以太網(wǎng)供電技術在門禁系統(tǒng)中的應用

結(jié)構(gòu)化布線是當今所有數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡的基礎。隨著許多新技術的發(fā)展，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡得以提供越來越多的新應用及新服務：如在不便于布線或者布線成本比較高的地方用戶開始考慮在現(xiàn)有以太網(wǎng)絡架構(gòu)之上盡可能布置一些網(wǎng)絡安全攝像機及其他一些網(wǎng)絡安全設備。
目前此類新的應用已經(jīng)越來越被用戶所接受，并且得到了快速的發(fā)展。所有這些支持新應用的設備由于需要另外安裝AC供電裝置，特別是IP網(wǎng)絡攝像機、門禁等都是安置在距中心機房比較遠的地方更是加大了整個網(wǎng)絡組建的成本。為了盡可能方便及最大限度地降低成本，電子電氣工程師協(xié)會IEEE批準了一項新的以太網(wǎng)供電(PoE)標準IEEE 802.3af[1]，確保用戶能夠利用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)化布線為此類新的應用設備提供供電能力。
1 PoE以太網(wǎng)供電系統(tǒng)
一個完整的PoE系統(tǒng)包括供電端設備（PSE）和受電端設備（PD）兩部分,兩者基于IEEE802.3af標準建立有關受電端設備PD的連接情況、設備類型、功耗級別等方面的信息聯(lián)系，并以此為根據(jù)控制供電端設備PSE通過以太網(wǎng)向受電端設備PD供電。
供電端設備PSE可以是一個 Endspan(內(nèi)置了PoE功能的以太網(wǎng)供電交換機)和 Midspan(用于傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機和受電端設備PD之間的具PoE功能的設備)兩種類型，而受電端設備PD則是一些具PoE功能的無線局域網(wǎng)AP、IP電話機等終端設備。
按照 IEEE 802.3af的規(guī)范，供電端設備PSE與受電端設備PD設備的連接參數(shù)如圖1所示。

IEEE 802.3af以太網(wǎng)供電標準定義了一些在設計PoE網(wǎng)絡時必須遵循的參數(shù)：
(1)操作電壓一般情況下為 48 V DC，但其也許可能在44 V DC～57 V DC之間，但無論如何是不能超過60 V DC的；
(2)由PSE產(chǎn)生的最大電流一般情況下在350 mA～400 mA之間變化。這將確保以太網(wǎng)電纜不會由于其本身的阻抗而導致過熱；
(3)上述兩個值使得PSE在其端口輸出會產(chǎn)生最小15.4 W的功率輸出，考慮到經(jīng)過以太網(wǎng)電纜后的損耗，受電端設備PD所能接受到的最大的功率為12.95 W。
2 以太網(wǎng)供電工作過程
供電端設備PSE是整個POE以太網(wǎng)供電過程的管理者。在一個網(wǎng)絡中布置PSE供電端設備時，PoE以太網(wǎng)供電工作過程如下：
(1)檢測過程。開始時，PSE設備在端口只是輸出很小的電壓，直到其檢測到線纜的終端連接為一個支持IEEE 802.3af 標準的受電端設備。
(2)PD端設備分類。當檢測到受電端設備PD之后，供電端設備PSE可能會為PD設備進行分類，并且評估此PD設備所需的功率損耗。
(3)開始供電。在一個可配置的啟動期內(nèi)(一般小于15 ?滋s)，PSE設備開始從低電壓開始向PD設備供電，直至提供到 48 V級的直流電源。
(4)供電。為PD設備提供穩(wěn)定可靠的48 V級直流電，滿足PD設備不越過15.4 W的功率消耗。
(5)斷電。如果PD設備被物理或者電子上從網(wǎng)絡上去掉，則PSE會快速地(一般在300 ms～400 ms之內(nèi))停止為PD設備供電，并且又開始檢測過程，檢測線纜的終端是否連接PD設備。
在整個過程當中，一些事情如PD設備功率消耗過載、短路、超過PSE的供電負荷等會造成整個過程在中間會中斷，又會從第一步檢測過程開始。
3 以太網(wǎng)供電門禁系統(tǒng)
如圖2所示，以太網(wǎng)供電門禁控制系統(tǒng)由系統(tǒng)服務器、多臺分散的終端管理計算機、網(wǎng)絡交換機、跨接器、門禁讀卡控制設備和電控門鎖等組成。門禁讀卡控制設備采用以太網(wǎng)方式與交換機相連，實現(xiàn)了網(wǎng)絡設備即插即用，無需外接電源，便于安裝和維護。即插即用的安裝方式極大地減少了人工成本，并且實現(xiàn)了通過在線訪問系統(tǒng)進行有效的控制。當一臺門禁讀卡控制設備發(fā)生故障時，系統(tǒng)會及時發(fā)現(xiàn)，并且不會殃及整個系統(tǒng)。當網(wǎng)絡發(fā)生故障時，門禁讀卡控制設備可進入“孤島狀態(tài)”運行，降低了受破壞的風險，增強了可靠性。

以太網(wǎng)供電門禁控制系統(tǒng)對網(wǎng)絡內(nèi)所有的門禁讀卡控制設備均可做全局化處理，可分權(quán)限地對門禁讀卡控制設備進行遠程控制。因此，以太網(wǎng)型門禁控制系統(tǒng)的組態(tài)是非常靈活和經(jīng)濟的組網(wǎng)方案。
以太網(wǎng)供電門禁控制系統(tǒng)可具有系統(tǒng)實時自檢功能。對于系統(tǒng)中的典型故障（如斷網(wǎng)），中央工作站和門禁控制讀卡器均可以聲音信號和文字告警提示。在系統(tǒng)斷網(wǎng)故障時,各點的門禁控制讀卡器可以獨立工作,并且可以記錄刷卡開門信息，當故障排除后，信息會自動上傳。
以太網(wǎng)供電門禁控制讀卡器提供RJ-45標準接口，采用TCP/IP標準通信協(xié)議，可與其他系統(tǒng)聯(lián)接，組成一個大的智能管理系統(tǒng)，此外, 系統(tǒng)還可開放必要的通信協(xié)議以便進行更高層次的集成。

4 門禁控制讀卡器硬件設計
門禁控制器原理圖如圖3所示。

(1)微處理器（MPU）：CPU采用高速8 bit SST89C516微處理器，內(nèi)含32 KB程序區(qū)、256 B RAM區(qū)、可擴展64 KB外部數(shù)據(jù)區(qū)。
(2)具有非接觸式射頻通信接口，支持符合ISO14443國際標準的非接觸IC卡（MIFARE ONE，TYPE A）；可支持基于MIFARE PRO技術的雙界面CPU卡。
(3)內(nèi)置大容量EEPROM存儲器，容量為16 KB，可存儲16 B記錄1 000條，存儲數(shù)據(jù)可保存10年以上。
(4)內(nèi)置以太網(wǎng)模塊，支持TCP/IP等網(wǎng)絡協(xié)議，用于實現(xiàn)遠距離信息傳輸（數(shù)據(jù)上傳、黑名單下載、校正時間、參數(shù)下載等）。
(5)門控器表面可配置128×64點陣液晶（帶背光），可顯示4×8漢字（或4×16字符、數(shù)字），用于顯示日期、時間、提示信息、卡信息、門鎖狀態(tài)信息等內(nèi)容。
(6)具有內(nèi)部硬件掉電保護實時時鐘，誤差不大于60 s/月，無千年蟲或其他跨年跨月等時間問題。
(7)支持IEEE802.3af以太網(wǎng)供電。
5 系統(tǒng)總體軟件設計
根據(jù)實際情況，采用感應式IC卡控制出入口，實行入口刷卡開門，電腦可以實時監(jiān)控，使出入口管理方便、安全、高效。系統(tǒng)軟件模塊圖如圖4所示。

本系統(tǒng)在每個進門處安裝一個非接觸IC卡門控器，在出門的另一端安裝出門按鈕，在門上安裝電鎖（電磁鎖或者電插鎖，根據(jù)情況選擇）。這些設備和系統(tǒng)服務器、終端管理計算機、網(wǎng)絡交換機組成一個以太網(wǎng)絡，形成一個穩(wěn)定的門禁管理系統(tǒng)。系統(tǒng)的門狀態(tài)、用戶門禁權(quán)限、用戶資料和智能卡的注冊都由管理電腦完成[2-5]。
本系統(tǒng)不僅對系統(tǒng)外的非法卡進行“攔截”，還可以對系統(tǒng)內(nèi)合法人員經(jīng)過出入口的時間和門禁點進行記錄管理。
5.1 進門設備及流程
入口設備是非接觸IC卡門控器。門控器在工作狀態(tài)下，會以一定的頻率進行掃描，當檢測到智能卡時，會把檢測到的信息進行數(shù)據(jù)處理，同時對數(shù)據(jù)進行運算并執(zhí)行命令操作。如果是合法的信息，則允許其通行；若為非法信息則“攔截”下來，還可以蜂鳴器進行聲音報警，并上傳系統(tǒng)。
5.2 出門設備及流程
出門設備主要是出門開關。簡單的出門控制只需要提供一個開關量給控制器，當控制器的出門按鈕端子接收到一個開關信號時，控制器就會改變相應門的門鎖輸出端子狀態(tài)，實現(xiàn)控制門的開關功能。
以太網(wǎng)供電在門禁系統(tǒng)中的應用為用戶帶來的好處是顯而易見的。由于它只需要安裝和支持一條而不是兩條電纜，隨著與以太網(wǎng)相連的設備的增加，無需為數(shù)百或數(shù)千臺設備提供本地電源，將大大降低部署成本，并簡化其可管理性。另外以太網(wǎng)供電端設備只會為需要供電的設備供電。只有連接了需要供電的設備，以太網(wǎng)電纜才會有電壓存在，因而消除了線路上漏電的風險。以太網(wǎng)供電在門禁系統(tǒng)中的應用，使用戶可以在當前的以太網(wǎng)設備上融合新的供電裝置，并可以在現(xiàn)有的網(wǎng)線上提供48 V直流電源，降低了網(wǎng)絡建設的總成本，保護了投資。
參考文獻
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