 核心模块M106

12、BWNL-34,支持EM、TK及其兼容卡片； 超小体积，仅32.5mm17.5mm; 低功耗，读卡电流29mA。 基于模块的扩展功能很强可根据用户要求修改软件定制个性化模块,不用改变线路板。 通用协议： UART: 适用于PC机或8位UART的单片机，波特率可选。 支持韦根-34：通用读卡器接口。 自带看门狗。 供电电源控制和指示。,M106BWNL-34功能特点,M106BWNL-34引脚,线圈,3V，5V选择,125khz阅读器模块,子板接口,子板接口,供电指示,RFID 实训平台-125kHz模块,阅读器模块外围接口,2.5 125kHz射频卡门禁系统软件设计,门禁系统需求分析,125k

13、Hz 门禁功能 刷卡系统 识别独特卡号； 显示卡号； 响铃及LED指示； 继电器控制； 电子锁延迟开、关； 发卡系统 建立用户数据库； 关联用户和卡号； 刷卡记录； 导入导出；,2.5.1 射频门禁卡ID的识别,韦根编码方式为使用2个输出管脚WG0和WG1分别表示bit0，和bit1。当输出bit0时，管脚WG0产生一次跳变，反之，WG1产生一次跳变。 系统使用两个GPIO管脚Pin2.4 与Pin1.8分别连接该模块的WG0，WG1，同时使能这两个PIN的电平中断方式。 使用中断方式串行接收34bit韦根编码。,2.5.2射频卡门禁系统通信与管理功能的软件设计,积木化功能组件,按需组合，搭建

14、平台,125k RFID 组合,125kHz RFID子板 + MCU子板 + 必要的通用组件,按需组合，搭建平台,通用组件,STN子板，Power子板，USB子板，LED子板，底板等统称为通用组件 ，用户可视需要安装使用。,门禁软件开发,软件功能分解 任务1：使用STN显示欢迎界面、循环显示 任务2：控制LED灯亮灭、流水灯、循环 任务3：控制BEEP开关、循环 任务4：控制Relay开关、循环 任务5：生成按键开关及LED指示控制 任务6：生成按键开关及BEEP控制 任务7：生成按键开关及Relay控制 任务8：门禁卡识别并且显示卡号 任务9：刷卡识别，显示，响铃提示，并控制继电器 任务10：完整的门禁系统演示,门禁系统组成 门禁系统功能 125kHz门禁系统射频卡 125kHz射频卡门禁系统硬件设计 125kHz射频卡门禁系统软件设计,项目二总结,人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。,