物联网项目二125KHz物联网射频卡应用门禁系统

EM4100提供多种选项（注：修改集成电路内部的金属线连 接。）定义编码类型和数据速率。编码数据bit的发送速 率可以是64， 32或者 16个载波周期；数据编码方式可 以是曼切斯特编码（Manchester），双相编码（ Biphase）或者相移键控（PSK）。
1、EM4100芯片引脚设置
EM4100芯片只有4个引脚，引脚设置如图2-7所示。4个 引脚分别为电源VDD、电源地VSS、天线线圈连接端 COIL1、 COIL2。
该门禁系统的设计目的是实现人员出入控制、考勤数据采 集、数据统计和信息查询过程的自动化；方便人员进出 开锁与报到，方便管理人员统计、考核实验室人员出勤 情况。
2.1.2 门禁系统功能需求
市场应用门禁系统具体的功能需求如下：
卡片使用模式：可采用非接触式射频卡和韦根卡。
刷卡开门：用户进入门禁管制区域时需刷卡，阅读器读取信息 后，将信息传输到主机，主机首先判断该信息是否合法，如 合法则发出开门指令，不合法则发出报警，同时记录用户刷 卡事件。
1、曼切斯特编码
曼切斯特编码是在一个数据bit发送期间的中点总会产生一 个从开到关或者从关到开的翻转。数据bit从0到1或者从1到 0变化时，相位发生改变。下图中数据流值的高电平表示调 制器开关打开，低电平表示关闭。
2、双相编码
双相编码是在每一个bit的起始时刻，会发生一次翻转。 逻辑1的传送期间状态保持不动，逻辑0的传送期间在中 间发生一次状态翻转。
按钮开门：对于安全级别较低的门禁管制区域或者不需双向管 制的区域，用户可选择按钮开关门；出入等级控制：系统可 任意对卡片的使用时间、使用地点进行设定，即对不同的卡 片进行时区管制和节假日管制、有效期管制、访问区域的管 制。具有合法权限的用户才可开门，对非法行为系统将会报 警。
时间段设置：不同的用户的时段和访问区域可编程设置，同时 对某些安全性较高的门禁区域，必须有多卡认证功能，必须 多用户在规定时间内刷卡才能开门。
1
1
1
1
1
1
1
1
1
D00~D13,该8bit为厂商自定
D0
D0
D0
D0
P0
义信息；P0~P1为行校验位
0

2
3
D1
D1 D12 D13
P1
0
1
D20 D21 D22 D23
P2
D20 ~ D93，32bit为可编程 ROM数据，用来唯一标识该卡
D30
D31
D33
D33
P3
片，P2~P9为对应的行校验位 D40 D41 D42 D43
报警功能：如发生控制器异常、非法卡开门、强制开门、开门超时、 阅读器或者控制器被破坏等事件时则系统将发出报警信号、并记录 事件。
定时事件：系统可设置定时事件，对某些门禁管制区域实施定时开关 门处理；互锁判断功能：系统可对某些管制区域设置互锁条件，当 输人端口状态满足互锁条件的时候方可进行开关门处理。
2.3 125KHz射频卡门禁系统原理
射频卡门禁系统包括软件和硬件两部分，本项目设计的门 禁系统功能框图如图2-14所示。
2.3.1 125KHz门禁阅读器结构原理
图2-15 阅读器结构原理框图
2.3.2 125KHz门禁阅读器电路原理
125KHz门禁射频卡阅读器电路原理图如图2-16所示。
2.4 125KHz 射频卡门禁系统硬件设计
物联网项目二125KHz物 联网射频卡应用门禁系
统
2020年7月20日星期一
2.1 任务导入：什么是射频卡门禁系统？
一、门禁系统的概念 门禁系统，又称出入管理控制 系统，是一种管理人员进出的 数字化管理系统。 二、门禁系统种类
常见的门禁系统有： 密码门禁系统（由于其本身的安全性弱和便捷性差已经 面临淘汰。） IC 卡 ( 感应式 IC 卡 ) 门禁系统（接触式和非接触式） 指纹虹膜掌型生物识别门禁系统（生物识别门禁系统安 全性高，但成本高，由于拒识率和存储容量等应用瓶颈 问题而没有得到广泛的市场认同。）
图 M106BWNL-34模块及引脚设置
图2-18 M106BWNL-34外围接口电路
图2-19 125KHz RFID板级阅读器模块实物图
2.5 125KHz射频卡门禁系统软件设计
6.传输部分 传输部分主要包含电源线和信号线。如门禁控制器、读 卡器、电控锁都需要供电；门禁控制器同读卡器、门磁 之间的信号线；等等。
2.1.2 门禁系统设计目标
通过RFID技术，验证电子钥匙（射频门禁卡）的合法性， 控制电子门锁的开启；对射频门禁卡信息进行管理；对 用户信息进行管理。同时记录出入信息作为考勤管理. 实 现自动，安全的射频门禁管理目标。
2.2.2 EM4100射频卡内部电路框图
EM4100芯片内部功能模块有时钟提取器，时序器、全波整流 器、数据调制器、数据编码器、记忆阵列、谐振电容组成， 如图2-9所示。
2.2.3 EM4100编码描述
EM4100提供多种选项，定义编码类型和数据速率。编码数 据bit的发送速率可以是64，32或者16个载波周期；数据编 码方式可以是曼切斯特编码（Manchester），双相编码（ Biphase）或者相移键控（PSK）。
2.2.1 EM4100射频卡简介
EM4100(原名H4100)是一款用于RF只读收发器的CMOS集 成电路。这个芯片通过放置于电磁场中的外部线圈获得 电源，同时从线圈的一端得到运行时使用的主时钟。通 过开启和关闭调制电流的方式，芯片可以把工厂预编程 的64bit标签信息返回给阅读器。
通过激光熔断集成电路内部多晶硅连接的方式，可以为每 一个芯片编程一个唯一的识别码。
2、EM4100射频卡典型的操作配置
EM4100芯片内核消耗很低的功率，因此应用电路没有必 要增加一个电源缓冲电容。EM4100内部已经集成了一个 74pF的并联谐振电容。一个外部线圈连接到EM4100就可 以实现芯片的典型应用，EM4001典型配置如图2-8所示。
3、EM4100射频卡芯片特点 激光可编程的64bit Memory空间 提供多种数据率和编码方式选择 片内集成谐振电容 片内集成电源缓冲电容 片内集成电压限位功能 片内集成全波整流 低阻抗器件提供大调制深度 100-150kHz工作频率 非常小的芯片尺寸，方便植入 非常低的功耗
刷卡开门：用户进入门禁管制区域时需刷卡，读卡器读取 信息后，将信息传输到主机，主机首先判断该信息是否 合法，如合法则发出开门指令，不合法则发出报警，同 时记录用户刷卡事件。
管理控制：控制器的记录进行收集管理，可增加、删除、 更新用户信息。
记录存储：系统可将门禁控制器运行产生的所有用户刷卡 事件、报警时间等记录，便于进行用户的考勤管理和发 生事故后及时进行处理。
M106BWNL-34是阅读器核心 模块，采用125KHz射频基站 。当有卡靠近模块时，模块会 以韦根或UART方式输出ID卡 卡号，用户仅需简单的读取即 可，该读卡模块完全支持EM 、TK 及其兼容卡片的操作， 非常适合于门禁、考勤等系统 的开发。 M106BWNL-34同时 提供了板载天线和供电控制电 路，并有电源供电指示LED等 外围支持电路。用户可以通过 IF1接口把此模块接入自己的系 统，从而为自己的系统实现 RFID阅读器功能。
局域网互联功能：门禁控制器可通过局域网与管理系统互联，共同完 成对出入口的监控和管理。上位机管理系统可对控制器进行参数的 设置和初始化，并对控制器的记录进行收集管理，可增加、删除、 更新用户信息，节假日信息、时段信息等。
远程控制：门禁管理系统通过网络可远程控制门锁的开启和关闭。
实时监控：门禁管理系统实时监控各个门的状态和用户的刷卡信息。
P4
D50 D51 D52 D53
P5
D60 D61 D62 D63
P6
D70 D71 D72 D73
P7
D80 D81 D82 D83
P8
D90 D91 D92 D93
P9
列校验位
PC
PC
PC
PC
0
0
1
2
3
2、PSK模式的IC存储单元
PSK编码的IC的P0和P1为奇校验比特，总是0。P2到P9 为偶校验比特。列校验PC0到PC3bit的计算包括版本信 息比特，都是为偶校验。
2.1.1 门禁系统组成
门禁系统由阅读器、控制器、电磁锁、识别卡和计算机软 件控制服务器组成。如图2-2所示。
图2-2门禁系统组成
1、门禁控制器
门禁控制器是门禁系统的核心部 分，相当于计算机的CPU，它 负责整个系统输入、输出信息 的处理和储存，控制等等。
2.阅读器（识别仪）
阅读器是读取射频门 禁卡片中数据信息 并将信息传送给控 制器的设备。
2.2 125KHz物联网射频卡
125KHz物联网射频卡主要有台湾4001卡、瑞士微电 EM4100（H4001）卡、EM4150卡、EM4609卡、 Temic e5551卡、Atmel T5557卡、Atmel AT88RF25612卡、等。其中使用较多的是台湾4001卡、瑞士微电 EM4100卡，卡内主芯片分别是4001和EM4100，它们都 是只读型射频卡，均都采用125kHz的典型工作频率。本 项目使用EM4100卡作为门禁系统门卡，故只详细介绍 EM4100卡相关内容。
时间校正：上位机管理系统可对门禁控制器进行时间的校正。
记录存储功能：系统可将门禁控制器运行产生的所有用户刷卡事件、 报警时间等记录，便于进行用户的考勤管理和发生事故后及时进行 处理。
依据专业特点及对知识点的要求，本课程门禁系统项目实 施的需求功能如下：
卡片使用模式：采用125KHz非接触式物联网射频卡。
3、PSK编码
PSK编码是在每一个载波周期，调制开关交替地开启和 关闭，当检测到一个相位移动时，表示逻辑0发送了，如 果经过一个数据位传送周期，还没有检测到相位移动， 表示发送了一个逻辑1。