門禁的大腦--門禁控制器5、門禁控制器的通訊方式1

門禁控制器就是大腦**，需要發(fā)送各種命令，需要與上級通訊，接收管理中心的指令，需要接收從讀卡器傳來的讀卡數(shù)據(jù)，需要給電鎖下命令，需要接收按鈕傳來的開關(guān)信號，還有各種報警器的信號，就需要不同的通訊方式和通訊協(xié)議，就像是電報密碼一樣，一方面寫密碼，把指令或者數(shù)據(jù)發(fā)送出去，一方面破譯密碼，接收發(fā)送來的數(shù)據(jù)和指令。
不同廠家的門禁控制器與讀卡器之間有不同的通訊方式，常見的有rs485通訊方式、rs-232通訊方式、w26通訊方式、w34通訊方式等。中國臺灣產(chǎn)的門禁控制器比較喜歡rs485和加強型的rs232方式，大陸控制器到讀卡器之間的通訊方式，比較習(xí)慣使用的是w26和w34通訊方式。其中rs485的通訊距離較遠，理論上手拉手連接可以達到1200米，當(dāng)然，多數(shù)情況我們用的線材不會那么標(biāo)準(zhǔn)，再加上環(huán)境的干擾，實際有效通訊距離會在800米以內(nèi)，因為rs485是差動傳輸，也就是數(shù)據(jù)是通過兩條信號線（485+和485-）之間的電壓差比較值來傳送的，至于門禁控制器和讀卡器之間是否共用地線倒無所謂，而兩條線之間的雙絞就變得非常重要，因為通過雙絞可以將線路中的正負干擾抵消，有效地降低干擾影響，如果線路外再有屏蔽，屏蔽層做好接地，那就**了，不過與屏蔽相比較來講，雙絞為重要，所以標(biāo)準(zhǔn)的rs485通訊線的可以選擇線材是2*1.0的屏蔽雙絞線，這種線市場上很難買到，施工人員都拿**五類網(wǎng)線來代替。因為rs485的通訊距離遠，采用這種方式做為讀卡器的通訊方式，可以將門禁控制器集中放在一起，便于管理。rs485通訊方式做為讀卡器的通訊也有其弊端，因為一條rs485通訊線上可以連接多個讀卡器，需要設(shè)定讀卡器的地址號碼，操作比較麻煩，并且一旦停電或受到干擾，萬一軟性設(shè)置的地址碼丟失，門禁將無法開門，同時一條線上，接多個讀卡器，線路也會比較混亂。還應(yīng)當(dāng)注意的是，rs485通訊方式佳連線方法是手拉手連接，就是從門禁控制器起點到**臺讀卡器，再從**臺讀卡器連線到*二臺讀卡器，以此類推，而如果采用星形連接（就是從門禁控制器直接連到每一臺讀卡器），很可能通訊會有問題。rs485通訊的抗干擾能力還會受到傳輸速率的影響，傳輸速率越快，抗干擾能力越差，傳輸速率就是平時所說的波特率，魚和熊掌不可兼得，傳輸速率和抗干擾不能兩全，使用者必須自己做出取舍。
這里所說的門禁控制器到讀卡器之間的rs-232通訊方式，不是我們常用的rs-232通訊，常規(guī)rs-232通訊的傳輸距離只有十幾米，根本無法連接讀卡器，而用在讀卡器上的rs-232通訊是在原來的基礎(chǔ)上做了一定的信號加強和改進，使通訊距離可以達到100米以上。采用這種通訊方式的設(shè)備并不多，并且采用這種通訊方式的門禁控制器，必須配套其自有的讀卡器，通用性不大，我們這里也不做太多的介紹。
我們要著重介紹一下國內(nèi)門禁常用的w26和w34通訊方式，這兩種通訊方式的原理基本相同只是傳送的位數(shù)不同而已，w26是26位，w34是34位，扣除奇校驗位和偶校驗位，w34傳送過來的數(shù)據(jù)共32位，8位為一個字節(jié)，卡號是4個字節(jié)的，而w26傳送過來的數(shù)據(jù)共24位，8位為一個字節(jié)，卡號是3個字節(jié)的。不論卡上的字節(jié)數(shù)有多少，讀卡器只將其后的幾個字節(jié)傳送給門禁控制器，比如大多數(shù)125khz的em卡是5個字節(jié)的，如果選用w26讀卡器，門禁控制器能夠讀到的就只有3個字節(jié)，如果選用w34讀卡器，門禁控制器能夠讀到的就是4個字節(jié)。在這里要強調(diào)一下，字節(jié)數(shù)不等于數(shù)字位數(shù)，一個字節(jié)是八位二進制數(shù)字，相當(dāng)于兩位16進制數(shù)字，大數(shù)值為256。
wiegand通訊協(xié)議是**上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,就像大家都說的普通話，按照這個標(biāo)準(zhǔn)說大家都能聽得懂，這個協(xié)議特別適合門禁控制器和讀卡器之間通訊，wiegand通訊協(xié)議有很多格式，常用的是26-bit、34-bit 等格式，而標(biāo)準(zhǔn)26-bit 格式是一個開放式的格式，這個格式是通行的普通話。26-bit格式已經(jīng)成為廣泛使用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)門禁控制系統(tǒng)都采用標(biāo)準(zhǔn)26-bit格式作為門禁控制器與門禁讀卡器之間的通訊。
wiegand傳感器是由一根雙穩(wěn)態(tài)磁敏感合金絲外面纏上感應(yīng)線圈，在交變磁場中，當(dāng)敏感合金絲的某一極性磁場達到觸發(fā)磁感應(yīng)的強度時，敏感合金絲中的磁疇受到激勵會發(fā)生運動，磁化方向瞬間轉(zhuǎn)向同一方向，導(dǎo)致在敏感合金絲周圍空間磁場也發(fā)生瞬間變化，磁場變化產(chǎn)生電流，外面纏的感應(yīng)線圈中感應(yīng)出一個電流脈沖。磁場方向不變，敏感合金絲磁化方向?qū)⒈３植蛔?，沒有磁場變化，外面的感應(yīng)線圈也就沒有電脈沖信號輸出；但當(dāng)相反極性磁場增強達到觸發(fā)磁感應(yīng)的強度時，敏感合金絲磁化方向又瞬間發(fā)生翻轉(zhuǎn)，并在感應(yīng)線圈中形成一個方向相反的電脈沖信號，如此反復(fù)，就像發(fā)電報一樣，把無數(shù)個0和1傳送出去，這就是**消逝的電波。韋根傳感器便將讀卡器讀到的信息，通過交變磁場的磁信號轉(zhuǎn)換加強成交變電信號，承載著數(shù)據(jù)信息傳送給門禁控制器。wiegand接口通常由3根線組成，數(shù)據(jù)0（data0），通常采用綠色線，數(shù)據(jù)1(data1)，通常采用白色線，gnd：信號地（gnd），通常采用黑色線，這3條線負責(zé)傳輸wiegand信號。至于紅色+12v電源是給讀卡器供電，不承擔(dān)通訊任務(wù)，d0、d1在沒有數(shù)據(jù)輸出時都保持+5v高電平。若輸出數(shù)據(jù)0，則d0輸出一個低電平脈沖，若輸出數(shù)據(jù)1，則d1輸出一個低電平脈沖，負脈沖寬度tp=100微秒，周期tw=1600微秒，門禁控制器的wiegand接口接收到低電平信號即視為讀卡器發(fā)送數(shù)據(jù)，因為門禁控制器的芯片一般為3.3v供電，**2.6v視為有效低電平信號，如圖：
w26位輸出格式：e xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx o 其定義依次為：前12bit偶校驗、前12位、后12位、后12bit奇校驗，射頻卡讀取時的地區(qū)碼位8位可設(shè)置255個地區(qū)碼；射頻卡的卡號位16位，則可設(shè)置65536個卡號。以射頻卡為標(biāo)準(zhǔn)26位韋根格式為例，假設(shè)電子卡號碼為：地區(qū)碼 ：01，卡號：0001，韋根輸出為：1 0000 0001 0000 0000 0000 0001 0 前12bit偶校驗，后12bit奇校驗 。
w26和w34的通訊方式是電平傳輸，用來傳送數(shù)據(jù)的兩個接口端子是data0和data1，無數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)下，data0和data1對gnd保持5v左右的電壓，如果無數(shù)據(jù)狀態(tài)下，電壓不正常，設(shè)備會自動報警，顯示讀卡器異常。當(dāng)data0對gnd電壓**一個額定值（一般為2.6v）時，傳送的是數(shù)據(jù)“0”，當(dāng)data1對gnd電壓**一個額定值（一般為2.6v）時，傳送的是數(shù)據(jù)“1”，因為這個數(shù)據(jù)的傳送必須有一個共同的gnd做為比較，所以，當(dāng)門禁控制器與門禁讀卡器分開供電時，一定要把兩個電源的gnd連在一起，否則失去了電壓參照標(biāo)準(zhǔn)，會通訊數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，比如號碼亂變，或者通訊失敗，在門禁控制器連接指紋、面相識別、藍牙或2.4g遠距離讀卡器時，因為這些讀取設(shè)備電流較大，我們常常會單獨為其配置一個電源供電，這時候一定要注意把門禁控制器電源的gnd和讀卡器電源的gnd連在一起。我在以往的工作中經(jīng)常遇到指紋機或者遠距離讀卡器連接門禁控制器，出現(xiàn)通訊異常問題，有時還會出現(xiàn)卡號不穩(wěn)定，每次讀卡的號碼不同，或者干脆通訊不上，后檢查的結(jié)果常常是門禁控制器和門禁讀卡器之間的gnd沒有連接在一起的原因。當(dāng)然也有的讀卡器通訊部分做得不好，或者讀卡器線路不規(guī)范，受到干擾，也會出現(xiàn)類似的現(xiàn)象。
w26和w34的理論傳輸距離是100米，建議盡量**60米，如果線路較遠，就要選擇標(biāo)準(zhǔn)的線材，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，w26和w34讀卡器的標(biāo)準(zhǔn)通訊線是rvvp5*0.5五芯屏蔽線，為了便于施工和維護，線路顏色也盡量統(tǒng)一，其中紅線是電源+12v，黑線是電源gnd，黃是data0,綠線是data1，另外一根做讀卡器顯示燈和蜂鳴器的控制線，就是beep。讀卡器線有的只用四芯，把beep線省掉，也照樣讀卡開門，接了beep線，有效卡讀卡會聽到長滴一聲，顯示燈長亮一下，無效卡讀卡會聽到短促的滴滴滴三聲，顯示燈快閃三下，提示你，你的卡是無效的，省得有的人拿著無效卡罵門禁不好用。
因為都是對gnd比較，所以線路的雙絞對于w26和w34傳輸沒有任何意義，而屏蔽顯得尤為重要，尤其屏蔽層的接地一定要做好，只有這樣才能保證良好的通訊狀態(tài)。門禁控制器到門禁讀卡器之間連線不建議采用網(wǎng)線代替，一是網(wǎng)線一般是0.2mm粗，線徑明顯不夠，另外，網(wǎng)線多數(shù)都是單股線，在線路連接上，很容易接觸不好，尤其是有的懶得可愛的人，網(wǎng)線連接的地方也不用電烙鐵焊一下，用手一擰就大功告成，經(jīng)過長時間氧化，會導(dǎo)致通訊不暢，有甚者使用的還不是屏蔽的網(wǎng)線，相當(dāng)于把脆弱的w26和w34信號，暴露在林彈雨之中，誰敢保證它不會呢，一旦有干擾，會出現(xiàn)各種各樣稀奇古怪的問題，那時再想解決就難了。
正常w26和w34的數(shù)據(jù)傳輸過程中有兩個校驗位，我們可以通過軟件對門禁控制器設(shè)定讀到的數(shù)據(jù)是否校驗，如果設(shè)定為“校驗”，那么沒有發(fā)送校驗位的數(shù)據(jù)，將視為無效數(shù)據(jù)，當(dāng)然如果讀卡器沒有發(fā)送校驗位，數(shù)據(jù)也將同樣被視為無效，尤其是有些指紋機的數(shù)據(jù)傳送將會出現(xiàn)問題；如果設(shè)定為“不校驗”，那么就會出現(xiàn)一個其它無效數(shù)據(jù)混在正常的讀卡數(shù)據(jù)之中，查看管理軟件的讀卡記錄，會有很多無效卡的讀卡記錄，實際上就是干擾雜波導(dǎo)致的錯誤信息，這種情況下我們的建議是，盡量選擇“校驗”，因為這樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性會高，一旦選擇“校驗”之后，數(shù)據(jù)無法傳送，我們再將設(shè)置改為“不校驗”。常規(guī)設(shè)置中，使用標(biāo)準(zhǔn)配置的讀卡器，選擇“校驗”，配置指紋或其它讀取設(shè)備，選擇“不校驗”。如果在讀卡設(shè)定中選擇“校驗”，讀卡器的data0和data1反接就不會接收到數(shù)據(jù)，如果選擇了“不校驗”，讀卡器的data0和data1反接就會接收到讀卡信息，只是卡號會與正常完全不同。
w26和w34通訊方式理論傳輸距離雖然不如rs485通訊傳輸?shù)倪h，但因為門禁電鎖到電源的距離也不能**過60米，只要選好門禁控制器的位置，這個傳輸距離也完全可以滿足需求，因為門禁控制器上的讀卡器接口，每組data0和data1只能連接一個w26或w34讀卡器，所以接線非常簡單，并且不需要任何設(shè)置，也不會出現(xiàn)因為數(shù)據(jù)丟失導(dǎo)致門禁控制器與讀卡器之間無法通訊的問題，w26讀卡器生產(chǎn)成本較低，在門禁市場上到處都是，國內(nèi)生產(chǎn)的門禁控制器大多選擇w26和w34通訊方式。
門禁讀卡器到控制器采用w26通訊方式與rs485通訊方式優(yōu)缺點的比較：
rs485通訊方式的優(yōu)點：首先通訊距離遠，理論距離可以達到1200米，門禁控制器可以集中安裝。
rs485通訊方式的缺點：因為要軟性設(shè)置讀卡器地址，一旦地址丟失，門禁系統(tǒng)將無法工作，致使穩(wěn)定性較差，安裝起來也比較麻煩，布線時雖然能夠節(jié)省線材，但手拉手連接使線路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不便于維修。
w26通訊方式的優(yōu)點：安裝簡單，每個讀卡器都布一根線到門禁控制器，相對結(jié)構(gòu)簡單，便于維護，不用設(shè)定地址，相對穩(wěn)定性較高，每個讀卡器有單獨接口，可以通過蜂鳴器和顯示燈區(qū)分有效卡和無效卡。
w26通訊方式的缺點：通訊距離較近，理論值為100米，有些控制中心較遠時，無法實現(xiàn)門禁控制器集中安裝。
其實門禁產(chǎn)品中還會用到其它通訊方式，只是以上幾種通訊方式為常用，同時大家對其也能夠有加深入的了解，我們只有掌握了它們的原理，才在使用時知道我們應(yīng)當(dāng)注意什么，比如：rs485是差動傳輸，所以一定要雙絞線，而w26是電平傳輸，就一定要將門禁控制器與讀卡器共地，要使用屏蔽線，并且屏蔽層要做好接地，當(dāng)然所有弱電線路都要遠離強電，以免強電對其造成干擾，就連出門按鈕線如果離強電太近都會有問題，我就曾經(jīng)見到過一個工地，把出門按鈕線與220v交流電的開關(guān)并行，結(jié)果每次一開燈，電鎖就打開，這就是強電干擾所致，主要就是施工人員對強電干擾沒有足夠的重視。我們也希望通過不斷的技術(shù)交流，提高門禁人員的技術(shù)水平，只有設(shè)計、生產(chǎn)、銷售和工程人員全面的技術(shù)提升，才能共同鍛造出優(yōu)質(zhì)的門禁工程。
（1）從門禁控制器到管理中心計算機常用的通訊方式有rs-232方式、rs485方式、rs422方式、tcp/ip方式，不同的控制器選擇的通訊方式不同，只有了解這些通訊方式才能設(shè)計和搭建良好的門禁網(wǎng)絡(luò)，才能保證門禁系統(tǒng)通訊的穩(wěn)定。
rs-232通訊接口標(biāo)準(zhǔn)：一般傳統(tǒng)的門禁控制板上直接設(shè)有rs-232通訊口，可以用的轉(zhuǎn)換線連接門禁控制器與管理中心計算機，直接通訊，因為這種通訊方式距離較近，并且一個接口只能連接一臺門禁控制器，所以這種通訊方式只是在調(diào)試時使用，不會做為正式使用時的通訊方式。rs-232通訊接口也可以通過rs485/232轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成rs485通訊方式。串行通信接口（即com口或者叫九針口）是美國電子工業(yè)聯(lián)合會1969年公布的通訊標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，隨著科技的發(fā)展，很多電腦都取消了串行通信接口，微軟的windows8系統(tǒng)也不支持串口協(xié)議，串口通訊也將走入歷史。rs-232通訊協(xié)議適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在0～20000b/s范圍內(nèi)的通信，標(biāo)準(zhǔn)中對串行通信接口的有關(guān)問題，如信號線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。由于通行設(shè)備廠商都生產(chǎn)與rs-232c制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，曾經(jīng)在微機通信接口中廣泛采用。rs-232c標(biāo)準(zhǔn)初是遠程通信連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備dte(data terminal equipment)與數(shù)據(jù)通信設(shè)備dce（data communication equipment)而制定的，因此這個標(biāo)準(zhǔn)的制定，并未考慮計算機系統(tǒng)的應(yīng)用要求，說白了，這個標(biāo)準(zhǔn)就不是做這個事兒的，目前它又廣泛地被借來用于計算機接口與終端或外設(shè)之間的近端連接標(biāo)準(zhǔn)，所以，這個標(biāo)準(zhǔn)的有些規(guī)定和計算機系統(tǒng)是不一致的，致使rs-232c標(biāo)準(zhǔn)與計算機有些不兼容的地方。rs-232c對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規(guī)定，在txd和rxd上：邏輯1=-3v～-15v；邏輯0=+3～＋15v；以上規(guī)定說明了rs-232c標(biāo)準(zhǔn)對邏輯電平的定義。對于信息碼：邏輯“1”（傳號）的電平**-3v，邏輯“0”（空號）的電平**+3v；對于控制信號，接通狀態(tài)（on）即信號有效的電平**+3v，斷開狀態(tài)(off)即信號無效的電平**-3v，也就是當(dāng)傳輸電平的**值大于3v時，電路可以有效地檢查出來，介于-3～+3v之間的電壓無意義，**-15v或**+15v的電壓也認為無意義，因此，實際工作時，應(yīng)保證電平在±(3～15)v之間。在通信速率**20kb/s時，rs-232c所直接連接的大物理距離為15m，通信雙方可以直接連接。簡單的情況，在通信中根本不需要rs-232c的控制聯(lián)絡(luò)信號，只需三根線：發(fā)送線、接收線、信號地線，甲方的txd與乙方的rxd相連，一發(fā)一收，便可實現(xiàn)全雙工異步串行通信，這一距離的計算，是偏于保守的，實際應(yīng)用中，當(dāng)使用9600bps，普通雙絞屏蔽線時，距離可達30米。rs232的通訊速率常用的是 9600 bps，常見的還有 1200、2400、4800、19200、38400等。波特率越大，波幅越窄，傳輸速度越快，但穩(wěn)定的傳輸距離越短，抗干擾能力越差。 一般辦公臺式機會自帶1-2個9針串口插座，現(xiàn)在的筆記本和家用電腦一般不帶串口插座，可以購買 usb串口轉(zhuǎn)換器，usb的方式相對穩(wěn)定性較差，有的時候拔了重新插com口的號碼就變了，對于門禁來講還是比較麻煩的，控制器的設(shè)定中就有com口的選項，都得改，我們建議可以通過pci插槽擴展com口，一個插槽可以擴展出兩個com口，電子市場都有賣這種com口擴展板的。
公頭 接線端子排序圖
母頭 接線端子排序圖
如上圖，近距離通訊一般只用連接2、3、5 號三根線，其它都是擺設(shè)。定義為 2#：rxd receive data ，input ；3#：txd transmit data ，output；5#：gnd ground。
由于rs-232通信存在通訊距離短和速率低的缺點，科技天才們靈光一現(xiàn)，就開發(fā)出了rs-422通訊方式，一些國外品牌的門禁控制器與管理中心計算機之間的通訊采用rs-422通訊方式，這是一種雙工通訊方式，需要兩根接收線(r+和r-)和兩根**線(t+和t-)，其中r+和r-兩根線要雙絞，t+和t-兩根線也要雙絞，各絞各的，不能亂絞。rs-422采用差動傳輸方式，r+和r-負責(zé)接收數(shù)據(jù)，t+和t-負責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)，使用雙絞線傳輸抑制共模干擾，速率可提高到10mb/s，在速率**100kb/s時理論傳輸距離可達1200米，注意！理論值！千萬別天真得真的用rs-422去傳輸1200米，理論很豐滿，現(xiàn)實很骨感，實際使用中到處都是干擾，使用的線也未必標(biāo)準(zhǔn)，并且速率越高傳輸距離越近，也只有在很短的距離下才能獲得高速率傳輸，一般100米長的雙絞線上所能獲得的大傳輸速率僅為1mbps，傳輸速率和傳輸距離就像是一對冤家，你只能要一個。rs-422遠距離傳輸時（傳輸距離**過300米）需要每對線分別接終端電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗，一般為120歐姆，終端電阻接在傳輸電纜的遠端，這個設(shè)計中也就注定rs-422傳輸必須用手拉手連接了，如果你用星形連接，那么多的終端，那終端電阻接在哪里，天才也讓你搞成傻子了。
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