項目二125KHz物聯網射頻卡應用—門禁系統2.1任務導入：什么是射頻卡門禁系統？一、門禁系統的概念門禁系統，又稱出入管理控制系統，是一種管理人員進出的數字化管理系統。二、門禁系統種類

常見的門禁系統有：

密碼門禁系統（由于其本身的安全性弱和便捷性差已經面臨淘汰。）IC卡(感應式IC卡)門禁系統（接觸式和非接觸式）

指紋虹膜掌型生物識別門禁系統（生物識別門禁系統安全性高，但成本高，由于拒識率和存儲容量等應用瓶頸問題而沒有得到廣泛的市場認同。）2.1.1門禁系統組成門禁系統由閱讀器、控制器、電磁鎖、識別卡和計算機軟件控制服務器組成。如圖2-2所示。圖2-2門禁系統組成1、門禁控制器門禁控制器是門禁系統的核心部分，相當于計算機的CPU，它負責整個系統輸入、輸出信息的處理和儲存，控制等等。2.閱讀器（識別儀）閱讀器是讀取射頻門禁卡片中數據信息并將信息傳送給控制器的設備。

3.電控鎖電控鎖是門禁系統中鎖門的執行部件。用戶應根據門的材料、出門要求等需求選取不同的鎖具。4.門禁卡門禁卡是開門的鑰匙。可以在卡片上打印持卡人的個人照片、個人信息等，開門卡、胸卡合二為一。

5.其它設備

出門按鈕：按一下打開門的設備，適用于對出門無限制的情況。

門磁：用于檢測門的安全/開關狀態等。

電源：整個系統的供電設備，分為普通和后備式（帶蓄電池的）兩種。

6.傳輸部分

傳輸部分主要包含電源線和信號線。如門禁控制器、讀卡器、電控鎖都需要供電；門禁控制器同讀卡器、門磁之間的信號線；等等。2.1.2門禁系統設計目標通過RFID技術，驗證電子鑰匙（射頻門禁卡）的合法性，控制電子門鎖的開啟；對射頻門禁卡信息進行管理；對用戶信息進行管理。同時記錄出入信息作為考勤管理.實現自動，安全的射頻門禁管理目標。該門禁系統的設計目的是實現人員出入控制、考勤數據采集、數據統計和信息查詢過程的自動化；方便人員進出開鎖與報到，方便管理人員統計、考核實驗室人員出勤情況。2.1.2門禁系統功能需求市場應用門禁系統具體的功能需求如下：卡片使用模式：可采用非接觸式射頻卡和韋根卡。刷卡開門：用戶進入門禁管制區域時需刷卡，閱讀器讀取信息后，將信息傳輸到主機，主機首先判斷該信息是否合法，如合法則發出開門指令，不合法則發出報警，同時記錄用戶刷卡事件。按鈕開門：對于安全級別較低的門禁管制區域或者不需雙向管制的區域，用戶可選擇按鈕開關門；出入等級控制：系統可任意對卡片的使用時間、使用地點進行設定，即對不同的卡片進行時區管制和節假日管制、有效期管制、訪問區域的管制。具有合法權限的用戶才可開門，對非法行為系統將會報警。時間段設置：不同的用戶的時段和訪問區域可編程設置，同時對某些安全性較高的門禁區域，必須有多卡認證功能，必須多用戶在規定時間內刷卡才能開門。報警功能：如發生控制器異常、非法卡開門、強制開門、開門超時、閱讀器或者控制器被破壞等事件時則系統將發出報警信號、并記錄事件。定時事件：系統可設置定時事件，對某些門禁管制區域實施定時開關門處理；互鎖判斷功能：系統可對某些管制區域設置互鎖條件，當輸人端口狀態滿足互鎖條件的時候方可進行開關門處理。局域網互聯功能：門禁控制器可通過局域網與管理系統互聯，共同完成對出入口的監控和管理。上位機管理系統可對控制器進行參數的設置和初始化，并對控制器的記錄進行收集管理，可增加、刪除、更新用戶信息，節假日信息、時段信息等。遠程控制：門禁管理系統通過網絡可遠程控制門鎖的開啟和關閉。實時監控：門禁管理系統實時監控各個門的狀態和用戶的刷卡信息。時間校正：上位機管理系統可對門禁控制器進行時間的校正。記錄存儲功能：系統可將門禁控制器運行產生的所有用戶刷卡事件、報警時間等記錄，便于進行用戶的考勤管理和發生事故后及時進行處理。依據專業特點及對知識點的要求，本課程門禁系統項目實施的需求功能如下：卡片使用模式：采用125KHz非接觸式物聯網射頻卡。刷卡開門：用戶進入門禁管制區域時需刷卡，讀卡器讀取信息后，將信息傳輸到主機，主機首先判斷該信息是否合法，如合法則發出開門指令，不合法則發出報警，同時記錄用戶刷卡事件。管理控制：控制器的記錄進行收集管理，可增加、刪除、更新用戶信息。記錄存儲：系統可將門禁控制器運行產生的所有用戶刷卡事件、報警時間等記錄，便于進行用戶的考勤管理和發生事故后及時進行處理。2.2125KHz物聯網射頻卡125KHz物聯網射頻卡主要有臺灣4001卡、瑞士微電EM4100（H4001）卡、EM4150卡、EM4609卡、Temice5551卡、AtmelT5557卡、AtmelAT88RF256-12卡、等。其中使用較多的是臺灣4001卡、瑞士微電EM4100卡，卡內主芯片分別是4001和EM4100，它們都是只讀型射頻卡，均都采用125kHz的典型工作頻率。本項目使用EM4100卡作為門禁系統門卡，故只詳細介紹EM4100卡相關內容。2.2.1EM4100射頻卡簡介EM4100(原名H4100)是一款用于RF只讀收發器的CMOS集成電路。這個芯片通過放置于電磁場中的外部線圈獲得電源，同時從線圈的一端得到運行時使用的主時鐘。通過開啟和關閉調制電流的方式，芯片可以把工廠預編程的64bit標簽信息返回給閱讀器。通過激光熔斷集成電路內部多晶硅連接的方式，可以為每一個芯片編程一個唯一的識別碼。EM4100提供多種選項（注：修改集成電路內部的金屬線連接。）定義編碼類型和數據速率。編碼數據bit的發送速率可以是64，32或者16個載波周期；數據編碼方式可以是曼切斯特編碼（Manchester），雙相編碼（Biphase）或者相移鍵控（PSK）。1、EM4100芯片引腳設置EM4100芯片只有4個引腳，引腳設置如圖2-7所示。4個引腳分別為電源VDD、電源地VSS、天線線圈連接端COIL1、COIL2。2、EM4100射頻卡典型的操作配置EM4100芯片內核消耗很低的功率，因此應用電路沒有必要增加一個電源緩沖電容。EM4100內部已經集成了一個74pF的并聯諧振電容。一個外部線圈連接到EM4100就可以實現芯片的典型應用，EM4001典型配置如圖2-8所示。3、EM4100射頻卡芯片特點

激光可編程的64bitMemory空間

提供多種數據率和編碼方式選擇

片內集成諧振電容

片內集成電源緩沖電容

片內集成電壓限位功能

片內集成全波整流

低阻抗器件提供大調制深度100-150kHz工作頻率

非常小的芯片尺寸，方便植入

非常低的功耗2.2.2EM4100射頻卡內部電路框圖EM4100芯片內部功能模塊有時鐘提取器，時序器、全波整流器、數據調制器、數據編碼器、記憶陣列、諧振電容組成，如圖2-9所示。2.2.3EM4100編碼描述EM4100提供多種選項，定義編碼類型和數據速率。編碼數據bit的發送速率可以是64，32或者16個載波周期；數據編碼方式可以是曼切斯特編碼（Manchester），雙相編碼（Biphase）或者相移鍵控（PSK）。1、曼切斯特編碼

曼切斯特編碼是在一個數據bit發送期間的中點總會產生一個從開到關或者從關到開的翻轉。數據bit從0到1或者從1到0變化時，相位發生改變。下圖中數據流值的高電平表示調制器開關打開，低電平表示關閉。2、雙相編碼

雙相編碼是在每一個bit的起始時刻，會發生一次翻轉。邏輯1的傳送期間狀態保持不動，邏輯0的傳送期間在中間發生一次狀態翻轉。3、PSK編碼PSK編碼是在每一個載波周期，調制開關交替地開啟和關閉，當檢測到一個相位移動時，表示邏輯0發送了，如果經過一個數據位傳送周期，還沒有檢測到相位移動，表示發送了一個邏輯1。2.2.3EM4100中的IC存儲單元1、曼徹斯特和雙相編碼模式的IC存儲單元EM4100包含被分成5組的64bit數據信息。其中9bit的頭信息，10位行校驗信息（P0-P9），4列校驗位（PC0–PC3），40個數據位（D00-D39）以及設置成0的一個停止位。如下圖所示。111111111D00~D13,該8bit為廠商自定義信息；P0~P1為行校驗位D00D01D02D03P0D10D11D12D13P1D20~D93，32bit為可編程ROM數據，用來唯一標識該卡片，P2~P9為對應的行校驗位D20D21D22D23P2D30D31D33D33P3D40D41D42D43P4D50D51D52D53P5D60D61D62D63P6D70D71D72D73P7D80D81D82D83P8D90D91D92D93P9列校驗位PC0PC1PC2PC302、PSK模式的IC存儲單元PSK編碼的IC的P0和P1為奇校驗比特，總是0。P2到P9為偶校驗比特。列校驗PC0到PC3bit的計算包括版本信息比特，都是為偶校驗。2.3125KHz射頻卡門禁系統原理射頻卡門禁系統包括軟件和硬件兩部分，本項目設計的門禁系統功能框圖如圖2-14所示。2.3.1125KHz門禁閱讀器結構原理圖2-15閱讀器結構原理框圖2.3.2125KHz門禁閱讀器電路原理125KHz門禁射頻卡閱讀器電路原理圖如圖2-16所示。2.4

125KHz射頻卡門禁系統硬件設計

M106BWNL-34是閱讀器核心模塊，采用125KHz射頻基站。當有卡靠近模塊時，模塊會以韋根或UART方式輸出ID卡卡號，用戶僅需簡單的讀取即可，該讀卡模塊完全支持EM、TK及其兼容卡片的操作，非常適合于門禁、考勤等系統的開發。M106BWNL-34同時提供了板載天線和供電控制電路，并有電源供電指示LED等外圍支持電路。用戶可以通過IF1接口把此模塊接入自己的系統，從而為自己的系統實現RFID閱讀器功能。圖M106BWNL-34模塊及