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

隨著科學技術的發(fā)展，網絡的普及，智能門禁系統(tǒng)應運而生，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、網絡型門禁和聯(lián)網型門禁。本文介紹非接觸 IC 卡 （感應式 ）網絡型門禁系統(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（RFID技術）和IC卡技術相結合，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制作而成。射頻卡通過射頻感應從讀卡器獲取能量和交換數據，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，芯片內保存著一定格式的電子數據，作為待識別物的標識性信息，是射頻識別系統(tǒng)的數據載體。內置天線用于和射頻天線間進行通訊，卡內芯片得到工作需要的能量后，會將存儲區(qū)的數據加密，以調制信號的方式經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、解密成新的數據寫入芯片。這些數據能被重復讀、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據的發(fā)射和接受裝置。讀卡器是讀、寫RF卡信息的設備，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卡上其他相關信息傳輸給控制器處理。讀卡器采用磁感應技術，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）時，會觸發(fā)RF卡上的線圈產生電流，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門禁控制器（ACU）上傳給網絡主控制器（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。網絡主控制器（NCU）的微處理器將接收的數據信息與自帶存儲器內的信息進行比對，判斷該卡是否授權，根據判斷結果決定開鎖或閉鎖。同時，網絡主控制器（NCU）向服務器傳送進、出門信息。服務器可以通過NCU下載相關卡片授權信息，也可以通過軟件控制NCU， 它與局域網緊密整合，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），它利用了先進的調制、解調概念，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、解碼電路，數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?，主要負責射頻基站和串行通訊部分的初始化、與上位機的串行數據通訊、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）、網絡主控制器（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）、網絡主控制器（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）用作終端設備和網絡主控制器間的聯(lián)絡通訊，并直接控制終端設備；

（2）聯(lián)動控制器（MCU）用來傳遞消防聯(lián)動信號；

（3）網絡主控制器（NCU）主要用于存儲感應卡資料數據，完成總線聯(lián)網功能；

（4）讀卡器讀取感應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、關狀態(tài)；

（7）開門按鈕是大樓內人員的出門開關；

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，網絡主控制器是門禁系統(tǒng)的核心部件，存儲感應卡權限和刷卡記錄，處理所有終端設備上傳信息，負責與服務器通訊和其他數據存儲器協(xié)調，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，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）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側墻體高出地面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）內置了門磁，用來探測門的狀態(tài)。磁力鎖鎖體通電后產生磁力，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，通過電流的通斷驅動鎖舌的伸出或縮回來鎖門或開門。通電后，內置電磁鐵吸合，鎖舌下降插入鎖孔，完成關門動作；斷電后內置電磁鐵磁力消失，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?？刂破鞑捎眉锌刂品绞健CU、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合的辦法，放在一個比較適當的位置。其中：一個門禁電氣組和服務器（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部不含NCU及MCU，二者通過RS485總線與附近的門禁電氣組內的NCU及MCU連接共用。

系統(tǒng)配置了門禁控制器和網絡主控制器。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絡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絡，通過RS485聯(lián)網轉換設備（網絡交換機），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、鋼質防火門及自動單開玻璃門，其中鋼質防火門用磁力鎖，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、關受門禁主控制器（NCU）開關信號控制。

門禁系統(tǒng)最小運行單元結構示意圖如圖2所示。

圖2 門禁最小運行單元結構示意圖

該示意圖是一個門的控制點的結構示意圖。相連與門禁控制器（ACU）的組網線是：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通過網線連接到最近的局域網網絡交換機。

門禁控制器是門禁系統(tǒng)的核心數據處理和存儲部分，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。RS485總線連接方式保證事件的計算機響應在0.5秒以內，聯(lián)動事件的動作響應在4秒以內。即遇到緊急情況如發(fā)生火災時，火災報警控制系統(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傳遞數據的，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的穩(wěn)定。以下是本系統(tǒng)各大樓門禁網絡結構圖。值班樓門禁系統(tǒng)網絡結構圖如圖3所示。

圖3 值班樓門禁系統(tǒng)網絡結構圖

發(fā)射機房門禁系統(tǒng)網絡結構圖如圖4所示。

圖4 發(fā)射機房門禁系統(tǒng)網絡結構圖

短波機房門禁系統(tǒng)網絡結構圖如圖5所示。

圖5 短波機房門禁系統(tǒng)網絡結構圖

辦公樓和會議樓門禁系統(tǒng)網絡結構圖如圖6所示

系統(tǒng)的網絡結構，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)軟件的安裝應用

漢軍Enitor門禁管理系統(tǒng)是基于SQL數據庫上運行的多用戶多任務系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件采用全中文菜單，人性化、形象化設計，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，進行相應的時鐘、授權和統(tǒng)計工作。該軟件有圖形控制界面，有很高的數據安全性，可以任意導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)局域網之間的數據服務。

該系統(tǒng)基于Windows操作系統(tǒng)上的32位應用系統(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)網絡結構圖

（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)支持權限內對房門進行布防和撤防操作。

（7）兩種運行狀態(tài)。系統(tǒng)有局域網聯(lián)機運行和網絡主控制器獨立控制運行兩種狀態(tài)。

（8）網絡主控制器的通訊功能。分散的控制器組成多層次模塊化結構，所有分布式門禁控制器在同一分層RS485總線上自主工作，每個獨立網絡主控制器利用局域網進行數據通信，如管理中心與主控制器之間出現(xiàn)通訊故障，各點網絡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)局域網內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，可以指定局域網內任意一臺電腦為管理機。

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

（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構，局域網內主控制器具有可擴展性。

五、需要注意的地方

（1）進出門時需關注各門禁點終端部件（讀卡器、出門開關和門插等）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)設置多種功能，方便單位內部管理，為員工提供高效經濟的工作和生活環(huán)境，增強了各大樓的安全防范能力。