門禁及停車場管理系統(tǒng)中的幾種通訊方式

在門禁及停車場管理系統(tǒng)中，處處都離不開數(shù)據(jù)傳送，從控制器到讀卡器有rs485方式、rs-232方式、w26方式、w34方式等，從控制器到管理中心計(jì)算機(jī)有rs-232方式、rs485方式、rs422方式、tcp/ip方式，只有了解這些通訊方式才能搭建良好的門禁網(wǎng)絡(luò)，才能保讠正門禁系統(tǒng)的穩(wěn)定。
1、rs-232通訊接口標(biāo)準(zhǔn)：串行通信接口（即com口）標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過多年發(fā)展，形成了多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。但都是在rs-232標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進(jìn)而形成的。在此以rs-232c為例來討論。rs-232c標(biāo)準(zhǔn)是美國eia （電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)）與bell等公司一起開發(fā)，并于1969年公布的通信協(xié)議，它適合于數(shù)扌居亻專輸速率在0~20000b/s范圍內(nèi)的通信，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對串行通信接口的有關(guān)問題，如信號(hào)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)，目前已在微機(jī)通信接口中廣泛采用。首先，rs-232c 標(biāo)準(zhǔn)初是為遠(yuǎn)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，并未考慮計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用要求，目前它又廣泛地被借來用于計(jì)算機(jī)接口與終端或外設(shè)之間的近端連接標(biāo)準(zhǔn)，所以，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的有些規(guī)定和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是不一致的，致使rs-232c標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)算機(jī)有些不兼容的地方。rs-232c對電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)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(hào)）的電平**-3v，邏輯“0”（空號(hào)）的電平**+3v；對于控制信號(hào)，接通狀態(tài)（0n） 即信號(hào)有效的電平**+3v，斷開狀態(tài)（off）即信號(hào)無效的電平**-3v，也就是當(dāng)傳輸電平的**值大于3v時(shí),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(rèn)為無意義，因此，實(shí)際工作時(shí)，應(yīng)保證電平在±（3~15）v之間。在通信速率**20kb/s時(shí)，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，這種情況下，只需使用少數(shù)幾根信號(hào)線。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(hào)，只需三根線：發(fā)送線、接收線、信號(hào)地線，甲方的txd與乙方的rxd相連，一發(fā)一收，便可實(shí)現(xiàn)全雙工異步串行通信，這一距離的計(jì)算，是偏于保守的，實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)使用9600bps， 普通雙絞屏蔽線時(shí)，通訊距離可達(dá)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(tái)式電腦會(huì)自帶1-2個(gè)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，也可以通過pci插槽擴(kuò)展com口。如圖：近距離通訊一般只用連接2、3、5號(hào)三根線。定義為2#： rxd recei-ve data，input； 3#： txd transmit data，outpu； 5#： gnd ground。rs232通訊因?yàn)橥ㄓ嵕嚯x較近，在門禁中只是用來實(shí)現(xiàn)通訊轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)之間的通訊，在有的門禁控制板上也有rs232接口，可以使門禁控制器在測試時(shí)直接與計(jì)算機(jī)通訊，有少數(shù)廠家還將rs232信號(hào)進(jìn)行改進(jìn)，使其通訊距離達(dá)到100米左右。
2、由于rs-232通訊存在通訊距離短和速率低的缺點(diǎn)，隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了rs-422通訊方式，rs-422定義了一種平衡通訊接口，采用差動(dòng)傳輸方式，使用雙絞線傳輸，將速率提高到10mbps，在速率**100kbps時(shí)理論傳輸距離可達(dá)1200米，并允許在一條平衡總線上連接多10個(gè)接丩攵器，即一個(gè)主設(shè)備，其余用來作為讀卡器與門禁控制器之間的通訊。為從屬設(shè)備，從屬設(shè)備之間不能通信，所以rs-422支持點(diǎn)對多的雙向通信。rs-422四線接口由于采用單獨(dú)的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任何必須的信號(hào)交換均可以按軟件方式xon/xoff握手或硬件方式單獨(dú)的雙絞線實(shí)現(xiàn)。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，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。rs-422遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)（傳輸距離**過300米）需要接終端電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗，終端電阻接在傳輸電纜的遠(yuǎn)端。rs-422是一種單機(jī)發(fā)送，多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為tia/eia-422-a標(biāo)準(zhǔn)，它的總線是兩組雙絞線，分別標(biāo)示為r+ r- t+下-，有**的通訊轉(zhuǎn)換器將rs422信號(hào)轉(zhuǎn)為rs232信號(hào)，與計(jì)算機(jī)連接，rs422通訊方式的缺點(diǎn)是布線成本高，但其為雙工通訊方式，相對速率較快，差動(dòng)傳輸抑制共模干擾，是同速率條件下傳輸距離遠(yuǎn)的根本原因，這正是rs422與rs232的根本區(qū)別，因?yàn)閞s232是單端輸入輸出，雙工工作時(shí)至少需要地線。rs422通過兩對雙絞線可以全雙工工作，收發(fā)互不影響，目前在少數(shù)一些**的網(wǎng)絡(luò)型門禁中還有使用，使用較多的還有一些有計(jì)算機(jī)執(zhí)行運(yùn)算管理的不可脫機(jī)收費(fèi)停車場管理系統(tǒng)。
3、1983年eia在rs-422基礎(chǔ)上制定了rs-485標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共**圍。rs485和rs422的基本的通訊機(jī)理是一致的，同樣是差動(dòng)傳輸，它的優(yōu)點(diǎn)在于把原來rs422的雙工通訊改為半雙工通訊方式，只需485+和485-就可實(shí)現(xiàn)通訊，兩根線既用作收，又用作發(fā)，但不可以同時(shí)進(jìn)行。在門禁工程中，管理計(jì)算機(jī)通過rs232 /rs485轉(zhuǎn)換器，依次連接多臺(tái)門禁控制器，采用輪詢的方式，對總線上的設(shè)備輪流進(jìn)行通訊。rs-485的電氣特性：邏輯“1”485+和485-之間的電壓差為+ （2—6） v；邏輯“0”485+和485-之間的電壓差為- （2—6） v，且該電平與ttl電平兼容，可方便與ttl電路連接。rs-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接丩攵器的組合，抗共模干能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。通訊轉(zhuǎn)換器的485+ 485-，分別對應(yīng)鏈接設(shè)備的485+和485-，在門禁中遠(yuǎn)的門禁控制器到計(jì)算機(jī)的連線理論上的距離是1200米，如果距離**長，可以選購485中繼器，理論上一個(gè)通訊轉(zhuǎn)換器可連接256臺(tái)rs485門禁控制器，這是理論的數(shù)字，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，通訊距離等因素，進(jìn)行配置，一般在100臺(tái)以內(nèi)。如果有多門禁控制器需要連接，可以采用多串口擴(kuò)展卡或者485hub來解決，rs485 通訊屬于差動(dòng)傳輸，為了避免干擾，總線必須用雙絞線，標(biāo)準(zhǔn)的rs485通訊線是2*1.0的屏蔽雙絞線，但因?yàn)楹茈y在市場上買到，工程中常常用屏蔽網(wǎng)線中的一組線來代替，如果不采用雙絞線，干擾將非常大，甚至導(dǎo)致通訊不穩(wěn)定或者無法通訊。rs485通訊的標(biāo)準(zhǔn)模式為手拉手連接方式，建議不要采用星型連接。
4、tcp/ip 通訊方式：tcp/ip通訊協(xié)議是當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通用性標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，具備傳輸速度快，**標(biāo)準(zhǔn)，兼容性好等優(yōu)點(diǎn)?？刂破鞯慕尤敕绞剑途钟蚓W(wǎng)的hub和計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡的接入方式一樣。在小型局域網(wǎng)內(nèi)，通訊距離可以通過hub的級(jí)聯(lián)延長通訊距離，每一級(jí)的通訊距離達(dá)100米，可以級(jí)聯(lián)多級(jí)。而且在大型局域網(wǎng)可以通過光纖無線等多種方式延長到很遠(yuǎn)，甚至跨城市，也可以通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)千公里的聯(lián)網(wǎng)。負(fù)載數(shù)量理論上沒有限制，hub 可以級(jí)聯(lián)，成千上萬臺(tái)控制器組網(wǎng)都沒有問題，通訊速度快，以carea產(chǎn)品為例，cr-3225門禁雙門控制器采用的pic網(wǎng)絡(luò)型芯片，它有一個(gè)tcp/ip接口和一個(gè)rs485接口，使用tcp/ip接口的通訊速度是rs485接口的近百倍。每秒上傳權(quán)限或者下載讠已錄達(dá)數(shù)百條。tcp/ip參考模型不僅被所有廣域計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的*arpanet所使用，也被arpanet的繼承者——**范圍內(nèi)的internet所使用。arpanet是由美國國卩方部資助的一個(gè)研究忄生網(wǎng)絡(luò)，他們租用電話線，將幾百所大學(xué)和**部門的計(jì)算機(jī)設(shè)備連接起來，后來衛(wèi)星和無線電網(wǎng)絡(luò)也加入進(jìn)來，原來的協(xié)議在與他們互聯(lián)時(shí)遇到了問題，所以需要一種新的參考體系結(jié)構(gòu)，經(jīng)過了兩個(gè)基本協(xié)議融合，這個(gè)體系結(jié)構(gòu)后來演變成了tcp/ip參考模型，由于美國國卩方部擔(dān)心一些貴重的機(jī)器、路由器和互聯(lián)網(wǎng)關(guān)可能會(huì)突然崩潰，所以，另一個(gè)主要目標(biāo)是，即使在子網(wǎng)硬件有丟失的情況下，網(wǎng)絡(luò)必須還能夠繼續(xù)工作，原有的通訊不會(huì)被打斷。即使源機(jī)器和目標(biāo)機(jī)器之間的某一些機(jī)器或者傳輸線路突然不能工作了，只要源機(jī)器和目標(biāo)機(jī)器仍然還在工作，那么它們之間的連接還可以繼續(xù)進(jìn)行下去。而且，由于不同應(yīng)用的需求差別很大，迫切需要一種靈活的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。所有這些需求導(dǎo)致終選擇了分組交換網(wǎng)絡(luò)，它以一個(gè)無連接的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)層為基礎(chǔ)。這一層成為互聯(lián)網(wǎng)層，它是將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)貫穿在一起的關(guān)鍵層，該層的任務(wù)是，允許主機(jī)將分組發(fā)送到任何網(wǎng)絡(luò)上，并且讓這些分組獨(dú)立的到達(dá)目標(biāo)端。這些分組到達(dá)的順序可能與它們被發(fā)送時(shí)的順序不同，在這種情況下，如果有必要保證順序遞交的話，則重新排列這些分組的任務(wù)由高層來負(fù)責(zé)?；ヂ?lián)網(wǎng)層定義了正式的分組格式和協(xié)議，該協(xié)議稱為ip（inter protocol）?；ヂ?lián)網(wǎng)層的任務(wù)是將ip分組投遞到他們該去的地方。很顯然，分組路由和避免擁塞是這里的主要問題。在tcp/ip模型中，位于互聯(lián)網(wǎng)層之上的那一層現(xiàn)在通常稱為傳輸層（transport layer）。它的設(shè)計(jì)目標(biāo)是允許目標(biāo)主機(jī)上的對等體之間可以進(jìn)行對話。**個(gè)是tcp（transport control protocol），傳輸控制協(xié)議，它可靠的將從一臺(tái)機(jī)器發(fā)出的字節(jié)流正確無誤地遞交到互聯(lián)網(wǎng)上的另一臺(tái)機(jī)器上。它先把輸入的字節(jié)流分割成單獨(dú)的報(bào)文，并把這些報(bào)文傳遞給互聯(lián)網(wǎng)層，在目標(biāo)方，負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)的tcp進(jìn)程把收到的報(bào)文重新裝配到輸出流中。tcp還負(fù)責(zé)處理流控制，以便保一個(gè)忄夬速的發(fā)送方不會(huì)因?yàn)榘l(fā)送太多的報(bào)文，**出了一個(gè)慢速接收方的處理能力而丟失。主機(jī)必須通過某個(gè)協(xié)議連接到網(wǎng)絡(luò)上，以便可以將分組報(bào)文發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。
5、wiegand通訊協(xié)議：wiegand協(xié)議是**上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，是由摩托羅拉公司制定的一種通訊協(xié)議。它適用于涉及門禁控制器和讀卡器的許多特性。它有很多格式，常用的是26-bit，此外，還有34-bit、36-bit、44-bit等格式。而標(biāo)準(zhǔn)26-bit格式是一個(gè)開放式的格式，并且這些特定格式的種類是公開可選的。26-bit格式就是一個(gè)廣泛使用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，幾乎所有的門禁控制系統(tǒng)都接受標(biāo)準(zhǔn)26-bit格式。w26是一種通訊協(xié)議，和485、232、tcp/p等通訊協(xié)議一樣。wiegand傳感器是由一根雙穩(wěn)態(tài)磁敏感功能合金絲和纏繞其外的感應(yīng)線圈組成的，在交變磁場中，當(dāng)平行于敏感合金絲的某極性磁場達(dá)到觸發(fā)磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，敏感合金絲中的磁疇受到激勵(lì)會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，磁化方向瞬間轉(zhuǎn)向同一方向，同時(shí)在敏感合金絲周圍空間磁場也發(fā)生瞬間變化，由此在感應(yīng)線圈中感生出一個(gè)電脈沖。此后若該磁場減弱，敏感合金絲磁化方向?qū)⒈３址€(wěn)定不變，感應(yīng)線圈也無電脈沖輸出；但當(dāng)相反極性磁場增強(qiáng)觸發(fā)磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，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(gè)方向相反的電脈沖，如此反復(fù)，韋根傳感器便將交變磁場的磁信號(hào)轉(zhuǎn)換成交變電信號(hào)。wiegand接口通常由3根線組成，數(shù)據(jù)0 （datao），通常采用綠色線，數(shù)據(jù)1（data1），通常采用白色線，gnd：信號(hào)地（gnd），通常采用黑色線，這3條線負(fù)責(zé)傳輸wiegand信號(hào)。d0，d1在沒有數(shù)據(jù)輸出時(shí)都保持+5v高電平。若輸出為0，則do輸出一個(gè)低電平脈沖，若輸出為1，則d1輸出一個(gè)低電平脈沖，負(fù)脈沖寬度tp= 100微秒，周期tw= 1600微秒，如圖：
w26位輸出格式：e xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx 0其定義依次為：前12bit偶校驗(yàn)、前12位、后12位、后12bit奇校驗(yàn)，射頻卡讀取時(shí)的地區(qū)碼位8位可設(shè)置255個(gè)地區(qū)碼；射頻卡的卡號(hào)位16位，則可設(shè)置65536個(gè)卡號(hào)。以射頻卡為標(biāo)準(zhǔn)26位韋根格式為例，亻叚設(shè)電子卡號(hào)碼為：地區(qū)碼：01，卡號(hào)：0001，韋根輸出為：1 0000 0001 0000 0000 0000 0001 0前12bit偶校驗(yàn)，后12bit奇校驗(yàn)。
6、門禁控制器到管理中心采用rs485通訊方式和tcp/ip通訊方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較：
rs485通訊方式的優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備成本和布線成本都比較低廉，直接用雙絞線單獨(dú)組成rs485網(wǎng)絡(luò)，*增加其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離較遠(yuǎn)，*中繼便可達(dá)到理論1200米的傳輸距離，門禁設(shè)備可以手拉手串接，節(jié)省設(shè)備、線材和施工，不會(huì)受到其他設(shè)備的共用網(wǎng)絡(luò)的干擾，不占用網(wǎng)絡(luò)資源。
rs485通訊方式的缺點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)容量受限制，一個(gè)com口理論上可以連接256個(gè)門禁機(jī)，但實(shí)際不要**過100臺(tái)，每臺(tái)電腦多可以擴(kuò)展到16個(gè)com口，因?yàn)槭鞘掷诌B接，連接順序需做好備檔，否則不利于維修，并且無法實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域的遠(yuǎn)距離組網(wǎng)，通訊速率較慢，當(dāng)門數(shù)較多時(shí)會(huì)明顯感覺上傳和下載時(shí)間較長。
tcp/ip通訊方式的優(yōu)點(diǎn)：可以利用原有網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省部分布線費(fèi)用，尤其是跨樓布線和遠(yuǎn)距離布線，擴(kuò)展方便，增加設(shè)備時(shí)只需連入網(wǎng)絡(luò)即可，維護(hù)也比較方便，通訊速率快，系統(tǒng)容量大，一個(gè)門禁網(wǎng)絡(luò)能夠容納的控制器數(shù)量大，可以跨地區(qū)組網(wǎng)。
tcp/ip通訊方式缺點(diǎn)：設(shè)備成本會(huì)**rs485控制器，并且要占用網(wǎng)絡(luò)的資源，如果原來沒有現(xiàn)成的網(wǎng)絡(luò)，需重新搭建網(wǎng)絡(luò)，需要增加很多設(shè)備，線路是從控制器到交換機(jī)，使用線材較多。
7、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(diǎn)的比較：
rs485通訊方式的優(yōu)點(diǎn)：首先通訊距離遠(yuǎn)，理論距離可以達(dá)到1200米，控制器可以集中安裝。
rs485通訊方式的缺點(diǎn)：因?yàn)橐浶栽O(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(shí)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(diǎn)：安裝簡單，每個(gè)讀卡器都布一根線到控制器，相對結(jié)構(gòu)簡單，便于維護(hù)，因?yàn)闆]有設(shè)定土也土止，所以相對穩(wěn)定性較高。
w26通訊方式的缺點(diǎn)：通訊距離較近，理論值為100 米，有些控制中心較遠(yuǎn)時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)控制器集中安裝。
其實(shí)門禁產(chǎn)品中還會(huì)用到其它通訊方式，只是以上幾種通訊方式為常用, 同時(shí)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(shí)知道我們應(yīng)當(dāng)注意什么，有哪些誤區(qū)，比如：rs485是差動(dòng)傳輸，所以一定要雙絞線，而w26是電平傳輸，就一定要將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，所有通訊線都要遠(yuǎn)離強(qiáng)電，以免強(qiáng)電對其造成干擾，影響通訊質(zhì)量。我們希望通過不斷的技術(shù)交流，提高門禁彳示業(yè)人員的技術(shù)水平，只有設(shè)計(jì)、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。
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