门禁及停车场管理系统中的几种通讯方式

在门禁及停车场管理系统中，处处都离不开数据传送，从控制器到读卡器有rs485方式、rs-232方式、w26方式、w34方式等，从控制器到管理中心计算机有rs-232方式、rs485方式、rs422方式、tcp/ip方式，只有了解这些通讯方式才能搭建良好的门禁网络，才能保讠正门禁系统的稳定。
1、rs-232通讯接口标准：串行通信接口（即com口）标准经过多年发展，形成了多个标准。但都是在rs-232标准的基础上经过改进而形成的。在此以rs-232c为例来讨论。rs-232c标准是美国eia （电子工业联合会）与bell等公司一起开发，并于1969年公布的通信协议，它适合于数扌居亻专输速率在0~20000b/s范围内的通信，这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通行设备厂商都生产与rs-232c制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在微机通信接口中广泛采用。首先，rs-232c 标准初是为远程通信连接数据终端设备dte（data terminal equipment）与数据通信设备dce （data communication equipment）而制定的，因此这个标准的制定，并未考虑计算机系统的应用要求，目前它又广泛地被借来用于计算机接口与终端或外设之间的近端连接标准，所以，这个标准的有些规定和计算机系统是不一致的，致使rs-232c标准与计算机有些不兼容的地方。rs-232c对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定，在txd和rxd上：逻辑1=-3v~-15v；逻辑0=+3~+15v；以上规定说明了rs-232c标准对逻辑电平的定义。对于信息码：逻辑“1”（传号）的电平**-3v，逻辑“0”（空号）的电平**+3v；对于控制信号，接通状态（0n） 即信号有效的电平**+3v，断开状态（off）即信号无效的电平**-3v，也就是当传输电平的**值大于3v时,电路可以有效地检查出来，介于-3~+3v之间的电压无意义，**-15v或**+15v的电压也认为无意义，因此，实际工作时，应保证电平在±（3~15）v之间。在通信速率**20kb/s时，rs-232c所直接连接的大物理距离为15m，通信双方可以直接连接，这种情况下，只需使用少数几根信号线。简单的情况，在通信中根本不需要rs-232c的控制联络信号，只需三根线：发送线、接收线、信号地线，甲方的txd与乙方的rxd相连，一发一收，便可实现全双工异步串行通信，这一距离的计算，是偏于保守的，实际应用中，当使用9600bps， 普通双绞屏蔽线时，通讯距离可达30米。rs232的通讯速率常用的是9600 bps，常见的还有1200、2400、4800、19200、38400等。波特率越大，波幅越窄，传输速度越快，但稳定的传输距离越短，抗干扰能力越差。一般办公台式电脑会自带1-2个9针串口插座，现在的笔记本和家用电脑一般不带串口插座，可以购买usb串口转换器，usb的方式相对稳定性较差，也可以通过pci插槽扩展com口。如图：近距离通讯一般只用连接2、3、5号三根线。定义为2#： rxd recei-ve data，input； 3#： txd transmit data，outpu； 5#： gnd ground。rs232通讯因为通讯距离较近，在门禁中只是用来实现通讯转换器与计算机之间的通讯，在有的门禁控制板上也有rs232接口，可以使门禁控制器在测试时直接与计算机通讯，有少数厂家还将rs232信号进行改进，使其通讯距离达到100米左右。
2、由于rs-232通讯存在通讯距离短和速率低的缺点，随着技术的发展，出现了rs-422通讯方式，rs-422定义了一种平衡通讯接口，采用差动传输方式，使用双绞线传输，将速率提高到10mbps，在速率**100kbps时理论传输距离可达1200米，并允许在一条平衡总线上连接多10个接丩攵器，即一个主设备，其余用来作为读卡器与门禁控制器之间的通讯。为从属设备，从属设备之间不能通信，所以rs-422支持点对多的双向通信。rs-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式xon/xoff握手或硬件方式单独的双绞线实现。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，只有在很短的距离下才能获得高速率传输，一般100米长的双绞线上所能获得的大传输速率仅为1mbps。rs-422远距离传输时（传输距离**过300米）需要接终端电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗，终端电阻接在传输电缆的远端。rs-422是一种单机发送，多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为tia/eia-422-a标准，它的总线是两组双绞线，分别标示为r+ r- t+下-，有**的通讯转换器将rs422信号转为rs232信号，与计算机连接，rs422通讯方式的缺点是布线成本高，但其为双工通讯方式，相对速率较快，差动传输抑制共模干扰，是同速率条件下传输距离远的根本原因，这正是rs422与rs232的根本区别，因为rs232是单端输入输出，双工工作时至少需要地线。rs422通过两对双绞线可以全双工工作，收发互不影响，目前在少数一些**的网络型门禁中还有使用，使用较多的还有一些有计算机执行运算管理的不可脱机收费停车场管理系统。
3、1983年eia在rs-422基础上制定了rs-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共**围。rs485和rs422的基本的通讯机理是一致的，同样是差动传输，它的优点在于把原来rs422的双工通讯改为半双工通讯方式，只需485+和485-就可实现通讯，两根线既用作收，又用作发，但不可以同时进行。在门禁工程中，管理计算机通过rs232 /rs485转换器，依次连接多台门禁控制器，采用轮询的方式，对总线上的设备轮流进行通讯。rs-485的电气特性：逻辑“1”485+和485-之间的电压差为+ （2—6） v；逻辑“0”485+和485-之间的电压差为- （2—6） v，且该电平与ttl电平兼容，可方便与ttl电路连接。rs-485接口是采用平衡驱动器和差分接丩攵器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。通讯转换器的485+ 485-，分别对应链接设备的485+和485-，在门禁中远的门禁控制器到计算机的连线理论上的距离是1200米，如果距离**长，可以选购485中继器，理论上一个通讯转换器可连接256台rs485门禁控制器，这是理论的数字，实际应用时，根据现场环境，通讯距离等因素，进行配置，一般在100台以内。如果有多门禁控制器需要连接，可以采用多串口扩展卡或者485hub来解决，rs485 通讯属于差动传输，为了避免干扰，总线必须用双绞线，标准的rs485通讯线是2*1.0的屏蔽双绞线，但因为很难在市场上买到，工程中常常用屏蔽网线中的一组线来代替，如果不采用双绞线，干扰将非常大，甚至导致通讯不稳定或者无法通讯。rs485通讯的标准模式为手拉手连接方式，建议不要采用星型连接。
4、tcp/ip 通讯方式：tcp/ip通讯协议是当前计算机网络通用性标准协议，具备传输速度快，**标准，兼容性好等优点。控制器的接入方式，和局域网的hub和计算机网卡的接入方式一样。在小型局域网内，通讯距离可以通过hub的级联延长通讯距离，每一级的通讯距离达100米，可以级联多级。而且在大型局域网可以通过光纤无线等多种方式延长到很远，甚至跨城市，也可以通过互联网实现数千公里的联网。负载数量理论上没有限制，hub 可以级联，成千上万台控制器组网都没有问题，通讯速度快，以carea产品为例，cr-3225门禁双门控制器采用的pic网络型芯片，它有一个tcp/ip接口和一个rs485接口，使用tcp/ip接口的通讯速度是rs485接口的近百倍。每秒上传权限或者下载讠已录达数百条。tcp/ip参考模型不仅被所有广域计算机网络的*arpanet所使用，也被arpanet的继承者——**范围内的internet所使用。arpanet是由美国国卩方部资助的一个研究忄生网络，他们租用电话线，将几百所大学和**部门的计算机设备连接起来，后来卫星和无线电网络也加入进来，原来的协议在与他们互联时遇到了问题，所以需要一种新的参考体系结构，经过了两个基本协议融合，这个体系结构后来演变成了tcp/ip参考模型，由于美国国卩方部担心一些贵重的机器、路由器和互联网关可能会突然崩溃，所以，另一个主要目标是，即使在子网硬件有丢失的情况下，网络必须还能够继续工作，原有的通讯不会被打断。即使源机器和目标机器之间的某一些机器或者传输线路突然不能工作了，只要源机器和目标机器仍然还在工作，那么它们之间的连接还可以继续进行下去。而且，由于不同应用的需求差别很大，迫切需要一种灵活的网络体系结构。所有这些需求导致终选择了分组交换网络，它以一个无连接的互联网络层为基础。这一层成为互联网层，它是将整个网络体系结构贯穿在一起的关键层，该层的任务是，允许主机将分组发送到任何网络上，并且让这些分组独立的到达目标端。这些分组到达的顺序可能与它们被发送时的顺序不同，在这种情况下，如果有必要保证顺序递交的话，则重新排列这些分组的任务由高层来负责。互联网层定义了正式的分组格式和协议，该协议称为ip（inter protocol）。互联网层的任务是将ip分组投递到他们该去的地方。很显然，分组路由和避免拥塞是这里的主要问题。在tcp/ip模型中，位于互联网层之上的那一层现在通常称为传输层（transport layer）。它的设计目标是允许目标主机上的对等体之间可以进行对话。**个是tcp（transport control protocol），传输控制协议，它可靠的将从一台机器发出的字节流正确无误地递交到互联网上的另一台机器上。它先把输入的字节流分割成单独的报文，并把这些报文传递给互联网层，在目标方，负责接收数据的tcp进程把收到的报文重新装配到输出流中。tcp还负责处理流控制，以便保一个忄夬速的发送方不会因为发送太多的报文，**出了一个慢速接收方的处理能力而丢失。主机必须通过某个协议连接到网络上，以便可以将分组报文发送到网络上。
5、wiegand通讯协议：wiegand协议是**上统一的标准，是由摩托罗拉公司制定的一种通讯协议。它适用于涉及门禁控制器和读卡器的许多特性。它有很多格式，常用的是26-bit，此外，还有34-bit、36-bit、44-bit等格式。而标准26-bit格式是一个开放式的格式，并且这些特定格式的种类是公开可选的。26-bit格式就是一个广泛使用的工业标准，几乎所有的门禁控制系统都接受标准26-bit格式。w26是一种通讯协议，和485、232、tcp/p等通讯协议一样。wiegand传感器是由一根双稳态磁敏感功能合金丝和缠绕其外的感应线圈组成的，在交变磁场中，当平行于敏感合金丝的某极性磁场达到触发磁感应强度时，敏感合金丝中的磁畴受到激励会发生运动，磁化方向瞬间转向同一方向，同时在敏感合金丝周围空间磁场也发生瞬间变化，由此在感应线圈中感生出一个电脉冲。此后若该磁场减弱，敏感合金丝磁化方向将保持稳定不变，感应线圈也无电脉冲输出；但当相反极性磁场增强触发磁感应强度时，敏感合金丝磁化方向又瞬间发生翻转，并在感应线圈中形成一个方向相反的电脉冲，如此反复，韦根传感器便将交变磁场的磁信号转换成交变电信号。wiegand接口通常由3根线组成，数据0 （datao），通常采用绿色线，数据1（data1），通常采用白色线，gnd：信号地（gnd），通常采用黑色线，这3条线负责传输wiegand信号。d0，d1在没有数据输出时都保持+5v高电平。若输出为0，则do输出一个低电平脉冲，若输出为1，则d1输出一个低电平脉冲，负脉冲宽度tp= 100微秒，周期tw= 1600微秒，如图：
w26位输出格式：e xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx 0其定义依次为：前12bit偶校验、前12位、后12位、后12bit奇校验，射频卡读取时的地区码位8位可设置255个地区码；射频卡的卡号位16位，则可设置65536个卡号。以射频卡为标准26位韦根格式为例，亻叚设电子卡号码为：地区码：01，卡号：0001，韦根输出为：1 0000 0001 0000 0000 0000 0001 0前12bit偶校验，后12bit奇校验。
6、门禁控制器到管理中心采用rs485通讯方式和tcp/ip通讯方式的优缺点比较：
rs485通讯方式的优点：设备成本和布线成本都比较低廉，直接用双绞线单独组成rs485网络，*增加其他网络设备，网络的传输距离较远，*中继便可达到理论1200米的传输距离，门禁设备可以手拉手串接，节省设备、线材和施工，不会受到其他设备的共用网络的干扰，不占用网络资源。
rs485通讯方式的缺点：网络容量受限制，一个com口理论上可以连接256个门禁机，但实际不要**过100台，每台电脑多可以扩展到16个com口，因为是手拉手连接，连接顺序需做好备档，否则不利于维修，并且无法实现跨区域的远距离组网，通讯速率较慢，当门数较多时会明显感觉上传和下载时间较长。
tcp/ip通讯方式的优点：可以利用原有网络，节省部分布线费用，尤其是跨楼布线和远距离布线，扩展方便，增加设备时只需连入网络即可，维护也比较方便，通讯速率快，系统容量大，一个门禁网络能够容纳的控制器数量大，可以跨地区组网。
tcp/ip通讯方式缺点：设备成本会**rs485控制器，并且要占用网络的资源，如果原来没有现成的网络，需重新搭建网络，需要增加很多设备，线路是从控制器到交换机，使用线材较多。
7、门禁读卡器到控制器采用w26通讯方式与rs485通讯方式优缺点的比较：
rs485通讯方式的优点：首先通讯距离远，理论距离可以达到1200米，控制器可以集中安装。
rs485通讯方式的缺点：因为要软性设置读卡器地址，一旦地址丢失，门禁系统将无法工作，致使稳定性较差，安装起来也比较麻烦，布线时虽然能够节省线材，但手拉手连接使线路结构比较复杂，不便于维修。
w26通讯方式的优点：安装简单，每个读卡器都布一根线到控制器，相对结构简单，便于维护，因为没有设定土也土止，所以相对稳定性较高。
w26通讯方式的缺点：通讯距离较近，理论值为100 米，有些控制中心较远时，无法实现控制器集中安装。
其实门禁产品中还会用到其它通讯方式，只是以上几种通讯方式为常用, 同时大家对其也能够有加深入的了解，我们只有掌握了它们的原理，才在使用时知道我们应当注意什么，有哪些误区，比如：rs485是差动传输，所以一定要双绞线，而w26是电平传输，就一定要将控制器与读卡器共地，要使用屏蔽线，并且屏蔽层要做好接地，所有通讯线都要远离强电，以免强电对其造成干扰，影响通讯质量。我们希望通过不断的技术交流，提高门禁彳示业人员的技术水平，只有设计、生产、销售和工程人员全面的技术提升，才能共同锻造出优质的门禁工程。
开尔瑞科技(深圳)有限公司专注于门禁控制器,门禁读卡器,门禁一体机等