以太網(wǎng)供電技術(shù)在門(mén)禁系統中的應用

結構化布線(xiàn)是當今所有數據通信網(wǎng)絡(luò )的基礎。隨著(zhù)許多新技術(shù)的發(fā)展，數據網(wǎng)絡(luò )得以提供越來(lái)越多的新應用及新服務(wù)：如在不便于布線(xiàn)或者布線(xiàn)成本比較高的地方用戶(hù)開(kāi)始考慮在現有以太網(wǎng)絡(luò )架構之上盡可能布置一些網(wǎng)絡(luò )安全攝像機及其他一些網(wǎng)絡(luò )安全設備。
目前此類(lèi)新的應用已經(jīng)越來(lái)越被用戶(hù)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(luò )攝像機、門(mén)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(gè)網(wǎng)絡(luò )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(huì )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(hù)能夠利用現有的結構化布線(xiàn)為此類(lèi)新的應用設備提供供電能力。
1 PoE以太網(wǎng)供電系統
一個(gè)完整的PoE系統包括供電端設備（PSE）和受電端設備（PD）兩部分,兩者基于IEEE802.3af標準建立有關(guān)受電端設備PD的連接情況、設備類(lèi)型、功耗級別等方面的信息聯(lián)系，并以此為根據控制供電端設備PSE通過(guò)以太網(wǎng)向受電端設備PD供電。
供電端設備PSE可以是一個(gè) Endspan(內置了PoE功能的以太網(wǎng)供電交換機)和 Midspan(用于傳統以太網(wǎng)交換機和受電端設備PD之間的具PoE功能的設備)兩種類(lèi)型，而受電端設備PD則是一些具PoE功能的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)AP、IP電話(huà)機等終端設備。
按照 IEEE 802.3af的規范，供電端設備PSE與受電端設備PD設備的連接參數如圖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(luò )時(shí)必須遵循的參數：
(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(wú)論如何是不能超過(guò)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(huì )由于其本身的阻抗而導致過(guò)熱；
(3)上述兩個(gè)值使得PSE在其端口輸出會(huì )產(chǎn)生最小15.4 W的功率輸出，考慮到經(jīng)過(guò)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(guò)程
供電端設備PSE是整個(gè)POE以太網(wǎng)供電過(guò)程的管理者。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò )中布置PSE供電端設備時(shí)，PoE以太網(wǎng)供電工作過(guò)程如下：
(1)檢測過(guò)程。開(kāi)始時(shí)，PSE設備在端口只是輸出很小的電壓，直到其檢測到線(xiàn)纜的終端連接為一個(gè)支持IEEE 802.3af 標準的受電端設備。
(2)PD端設備分類(lèi)。當檢測到受電端設備PD之后，供電端設備PSE可能會(huì )為PD設備進(jìn)行分類(lèi)，并且評估此PD設備所需的功率損耗。
(3)開(kāi)始供電。在一個(gè)可配置的啟動(dòng)期內(一般小于15 ?滋s)，PSE設備開(kāi)始從低電壓開(kāi)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設備提供穩定可靠的48 V級直流電，滿(mǎn)足PD設備不越過(guò)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(luò )上去掉，則PSE會(huì )快速地(一般在300 ms～400 ms之內)停止為PD設備供電，并且又開(kāi)始檢測過(guò)程，檢測線(xiàn)纜的終端是否連接PD設備。
在整個(gè)過(guò)程當中，一些事情如PD設備功率消耗過(guò)載、短路、超過(guò)PSE的供電負荷等會(huì )造成整個(gè)過(guò)程在中間會(huì )中斷，又會(huì )從第一步檢測過(guò)程開(kāi)始。
3 以太網(wǎng)供電門(mén)禁系統
如圖2所示，以太網(wǎng)供電門(mén)禁控制系統由系統服務(wù)器、多臺分散的終端管理計算機、網(wǎng)絡(luò )交換機、跨接器、門(mén)禁讀卡控制設備和電控門(mén)鎖等組成。門(mén)禁讀卡控制設備采用以太網(wǎng)方式與交換機相連，實(shí)現了網(wǎng)絡(luò )設備即插即用，無(wú)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(shí)現了通過(guò)在線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)系統進(jìn)行有效的控制。當一臺門(mén)禁讀卡控制設備發(fā)生故障時(shí)，系統會(huì )及時(shí)發(fā)現，并且不會(huì )殃及整個(gè)系統。當網(wǎng)絡(luò )發(fā)生故障時(shí)，門(mén)禁讀卡控制設備可進(jìn)入“孤島狀態(tài)”運行，降低了受破壞的風(fēng)險，增強了可靠性。

以太網(wǎng)供電門(mén)禁控制系統對網(wǎng)絡(luò )內所有的門(mén)禁讀卡控制設備均可做全局化處理，可分權限地對門(mén)禁讀卡控制設備進(jìn)行遠程控制。因此，以太網(wǎng)型門(mén)禁控制系統的組態(tài)是非常靈活和經(jīng)濟的組網(wǎng)方案。
以太網(wǎng)供電門(mén)禁控制系統可具有系統實(shí)時(shí)自檢功能。對于系統中的典型故障（如斷網(wǎng)），中央工作站和門(mén)禁控制讀卡器均可以聲音信號和文字告警提示。在系統斷網(wǎng)故障時(shí),各點(diǎn)的門(mén)禁控制讀卡器可以獨立工作,并且可以記錄刷卡開(kāi)門(mén)信息，當故障排除后，信息會(huì )自動(dòng)上傳。
以太網(wǎng)供電門(mén)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，可與其他系統聯(lián)接，組成一個(gè)大的智能管理系統，此外, 系統還可開(kāi)放必要的通信協(xié)議以便進(jìn)行更高層次的集成。

4 門(mén)禁控制讀卡器硬件設計
門(mén)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，內含32 KB程序區、256 B RAM區、可擴展64 KB外部數據區。
(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(shù)的雙界面CPU卡。
(3)內置大容量EEPROM存儲器，容量為16 KB，可存儲16 B記錄1 000條，存儲數據可保存10年以上。
(4)內置以太網(wǎng)模塊，支持TCP/IP等網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，用于實(shí)現遠距離信息傳輸（數據上傳、黑名單下載、校正時(shí)間、參數下載等）。
(5)門(mén)控器表面可配置128×64點(diǎn)陣液晶（帶背光），可顯示4×8漢字（或4×16字符、數字），用于顯示日期、時(shí)間、提示信息、卡信息、門(mén)鎖狀態(tài)信息等內容。
(6)具有內部硬件掉電保護實(shí)時(shí)時(shí)鐘，誤差不大于60 s/月，無(wú)千年蟲(chóng)或其他跨年跨月等時(shí)間問(wèn)題。
(7)支持IEEE802.3af以太網(wǎng)供電。
5 系統總體軟件設計
根據實(shí)際情況，采用感應式IC卡控制出入口，實(shí)行入口刷卡開(kāi)門(mén)，電腦可以實(shí)時(shí)監控，使出入口管理方便、安全、高效。系統軟件模塊圖如圖4所示。

本系統在每個(gè)進(jìn)門(mén)處安裝一個(gè)非接觸IC卡門(mén)控器，在出門(mén)的另一端安裝出門(mén)按鈕，在門(mén)上安裝電鎖（電磁鎖或者電插鎖，根據情況選擇）。這些設備和系統服務(wù)器、終端管理計算機、網(wǎng)絡(luò )交換機組成一個(gè)以太網(wǎng)絡(luò )，形成一個(gè)穩定的門(mén)禁管理系統。系統的門(mén)狀態(tài)、用戶(hù)門(mén)禁權限、用戶(hù)資料和智能卡的注冊都由管理電腦完成[2-5]。
本系統不僅對系統外的非法卡進(jìn)行“攔截”，還可以對系統內合法人員經(jīng)過(guò)出入口的時(shí)間和門(mén)禁點(diǎn)進(jìn)行記錄管理。
5.1 進(jìn)門(mén)設備及流程
入口設備是非接觸IC卡門(mén)控器。門(mén)控器在工作狀態(tài)下，會(huì )以一定的頻率進(jìn)行掃描，當檢測到智能卡時(shí)，會(huì )把檢測到的信息進(jìn)行數據處理，同時(shí)對數據進(jìn)行運算并執行命令操作。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(lái)，還可以蜂鳴器進(jìn)行聲音報警，并上傳系統。
5.2 出門(mén)設備及流程
出門(mén)設備主要是出門(mén)開(kāi)關(guān)。簡(jiǎn)單的出門(mén)控制只需要提供一個(gè)開(kāi)關(guān)量給控制器，當控制器的出門(mén)按鈕端子接收到一個(gè)開(kāi)關(guān)信號時(shí)，控制器就會(huì )改變相應門(mén)的門(mén)鎖輸出端子狀態(tài)，實(shí)現控制門(mén)的開(kāi)關(guān)功能。
以太網(wǎng)供電在門(mén)禁系統中的應用為用戶(hù)帶來(lái)的好處是顯而易見(jiàn)的。由于它只需要安裝和支持一條而不是兩條電纜，隨著(zhù)與以太網(wǎng)相連的設備的增加，無(wú)需為數百或數千臺設備提供本地電源，將大大降低部署成本，并簡(jiǎn)化其可管理性。另外以太網(wǎng)供電端設備只會(huì )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(huì )有電壓存在，因而消除了線(xiàn)路上漏電的風(fēng)險。以太網(wǎng)供電在門(mén)禁系統中的應用，使用戶(hù)可以在當前的以太網(wǎng)設備上融合新的供電裝置，并可以在現有的網(wǎng)線(xiàn)上提供48 V直流電源，降低了網(wǎng)絡(luò )建設的總成本，保護了投資。
參考文獻
[1] 國際標準IEEE Std 802.3af[S].2003.
[2] 飛利浦公司.MF RC500 Highly Integrated ISO14443A Reader IC[M].2002.
[3] KROWCZYK A，KUMAR V. .NET網(wǎng)絡(luò )高級編程[M].吳旭超，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2003.
[4] 飛利浦公司.P89C60X2_61X2_2DataSheet[M].2003.
[5] FINKENZELLER K.射頻識別(RFID)技術(shù)-無(wú)線(xiàn)電感應的應答器和非接觸IC卡的原理與應用[M].陳大才，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2001.