PythonPi門禁課程-概述

門禁系統是安保系統中最常用的安全防護系統之一。和控制系統相關的主要包括如下部分:

門控制器

也就是通用的控制模型中的裁決器,一般都直接集成了前端信號、動作執行的接線端子。一般分爲單門或雙門,多個門控制器可組成一個較大的門禁控制系統,一般採用RS485或TCP/IP進行組網:

它一般提供了讀卡器、出門按鈕、電鎖電源控制繼電器、鎖狀態(門磁)的接口,也就是上圖中控制板兩側的那些綠色接線端子。

門控制器本質上就是執行門開關控制功能的裁決器。爲了簡化工程施工,一般門開關的控制功能都是固化到門控制器中的。如:

  • 按出門按鈕則電鎖電源繼電器動作,開啓電鎖

  • 刷卡有權進入則電鎖電源繼電器動作,開啓電鎖

此外,門控制器一般還會額外提供幾個輸入接口,可以提供現場的報警信號接入用於聯動功能,如煙感(火警)告警則開門。

一般一個讀卡器接口、一個出門按鈕接口、一個電鎖電源控制繼電器、一個門狀態接口組成了一個標準的門,提供了一個門的所有接口的叫做單門控制器,提供了兩個門的所有接口的叫做雙門控制器。由於門的密度不可能很大,所以一般不會再提供更多門的控制器了。否則,門控制器距離門的距離過遠,會導致讀卡器接線的長度太長,可能會導致讀卡器工作不正常。

因此,當有多道門需要控制時,就需要多個門控制器。而由於讀卡器讀卡後,需要進行該卡是否有開門權限的判別,所以門控制器需要知道各卡號和相應的權限,這樣一來,如果每增加一個卡就要在每個門控制器上增加該卡的卡號和相應權限,則工程上會非常麻煩,不僅會導致施工成本過高,關鍵是這樣的操作很容易產生疏漏,管理成本過高。所以如果有多個門,一般需要將所有的門控制器聯網,統一由一個稱之爲上位機的管理系統進行卡數據的錄入和下發等管理工作。

門控制器的聯網一般採用RS485或TCP/IP。RS485簡單可靠、成本也低,但485總線的長度在工程上一般最多隻放到1千米左右,如果門數較多,覆蓋範圍較廣,則需要將其切分到多條總線。

在PythonPi平臺上,起到門控制器作用的當然是我們的PythonPi系統,本課程就是講解如何用PythonPi平臺來實現門禁系統

讀卡器

從工程上考慮採用何種技術,當然首先是考慮採購成本,其次是考慮施工成本,然後是考慮可靠性、穩定性,最後是考慮維護簡便。

所以從目前的技術成熟度來看,雖然生物識別、視頻圖像識別一定是未來的方向,但目前以及未來數年一定還是以卡片爲主。目前的卡片技術主要包括ID卡、IC卡,IC卡的讀取速度、安全性、可交換的數據都具有明顯的優勢,但就門禁系統來說,只需要用卡號來標識持卡人即可,而卡本身的安全性就非常低,所以對門禁系統來說,ID卡、IC卡其實並沒有太大的區別,完全應該納入到整個一卡通系統選型中來考慮。

讀卡器

以我們前文所述,一道門一般由一個讀卡器接口、一個出門按鈕接口、一個電鎖電源控制繼電器、一個門狀態接口組成。一般情況下,讀卡器安裝到門外、出門按鈕裝到門內。也就是說,門外屬於非安全區域,而門內屬於相對安全區域,進門需要管控,而出門則不需管控。

由於電子技術的快速發展,現在有些讀卡器和門控制器結合在一起,可用於低成本的單門管控。由於讀卡器一般安裝到門外,而剛剛說了門外屬於非安全區域,所以這種讀卡器其實就是將最重要的門控制器也一併安裝到了非安全區域,如果讀卡器被破拆,然後直接將鎖控制線剪掉,則門就會打開(因爲考慮到人員安全,一般都採用斷電開鎖),所以這種讀卡器即便有防破拆設計也毫無安全性可言。而獨立的讀卡器由於門控制器安裝在安全區域,則讀卡器被破拆也無法送入合法的卡號來打開門。

有的門禁系統取消了門內的出門按鈕,增加一個門內的讀卡器,不過這種配置一般不是出於安全的考慮而是用於進出管控,如考勤之類的目的。

有些讀卡器還配有鍵盤,可通過按密碼來實現開門。不過這種密碼從來不換,而且只要認識門內的人就可以知道密碼,所以密碼方式根本起不到門禁的作用,只是一個心理安慰而已,還浪費了人員進出的時間。

讀卡器和門控制器的接口傳統上採用韋根接口,有韋根26位、34位之類的區別。由於韋根接口距離較近,而且需要專用的讀卡器接口,所以現在也有RS485和TCP/IP這樣的讀卡器了。不過TCP/IP接口的讀卡器目前成本還是比較高,485接口的讀卡器其性價比會非常高。

我們這個課程所採用的實驗用讀卡器是RC522 IC讀卡器,淘寶都有售,價格低於20元,還送卡,性價比非常高。RC522通過SPI接口和樹莓派相連,這種接口不適合工程上使用,但用於我們的實驗,則非常好。

讀卡器

注意:RC522讀卡器需要焊接讀卡器管腳

電鎖

常用的電鎖有:

  • 電磁鎖:以玻璃門使用爲主,由於安裝簡便、可靠性高,所以目前應用越來越廣泛。電磁鎖的原理是在門上裝一個鐵板,在門框上裝一個可通電的硅鋼片,當給硅鋼片通電時,會產生強大的磁力牢牢吸附住鐵板,一般都可以達到兩三百公斤以上的拉力,即便是非常強壯的男子也無法將之拉開。但這樣一來,就有兩個問題,一是門框上安裝的鎖體會限制門體的運動,所以安裝電磁鎖的門就只能一個方向打開了;二是由於電磁鎖一旦斷電就會開鎖,因此需要通電的鎖體必須安裝在較爲安全的門內,所以鎖體的安裝要求較高

    電鎖

    電鎖

  • 電插鎖(陽極鎖,即受控的是可伸縮的鎖舌):也多用於玻璃門,陽極鎖的優勢是鎖舌縮回鎖體後,不會影響門體的移動,所以門可以雙向打開。不象其它鎖會限制門只能單向打開,但由於需要鎖舌和鎖孔對準,而門可以雙向打開就意味着沒法向其它鎖對門體有位置限制,所以在長時間使用後可能會出現門體位置的偏差,從而導致鎖舌和鎖孔對不準的現象,也就是門鎖不上了。而由於沒有門框的輔助,在鎖門的情況下如果有人大力推門,力量全落在鎖舌上,如果較頻繁的出現這種情況,可能會造成鎖舌變形,嚴重時會導致鎖舌卡死,將人關在門內,而且這種故障是機械性故障,必須將鎖體破拆纔可以修復。所以目前這種鎖的應用已越來越少

    電鎖

    電鎖

  • 電插鎖(陰極鎖,即受控的是埋藏在鎖體中的鎖釦):一般用於木門之類對美觀要求較高的場合,但由於鎖體需要隱藏安裝到門框中,所以對施工要求較高

    電鎖

    電鎖

電鎖的選擇首先看門,玻璃門就選電磁鎖,木門可能就得選陰極鎖了;如果是電磁鎖,還需要考慮鎖體的安全來選擇鎖體的安裝位置和安裝附件。

出門按鈕和門狀態檢測

其實這兩者都沒有什麼太好說的,出門按鈕就是一個開關,只是要做的醒目點、好看點,高端大氣上檔次:

出門按鈕

而門是開是關的狀態檢測其實就是在門和門框上定位安裝兩個磁體,當門關閉後兩個磁體對好則會產生一個信號。安到門上監控門是否開啓的叫門磁,裝到窗上的叫窗磁:

門磁

門磁

但門嘛,一般都是門臉,比較引人矚目,需要門禁管控設備儘量少些、整潔些、美觀些,設備接線也最好是越少越好。因此門磁結構簡單,所以現在一般都集成到電鎖中了,不再額外跑線裝個單獨的門磁。

一卡通

卡片式門禁系統現在的一個趨勢就是一卡通,但一卡通涵蓋了安防系統、信息管理系統、消費系統等,這些系統的要求是有本質區別的,統一納入一個系統進行管理其實非常困難,所以很多一卡通只是一張卡而多個應用系統,但這也造成系統管理方面的困難。從未來的趨勢來看,因爲一張卡其實對應了一個人,想用一個系統就提供所有的應用是不現實的,而隨着生物識別技術的發展,個人身邊將圍繞着各種各樣的信息系統,而個體和這些系統的互動也是隨時隨地的。打通這些系統是智能時代的基本要求,也是非常困難的基礎工作。核心難點是各應用的需求千差萬別,而且新應用層出不窮,因此投入巨大卻無法滿足需要。

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