1、智能家居控制技术及应用第3章 门禁系统l 门禁系统介绍l 门禁系统实训2 2l 门禁系统应用l 门禁系统介绍3 3门禁系统介绍4 4u 门禁系统简介门禁系统又称进出管理控制系统或通道管理系统，用于管理人员进出，是一种数字化智能管理系统。使用这种智能管理系统不用再像过去那样通过机械钥匙开门，而是通过刷卡、密码或者指纹的方式开门。下面介绍一下RFID门禁系统。RFID技术易于操控，简单实用，是一种特别适合用于自动化控制的灵活性应用技术，识别过程自动进行，无须人工干预，工作模式有两种：只读工作模式和读写工作模式，且工作时无需接触或瞄准；可自由工作在各种恶劣环境下而不受环境的影响：短距离射频产品不怕油
2、渍、灰尘污染等恶劣的环境，可以替代条形码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体；长距射频产品识别距离可达几十米，多用于交通上，如自动收费或识别车辆身份。门禁系统介绍5 5u 门禁系统分类p 密码型门禁系统密码型门禁系统是门禁设备中最常见、最简单、也是应用时间最久的门禁控制设备。它的主要依据是保险柜等安全设备的控制模式，通过输入密码判断来者的身份。用户输入密码之后，系统将输入的信息与数据库进行识别和匹配，如果正确的话则驱动电锁，开门放行，信息匹配错误，则采取相应的报警措施，保障用户的安全。门禁系统介绍6 6u 门禁系统分类p 刷卡式门禁系统刷卡式门禁系统，是目前生活中最常见到的门禁系统类型。由于密码型
3、门禁系统已经越来越难以满足我们日常的安全需求，而生物识别型的门禁系统又因为“过于敏感”而难以让人们信任。因此，刷卡式门禁系统就当仁不让的成为了市场应用的主力军。门禁系统介绍7 7u 门禁系统分类p 生物识别门禁系统说起生物识别技术，在整个安防领域它都绝对是令人关注的香饽饽。尽管在技术上，还有许多的环节尚处在初期的尝试中，不过这并不影响人们对它的兴趣。生物识别门禁根据人体不同的位置，推出了不同的识别技术，比如，根据人们指纹的差异推出的指纹门禁，鉴别视网膜的虹膜门禁系统，鉴别骨骼差异的手掌门禁以及鉴别五官的人脸识别系统等。这类系统的优点在于重复率低，工作效率高，以及安全性相对较高等方面。但是，由于
4、技术的不成熟，这类门禁系统经常会出现误判等情况，是阻碍这类技术发展与普及的主要原因。门禁系统介绍8 8u RFID门禁技术介绍RFID(Radio Frequency Identification)技术，即射频识别技术，俗称电子标签。是一种通信技术，又称无线射频识别技术，可通过无线电讯号识别特定目标并对特定目标进行相关数据的读写操作，而无需在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。目前RFID技术主要应用于图书馆、门禁系统、食品安全溯源等，应用很广。门禁系统介绍9 9u RFID门禁技术介绍p RFID技术结构RFID技术的基本结构由应答器、阅读器、应用软件系统组成。1.应答器：由天线，耦合
5、元件及芯片组成，一般情况下都是用标签作为应答器，标签附着在物体上来标识目标对象，每个标签都具有唯一的电子编码。2.阅读器：与应答器一样，由天线，耦合元件，芯片组成，阅读器是用来读写标签信息的设备，常见的有手持式RFID读写器、固定式读写器。3.应用软件系统：是应用层软件，主要用来进一步处理收集到的数据，并为人们所使用。门禁系统介绍1010u RFID门禁技术介绍p RFID技术核心RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别过程自动进行，无须人工干预，不受环境影响，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作
6、快捷方便。RFID电子标签与条形码相比是一种突破性的技术：“第一，不像条形码那样只能识别一类物体，而是可以识别单个的非常具体的物体；第二，电子标签采用无线电射频，可以透过外部材料读取数据，而条形码必须靠激光来读取信息；第三，可以同时对多个物体进行识读，而条形码只能一个一个地读。此外，储存的信息量也非常大。”门禁系统介绍11 11u RFID门禁技术介绍p RFID技术主要分类由RFID技术所衍生的产品主要有三大类：无源RFID产品、有源RFID产品、半有源RFID产品。1.无源RFID产品：无源RFID产品是发展最早，最成熟，市场应用最广的产品，在日常生活中经常可以见到，比如，二代身份证、银行
7、卡、公交卡、食堂餐卡、宾馆门禁卡等。这些无源RFID产品都属于近距离接触式识别类。其产品的主要工作频率有四种，低频125KHZ、高频13.56MHZ、超高频433MHZ，超高频915MHZ。门禁系统介绍1212u RFID门禁技术介绍p RFID技术主要分类2.有源RFID产品：有源RFID产品是这几年才慢慢发展起来的，具有远距离自动识别的特性，因此具有巨大的应用空间和市场潜质。如智能交通、智能医院、智能监狱、智能停车场、智慧城市、智慧地球及物联网等远距离自动识别领域有重大应用，产品主要工作频率有三种，超高频433MHZ，微波2.45GHZ和5.8GMHZ。门禁系统介绍1313u RFID门禁
8、技术介绍p RFID技术主要分类3.半有源RFID产品：半有源RFID产品结合了有源RFID产品及无源RFID产品的优势，通过低频125KHZ频率的触发，让微波2.45G发挥优势。半有源RFID技术，也可以叫做低频激活触发技术，利用低频近距离精确定位，微波远距离识别和上传数据，来实现单纯的有源RFID和无源RFID没有办法实现的功能。简单的说，就是通过近距离激活定位，远距离识别并上传数据。半有源RFID是一项特别适合用于自动化控制的灵活性应用技术，其特性为易于操控、简单实用，识别工作自动进行，无须人工干预，它既可在只读模式下工作也可在读写模式下工作，且无需接触或瞄准；不受外界环境的影响，可在各
9、种恶劣环境下自由工作，短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可以替代条码扫描，例如在工厂的流水线上跟踪物体；长距离射频产品多用于交通上，如自动收费或识别车辆身份等，其识别距离可达几十米，门禁系统介绍1414u RFID门禁技术介绍p RFID技术性能特点1.数据存储：RFID电子标签与传统形式的标签相比，容量更大(1bit1024bit)，且存储的数据可随时更新，可读写。2.读写速度：与条形码相比，不需要直线对准扫描，读写速也度更快，且可实现多目标识别、运动识别。3.使用方便：RFID电子标签体积小，容易封装，可以直接嵌入产品内。4.安全：每个标签都有专用芯片，序列号唯一、很难复制，安
10、全更有保障。5.耐用：不会出现机械故障的情况、使用寿命长、不受恶劣环境影响。6.感应效果：比一般的传统标签感应效果要好很多门禁系统介绍1515u RFID门禁技术介绍p RFID技术工作原理RFID技术的基本工作原理并不复杂：当标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（PassiveTag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Ac-tiveTag，有源标签或主动标签）；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。1948年哈里斯托克曼发表的“利用反射功率的通信”奠定了射频识别技术的理论基础。门禁系统介绍1616u
11、 RFID门禁技术介绍p RFID技术中国标准中国电子标签的标准问题一直是国内外关注的焦点，也是能否尽快推动中国RFID产业快速发展的核心问题。2006年6月26日电子标签标准工作组工作会议在北京召开。经过工作组的共同努力，2007年中国电子标签组提出了13.56MHz射频识别标签基本电特性、13.56MHz射频识别读/写器规范、RFID标签物理特性，三个标准的技术文件。计划在2008年完成的工作包括：840-845MHz、920-925MHz频率的标签的标准草案、13.56MHz/射频识别标签基本电特性的测试方法、13.56MHz射频识别读/写器测试方法、RFID标签物理特性测试方法的标准草
12、案。门禁系统介绍17 17u RFID门禁技术介绍p 门禁卡介绍门禁卡是在门禁系统中使用的卡，如会员卡、停车卡、小区门禁卡、出入证等；门禁卡在发放给最终用户使用前，需要经由系统管理员设置，确定门禁卡的可使用区域及用户权限。在管理区域内用户要使用门禁卡刷卡才能进入，无门禁卡或未开通权限的用户，不能进入管理区域。门禁系统介绍1818u RFID门禁技术介绍p 门禁卡工作原理门禁卡里面有一个芯片，也就是RFID芯片，当我们拿着含有RFID芯片的门禁卡通过阅读机时，阅读机所发射出来的电磁波就会开始读取门禁卡里面的信息，门禁卡不仅可以进行信息的读取操作，还可以进行信息的写入、修改操作，因此门禁卡不只是个
13、钥匙它更是一张电子身份证。只要在芯片中写入用户的个人数据信息，在刷卡进入管理区域的时候就可以知道进出的是谁了。商场上的防窃盗芯片等等应用领域使用的就是这样的技术。门禁系统介绍1919u RFID门禁技术介绍p 门禁卡分类门禁卡按卡片的种类可以分为磁卡（ID卡）、射频卡（IC卡）；按读卡距离可以分为接触式门禁卡、感应式门禁卡（也就是非接触式门禁卡）。1.按卡片种类a)磁卡(ID卡)：磁卡的优点是成本较低；一人一卡，但安全系数一般，可联微机，有开门记录。缺点是卡片、设备易磨损，寿命较短；卡片容易复制；不易双向控制。卡片信息容易因外界磁场丢失，使卡片无效。b)射频卡(IC卡)：优点是使用时卡片与设备
14、无需接触，开门方便安全；寿命长，理论上数据至少保存十年；安全性高，可联微机，有开门记录；可以实现双向控制；卡片很难被复制。缺点是成本较高。2.按读卡距离a)接触式门禁卡，门禁卡必须与门禁读卡器接触才能完成工作任务。b)感应式门禁卡，门禁卡在门禁系统感应范围内即可完成刷卡任务。门禁系统介绍2020u 拓展思考u 刷卡门禁在如今的生活当中随处可见，请你认真观察身边的事物，想一想还有哪些装置的工作原理与门禁卡相似？u 举例说明RFID技术常见应用。u 分别总结门禁系统和门禁卡的分类，说说各种类别的优缺点。l 门禁系统应用2121门禁系统应用2222u 门禁系统选型p 门禁系统的选择原则首先是稳定性和
15、可靠性。由于门禁系统利用率很高，一旦故障将直接影响人们的工作与生活。因此，要求门禁系统必须稳定可靠，随时处于正常工作状态。第二是要求系统管理具有良好地灵活性和人性化，以利于提高系统的智能化程度。第三是要求系统有良好的性价比，实现投入更少的资金建设功能更完善、性能更稳定的系统。网络型门禁有很大的优势，系统具有科学的逻辑结构，使得系统具有极高的稳定性和可靠性。系统高程度的集成，带来管理智能化程度的提高，是我们首选网络型门禁的主要因素。门禁系统应用2323u 门禁系统选型p 门禁系统程序选择门禁作为一个系统产品，是近几年才发展起来的，是一个新东西。我们这里讲的程序选择是指配套在门禁系统产品中的程序，
16、而不是作为一个独立的软件进行选择。早期开发的门禁产品，开发商为了对技术进行保密，不致被其它商家窃取，采取了封锁的措施。随着网络技术的发展，门禁产品越来越多，也已经不再存在技术保密问题。另外，还要考虑能否向上层集成的问题。如果整体规划是三级系统集成，就必须要求门禁系统具有向上层联网的通信接口条件，或者说应具备开放的程序接口，能够进行二次开发。集成商通过修改程序向上层网络集成，实现集中管理控制以及与其它系统相互通信产生联动功能的目的。如果是一个封闭的程序，那么这个系统就只能是一个独立的网络门禁，而不能用来组成大系统集成的门禁子系统。门禁系统应用2424u 门禁系统选型p 门禁系统应用技术RFID射
17、频识别技术通过射频手段识别物体的特性、身份等信息，其应用被称为影响未来的十大IT项目之一。它被广泛地应用于商业自动化、工业自动化、交通管理；汽车、火车等交通监控；停车场管理系统；高速公路自动收费系统；物品管理；动物管理；安全出入检查；车辆防盗；物流、仓储管理；医疗与防伪等各行各业。RFID射频卡按载波频率可分为低频射频卡、中频射频卡和高频射频卡。低频射频卡主要有125kHz和135kHz两种，中频射频卡频率主要为13.56MHz，高频射频卡主要为433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz等。低频系统常见于短距离、低成本的应用中，如多数的门禁控制、动物监管、货物跟踪、校园卡等。中频
18、系统主要用于门禁控制和一些需传送大量数据的应用系统；高频系统的天线波束方向较窄且价格较高，主要应用于需要较长距离的读写和高速度读写的场合，比如火车监控、高速公路收费等系统。门禁系统应用2525u 门禁系统选型p 门禁系统应用技术1.射频门禁应用射频识别技术，可以在门禁系统中实现持有效电子标签的车不停车的功能，方便通行又节约时间，有效提高路口的通行效率，更重要的是可以实时监控进出小区或停车场的车辆，准确验证出入车辆和车主身份，维护区域治安，使小区或停车场的安防管理更加高效化、信息化、人性化、智能化。门禁系统应用2626u 门禁系统选型p 门禁系统应用技术2.电子溯源 溯源技术大致可分为三种：一种
19、是RFID无线射频技术，在产品包装上加贴一个带芯片的标识，产品的流向都可以记录在这个芯片上，产品进出仓库和运输时就可以自动采集和读取相关的信息，；一种是二维码技术，消费者只需要通过带摄像头的手机扫描二维码，就能查询到产品的相关信息，查询的记录都会保留在系统内，一旦产品需要召回就可以直接发送短信给消费者，实现精准召回；还有一种是条码加上产品批次信息（如批号、生产日期、生产时间等），采用这种技术的生产企业基本不需增加生产成本。门禁系统应用2727u 门禁系统选型p 门禁系统应用技术3.食品溯源 采用RFID技术进行食品、药品的溯源已经开始在一些城市试点，包括宁波，广州，上海等地，食品药品的溯源主要
20、解决对食品来路的跟踪问题，如果发现了有问题的产品，可以通过简单的追溯，直到找到问题的根源。门禁系统应用2828u 门禁系统选型p 门禁系统应用技术4.产品防伪 RFID技术经历了几十年的发展应用，技术本身已经非常成熟，其应用在我们日常生活中随处可见，比如在防伪方面的应用，实际就是在普通的商品上加一个RFID电子标签，这个标签就相当于此商品的身份证，伴随商品生产、流通、使用的各个环节，并在各个环节中记录下商品的各项信息。门禁系统应用2929u 门禁系统选型p 门禁系统应用场景门禁系统的应用领域很广，这里介绍一下银行主动防御门禁系统与医院IP化门禁系统。如图所示为银行主动防御门禁系统。门禁系统应用
21、3030u 门禁系统选型p 门禁系统应用场景电子门禁技术的发展潜力无限。随着人们对于安保的要求日渐提高，比如门禁权限控制和实时监控，市场需要提出超越机械产品限制的全新解决方案。目前，非接触式智能门禁卡技术主要应用于电脑、IT登录系统、医院门禁及配药系统，能帮助医院更好的控制人员安全出入、建立患者信息档案、保护患者隐私、提高医院的管理效率，并预防用药、医疗事故等。如图所示为IP门禁系统和电子门禁系统。门禁系统应用3131u 拓展思考u 在你的周围都有哪些地方用到了门禁系统，请举例说明。u 想一想哪类门禁系统使用的是RFID技术，与不使用RFID技术的门禁系统相比，有什么优缺点？并为自己的房间设计
22、一种门禁系统方案规划。u 说一说现在门禁系统中会出现哪些安全问题，你有没有好的解决方法？l 门禁系统实训3232门禁系统实训3333u RFID模块介绍本实验模块包括：主控板、超高频板、高频板、低频板、J-link、RFID超高频天线、低频钥匙扣卡（ID4100、T5557）、高频S50卡、高频标签、超高频卡、超高频标签。主控板超高频板门禁系统实训3434u RFID模块介绍高频板低频板门禁系统实训3535u RFID模块介绍J-linkJ-link连接线RFID超高频天线门禁系统实训3636u RFID模块介绍低频钥匙扣卡高频S50卡门禁系统实训3737u RFID模块介绍高频标签超高频卡超
23、高频标签门禁系统实训3838u RFID模块介绍电源适配器RFID超高频馈线软排线门禁系统实训3939u RFID读写实训步骤u 步骤1：环境安装与配置。安装JLINK V8 及 ARM OB 4合1调试器驱动，具体操作见RFID操作手册。设置CPU型号：在开始菜单找到并打开J-Flash ARM，选择options Project settings操作如图所示。门禁系统实训4040u RFID读写实训步骤在弹出的对话框中设置，点击CPU选项卡，可在下拉菜单中选择CPU型号。门禁系统实训4141u RFID读写实训步骤u 步骤2：低频读写。下位机连接：用10针软排线连接主控板与J-link烧写
24、器，用适配电源连接主控板与电源，用J-link接线连接J-link烧写器与计算机。烧写：点击软件的File选项卡，找到并打开电脑中的RFID低频hex文件。门禁系统实训4242u RFID读写实训步骤单击Target connect。若显示“Connected successfully”则连接成功，单击“Target program（或F5）”单击确定，烧写成功；若显示错误，检查模块连接是否出错，主控板电源是否打开等。门禁系统实训4343u RFID读写实训步骤读写：断开J-link与主控板的连接，用15针软排线将低频板与主控板连接，用USB串口线将主控板与计算机连接。打开计算机上打开上位机软
25、件门禁系统实训4444u RFID读写实训步骤选择可用端口打开，选择“低频”，将ID4100钥匙扣放在低频板放卡区，在上位机中单击“读取”，会听到“滴”的一声，数据读取成功。门禁系统实训4545u RFID读写实训步骤将ID4100的钥匙扣换成T5557的钥匙扣，在“读地址”处选择数据“01”（其他数据也可以），单击“读取”，观察数据显示区，读取数据成功，可以看到块数据后两位为“FF”，这里读取数据是为了与写地址后对比，判断是否写入成功；在“写地址”处选择数据“01”，把块数据后两位改为“EE”，单击“写入”，观察数据显示区，写入数据成功，重新读取一次，观察数据显示区，数据更改成功。门禁系统实
26、训4646u RFID读写实训步骤u 步骤3：高频读写。烧写：具体操作见步骤2.注意：选择高频hex文件。读写：断开J-link与主控板的连接，用15针软排线连接高频板与主控板，用USB串口线连接主控板与计算机。打开上位机，选择“高频”。将高频S50卡或者高频标签放在高频板放卡区。单击“读标签”、“读块数据”、“写块数据”。写块数据操作方法和低频卡写地址操作相同。门禁系统实训4747u RFID读写实训步骤u 步骤4：超高频读写。烧写：具体操作见步骤2.注意：选择超高频bin文件。读写：断开J-link与主控板的连接，用15针软排线连接超高频板与主控板，用USB串口线连接主控板与计算机，用RF
27、ID超高频馈线连接超高频板与RFID超高频天线。打开上位机，选择“超高频”。单击“设置”，默认设置，将超高频卡或超高频标签放在天线上，单击“开始工作”，可以听到“滴滴”声，数据显示“次数”不断增加，单击“停止工作”，停止读取。门禁系统实训4848u RFID读写实训步骤在“写入”处写入新的地址，单击“读取”，即可读取新写入的地址。门禁系统实训4949u 门禁系统模块介绍RFID模块LCD显示模块门禁系统实训步骤1：烧写代码。具体操作见实验一。步骤2：打开上位机配置工具步骤3：将USB串口线与LCD模块连接，打开LCD模块，查找、选择并打开可用端口。步骤4：单击“读地址”，可读取LCD模块的地址
28、，记下此时数据。5050u门禁系统实训步骤门禁系统实训步骤5：单击“关闭选中端口”，将USB串口线与RFID模块连接，打开RFID模块（开关置于“ON”），单击“打开选中端口”。步骤2：打开上位机配置工具步骤6：对RFID模块进行“读阈值”、“读地址”的操作，在读地址时要注意查看其地址是否与LCD模块的地址相同，如果不同，要重新配置RFID模块的地址，以保证网络地址相同，正常通信。步骤7：将门禁卡在RFID模块的读卡区域刷卡，观察实验现象。5151u门禁系统实训步骤门禁系统实训实验现象：刷卡时RFID的蜂鸣器发出“嘀”一声响声，如果卡一直放在读卡区域，蜂鸣器会一直发出“嘀”响声。在LCD模块的
29、显示屏上可以看到一串数字，这一串数字代表门禁卡的UID。5252u门禁系统实训步骤门禁系统实训5353u 拓展思考u 改变LCD模块或RFID模块的地址，观察门禁卡能否正常使用。u 与你的同学交换门禁卡，试试看能不能达到正常的实验效果。为什么？u 在T5557的读写操作中，“读地址”、“写地址”处选择的数据不一样时，数据显示的结果有什么不同？u 试改变T5557中4个字节中的任意字节，进行数据读写操作，观察数据的显示；改变“写地址”“读地址”处的数据，进行数据读写操作，观察数据的显示。通过测试T5557卡一共可以存放多少字节的信息。u 为什么ID4100钥匙扣只能读地址而不能写地址？u“读地址”、“写地址”处的数据代表什么含义？与16进制的单字节整数有什么关系？u 改变超高频卡与天线的距离，观察超高频灵敏度。说出灵敏度和距离与天线的哪些因素有关？
