项目二门禁系统

1、项目二：项目二：125kHz125kHz物联网射频卡应用物联网射频卡应用 门禁系统门禁系统学习目标学习目标本项目的工作任务是掌握本项目的工作任务是掌握125kHz125kHz的物联网只读射频卡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。其相关应用系统设计的方法。理论知识要点理论知识要点125kHz125kHz物联网只读射频卡的特点。物联网只读射频卡的特点。125kHz125kHz物联网只读射频卡应用系统组成结构及工作原物联网只读射频卡应用系统组成结构及工作原理。理。技能训练要点技能训练要点能进行能进行1

2、25kHz125kHz物联网只读射频卡应用系统硬件设计。物联网只读射频卡应用系统硬件设计。能操作能操作125kHz125kHz物联网只读射频卡应用系统软件。物联网只读射频卡应用系统软件。2.1 2.1 任务导入：什么是射频卡门禁系统？任务导入：什么是射频卡门禁系统？门禁系统，又称门禁系统，又称出入管理控制系统出入管理控制系统，是一种，是一种管理人员管理人员进出的数字化管理系统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，它对出入门和通道的代化的、功能齐全的管理系统，它对出入门和通道的管理也早已超出了

3、单纯的对管理也早已超出了单纯的对门锁及钥匙的管理门锁及钥匙的管理。它不。它不止是作为进出口管理使用，而且还能有助于内部的有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。它能够序化管理。它能够时刻自动记录人员的出入情况时刻自动记录人员的出入情况，限限制内部人员的出入区域、出入时间制内部人员的出入区域、出入时间，礼貌地拒绝不速礼貌地拒绝不速之客之客。1 1、门禁系统、门禁系统常见的门禁系统有：常见的门禁系统有：密码门禁系统密码门禁系统IC IC 卡卡 ( ( 感应式感应式 IC IC 卡卡 ) ) 门禁系统门禁系统指纹虹膜掌型生物识别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

4、统？有哪些常见的门禁系统？常用门禁系统常用门禁系统2 2、门禁系统组成、门禁系统组成门禁系统控制器阅读器通讯设备服务器软件控制服务器门及门锁按钮开门按钮消防控制系统报警控制系统门卡控制器是门禁系统的核心，它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由一台微处理机和相应的外围电路组成。电路组成。如果将如果将阅读器比作系统的眼睛，阅读器比作系统的眼睛，将电磁锁比作系统的手，那么将电磁锁比作系统的手，那么控制器就是系统的大脑控制器就是系统的大脑，由它，由它来决定某一张卡是否为本系统来决定某一张卡是否为本系统已注册的有效卡，该卡是否符已注册的有效卡，该卡是否符合所限定的时间段，从而控制合所限

5、定的时间段，从而控制电磁锁是否打开。电磁锁是否打开。负责整个系统输入、输出信息负责整个系统输入、输出信息的处理和储存，控制等等。的处理和储存，控制等等。门禁控制器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。给控制器的设备。阅读器（识别仪）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。的材料、出门要求等需求选取不同的锁具。电控锁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门禁卡是开门的钥匙。可以在卡片上打印持卡人的个

6、人照片、个人信息等，开门卡、胸卡合二为一。人照片、个人信息等，开门卡、胸卡合二为一。 门禁卡门禁卡出门按钮：按一下打开门的设备，适用于对出门无限出门按钮：按一下打开门的设备，适用于对出门无限制的情况。制的情况。 门门 磁：用于检测门的安全磁：用于检测门的安全/ /开关状态等。开关状态等。 电电 源：整个系统的供电设备，分为普通和后备式源：整个系统的供电设备，分为普通和后备式（带蓄电池的）两种。（带蓄电池的）两种。 其它设备其它设备 传输部分主要包含传输部分主要包含电源线和信号线电源线和信号线。如门禁控制器、。如门禁控制器、读卡器、电控锁都需要供电；门禁控制器同读卡器、读卡器、电控锁都需要供电；

7、门禁控制器同读卡器、门磁之间的信号线；等等。门磁之间的信号线；等等。传输部分传输部分通过通过RFIDRFID技术，验证电子钥匙（射频门禁卡）的合技术，验证电子钥匙（射频门禁卡）的合法性，控制电子门锁的开启法性，控制电子门锁的开启；对射频门禁卡信息进行对射频门禁卡信息进行管理管理；对用户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同时记录出入信息作为考勤管理考勤管理。实现自动、安全的射频门禁管理目标。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该门禁系统的设计目的是实现人员出入控制、考勤数人员出入控制、考勤数据采集、数据统计和信息查询据采集、数据统计和信息查询过程的自动化

8、；方便人过程的自动化；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。人员出勤情况。3 3、门禁系统设计目标、门禁系统设计目标刷卡开门刷卡开门按钮开门按钮开门时间段设置时间段设置报警功能报警功能定时事件定时事件局域网互联功能局域网互联功能远程控制远程控制实时监控实时监控时间校正时间校正记录存储功能记录存储功能市场应用门禁系统具体的功能需求市场应用门禁系统具体的功能需求卡片使用模式：卡片使用模式：采用采用125kHz125kHz非接触式物联网射频卡。非接触式物联网射频卡。刷卡开门：刷卡开门：用户进入门禁管制区域时需刷卡，读卡器用户进

9、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。报警，同时记录用户刷卡事件。管理控制：管理控制：控制器的记录进行收集管理，可增加、删控制器的记录进行收集管理，可增加、删除、更新用户信息。除、更新用户信息。记录存储：记录存储：系统可将门禁控制器运行产生的所有用户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

10、进行处理。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实验门禁系统项目实现的功能125kHz125kHz物联网射频卡主要有台湾物联网射频卡主要有台湾40014001卡、瑞士微电卡、瑞士微电EM4100EM4100（H4001H4001）卡、）卡、EM4150EM4150卡、卡、EM4609EM4609卡、卡、Temic Temic e5551e5551卡、卡、Atmel T5557Atmel T5557卡、卡、Atmel AT88RF256-12Atmel AT88RF256-12卡、等卡、等。使用较多的是台湾使用较多的是台湾40014001卡、卡、瑞士微电瑞士微电EM4100EM4

11、100卡卡，卡，卡内主芯片分别是内主芯片分别是40014001和和EM4100EM4100，它们都是，它们都是只读型射只读型射频卡频卡，均都采用均都采用125kHz125kHz的典型工作频率的典型工作频率。2.2 125kHz2.2 125kHz物联网射频卡物联网射频卡EM4100(EM4100(原名原名H4100)H4100)是一款用于是一款用于RFRF只读收发器的只读收发器的CMOSCMOS集成电路集成电路。这个芯片通过放置于电磁场中。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圈的一端得到运行时使用的主时钟。通过开启和关闭

12、调制电流的钟。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方式，芯片可以把工厂预编程的64bit64bit标签信息标签信息返回给阅读器。返回给阅读器。通过激光熔断集成电路内部多晶通过激光熔断集成电路内部多晶硅连接的方式，可以为硅连接的方式，可以为每一个芯每一个芯片编程一个唯一的识别码片编程一个唯一的识别码。2.2.1 EM41002.2.1 EM4100射频卡简介射频卡简介EM4100EM4100芯片只有芯片只有4 4个引脚。个引脚。4 4个引脚分别为电源个引脚分别为电源VDDVDD、电源地、电源地VSSVSS、天线线圈连接端、天线线圈连接端 COIL1COIL1、 COIL2COIL

13、2。1.EM41001.EM4100芯片引脚设置芯片引脚设置EM4100EM4100芯片内核消耗很低的功率，因此应用电路没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。有必要增加一个电源缓冲电容。EM4100EM4100内部已经集内部已经集成了一个成了一个74pF74pF的并联谐振电容。一个外部线圈连接到的并联谐振电容。一个外部线圈连接到EM4100EM4100就可以实现芯片的典型应用就可以实现芯片的典型应用2.EM41002.EM4100射频卡典型的操作配置射频卡典型的操作配置激光可编程的激光可编程的64bit Memory64bit Memory空间空间提供多种数据率和

14、编码方式选择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谐振电容片内集成电源缓冲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电压限位功能片内集成全波整流片内集成全波整流低阻抗器件提供大调制深度低阻抗器件提供大调制深度100-150kHz100-150kHz工作频率工作频率非常小的芯片尺寸，方便植入非常小的芯片尺寸，方便植入非常低的功耗非常低的功耗3.EM41003.EM4100射频卡芯片特点射频卡芯片特点2.2.2 EM41002.2.2 EM4100射频卡内部电路框图射频卡内部电路框图EM4100通通过外部线圈过外部线圈的电磁场传的电磁场传导的方式获导的方式获得能量。线得能量

15、。线圈上的交流圈上的交流电压信号经电压信号经过整形变成过整形变成直流，为芯直流，为芯片内部电路片内部电路提供工作电提供工作电压。只要芯压。只要芯片供电仍然片供电仍然持续，标签持续，标签信息就会不信息就会不停地循环发停地循环发送出来。送出来。EM4100EM4100提供多种选项（注：修改集成电路内提供多种选项（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部的金属线连接。）定义编码类型和数据速率。率。编码数据编码数据bitbit的发送速率可以是的发送速率可以是6464，3232或者或者1616个个载波周期载波周期；数据编码方式可以是数据编码方式可以是曼切斯特编码（曼切斯特编码（Manc

16、hesterManchester），双相编码（），双相编码（BiphaseBiphase）或者相移）或者相移键控（键控（PSKPSK）。2.2.3 EM41002.2.3 EM4100编码描述编码描述曼切斯特编码是在曼切斯特编码是在一个数据一个数据bitbit发送期间的中点总会产发送期间的中点总会产生一个从开到关或者从关到开的翻转生一个从开到关或者从关到开的翻转。数据。数据bitbit从从0 0到到1 1或者从或者从1 1到到0 0变化时，相位发生改变。下图中数据流值变化时，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。的高电平表示调制器开关打开，低电平表示关闭。1

17、1、曼切斯特编码、曼切斯特编码双相编码是在双相编码是在每一个每一个bitbit的起始时刻，会发生一次翻转的起始时刻，会发生一次翻转。逻辑。逻辑1 1的传送期间状态保持不动，逻辑的传送期间状态保持不动，逻辑0 0的传送期间的传送期间在中间发生一次状态翻转。在中间发生一次状态翻转。2 2、双相编码、双相编码曼彻斯特和双相编码模式的曼彻斯特和双相编码模式的ICIC存储单元。存储单元。 64bit 64bit MemoryMemory空间。空间。2.2.3 EM41002.2.3 EM4100中的中的ICIC存储单元存储单元1 11 11 11 11 11 11 11 11 1D00D00D13,D1

18、3,该该8bit为厂商自为厂商自定义信息；定义信息；P0 P1为行校验为行校验位位D00D00D01D01D02D02D03D03P0P0D10D10D11D11D12D12D13D13P1P1D20 D20 D93 D93，32bit为可编程为可编程ROM数据，用来唯一标识该卡数据，用来唯一标识该卡片片，P2 P9为对应的行校验为对应的行校验位位D20D20D21D21D22D22D23D23P2P2D30D30D31D31D33D33D33D33P3P3D40D40D41D41D42D42D43D43P4P4D50D50D51D51D52D52D53D53P5P5D60D60D61D61D

19、62D62D63D63P6P6D70D70D71D71D72D72D73D73P7P7D80D80D81D81D82D82D83D83P8P8D90D90D91D91D92D92D93D93P9P9列校验位列校验位PC0PC0PC1PC1PC2PC2PC3PC30 09bit的的头信息头信息行检验位行检验位列检验位列检验位40个数据位个数据位停止位停止位2.3 125kHz2.3 125kHz射频卡门禁系统原理射频卡门禁系统原理硬件部分硬件部分软件部分是在软件部分是在Windows xpWindows xp操作系统下设计实现，其包括阅读器端操作系统下设计实现，其包括阅读器端MCUMCU程序和程

20、序和PCPC端的门禁系统管理系统两部分。端的门禁系统管理系统两部分。阅读器端阅读器端MCUMCU程序程序包括只读包括只读EM4100EM4100射频门禁卡的编码识别与分析程射频门禁卡的编码识别与分析程序及与序及与PCPC通信的串口程序，是基于通信的串口程序，是基于Keil uVision4Keil uVision4环境开发的环境开发的MCUMCU程序程序。PCPC端的门禁系统管理系统软件包括端的门禁系统管理系统软件包括管理界面与数据库设计管理界面与数据库设计两部分。两部分。 管理界面部分是基于管理界面部分是基于Visual C+6.0Visual C+6.0，应用，应用MFCMFC进行界面设计

21、进行界面设计，以先施提，以先施提拱串口通信拱串口通信APIAPI软件开发组件，完成读卡等功能操作。软件开发组件，完成读卡等功能操作。 数据库设计部分是用数据库设计部分是用MySQLMySQL数据库设计完成数据库设计完成，其中，其中Visual C+6.0Visual C+6.0利用利用ODBC APIODBC API实现实现MySQLMySQL数据库功能调用。数据库功能调用。关于软件部分本节强调关于软件部分本节强调阅读器与射频卡、阅读器与阅读器与射频卡、阅读器与MCUMCU、MCUMCU与与PCPC机间机间通信通信。软件部分完成软件部分完成门禁系统的发卡及出入管理门禁系统的发卡及出入管理，包括

22、，包括建立用户数据库建立用户数据库、关联关联用户和卡号用户和卡号、记录出入刷卡时间记录出入刷卡时间、导入导出记录数据查询和分析导入导出记录数据查询和分析等功能等功能。软件部分软件部分2.3.1 125kHz2.3.1 125kHz门禁阅读器结构原理门禁阅读器结构原理2.3.2 125kHz2.3.2 125kHz门禁阅读器电路门禁阅读器电路天线部分只涉及到天线部分只涉及到一个电容、一个电阻和线圈一个电容、一个电阻和线圈，但是，但是各个器件的值一定要比较精确。从两个天线端口出来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，经过电容、电阻和线圈可以组成一个LCL

23、C串联谐振选串联谐振选频回路，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的谐振频率为2.3.3 125kHz2.3.3 125kHz门禁阅读器天线设计原理门禁阅读器天线设计原理LCf2102.4 125kHz 2.4 125kHz 射频卡门禁系统硬件设计射频卡门禁系统硬件设计2.4.1 125kHz 2.4.1 125kHz 门禁阅读器硬件结构门禁阅读器硬件结构2.4.2 2.4.2 核心模块核心模块M106BWNL-34M106BWNL-34支持支

24、持EMEM、TKTK及其兼容卡片；及其兼容卡片；超小体积，仅超小体积，仅32.5mm32.5mm17.5mm;17.5mm;低功耗，读卡电流低功耗，读卡电流29mA29mA。基于模块的扩展功能很强可根据用户要求修改软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件定制个性化模块, ,不用改变线路板。不用改变线路板。通用协议：通用协议：UART: UART: 适用于适用于PCPC机或机或8 8位位UARTUART的单片机，波特率可选的单片机，波特率可选。支持韦根支持韦根-34-34：通用读卡器接口。：通用读卡器接口。自带看门狗。自带看门狗。供电电源控制和指示。供电电源控制和指示。M1

25、06BWNL-34M106BWNL-34功能特点功能特点管管脚脚符号符号描述描述管脚管脚符号符号描述描述1 1VCCVCCDC5V,DC5V,与与21 脚脚内部已经连接内部已经连接8 8TX1TX1天线接口天线接口12 2GNDGND地地9 9TX2TX2天线接口天线接口23 3TXD/TXD/W WG1G1 TXDTXD用于串口用于串口数据输出数据输出/WG1 为韦根为韦根DATA01010CLKCLK串口型号有效串口型号有效 0:连续输出串口数据连续输出串口数据 1：有卡只输出一：有卡只输出一次次4 4WG2WG2韦根韦根DATA11111STATUSSTATUS_OUTPU_OUTPUT

26、 T有无卡状态指示（有无卡状态指示（1：无卡指示；无卡指示；0：有卡：有卡指示）指示）1212NCNC必须悬空必须悬空M106BWNL-34M106BWNL-34引脚引脚线圈3V，5V选择125khz阅读器模块子板接口子板接口供电指示RFID RFID 实训平台实训平台-125kHz-125kHz模块模块IF1IF1引脚号引脚号信号名称信号名称功能说明功能说明备注备注1GND电源地GND和DGND可以外部短接2P5V5V供电输入如果阅读器模块使用5V电源，需要从此端口送入5V。3WG1_125k阅读器韦根接口信号及电源控制信号。4ACT_FLAG_125k1：无卡指示；0：有卡指示5WG2_1

27、25k6VCCN_125k供电开关7DGND电源地GND和DGND可以外部短接8D3V33.3V供电输入如果阅读器模块使用3.3V电源，需要从此端口送入3.3V。IF2IF21-8NC未连接-阅读器模块外围接口阅读器模块外围接口2.5 125kHz2.5 125kHz射频卡门禁系统软件设计射频卡门禁系统软件设计门禁系统需求分析门禁系统需求分析125kHz 125kHz 门禁功能门禁功能刷卡系统刷卡系统识别独特卡号；识别独特卡号；显示卡号；显示卡号；响铃及响铃及LEDLED指示；指示；继电器控制；继电器控制；电子锁延迟开、关；电子锁延迟开、关；发卡系统发卡系统建立用户数据库；建立用户数据库；关联用户和卡号；关联用户和卡号；刷卡记录；刷卡记录；导入导出；导入导出；2.5.1