NFC门禁系统.pptx

NFC门禁系统介绍 汇报人 曹泽玲E2112016年10月31日 E211 主要内容 NFC的概念 NFC技术简介 NFC NearFieldCommunication 又称近距离无线通信 是一种短距离的高频无线通信技术 允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输 在十厘米内 交换数据 这个技术由免接触式射频识别 RFID 演变而来 并向下兼容RFID 最早由Sony和Philips各自开发成功 主要用于手机等手持设备中提供M2M MachinetoMachine 的通信 由于近场通讯具有天然的安全性 因此 NFC无线通讯技术被认为在手机支付等领域具有很大的应用前景 同时 NFC也因为其相比于其他无线通讯技术较好的安全性被中国物联网校企联盟比作机器之间的 安全对话 NFC主要运行在13 56MHz的频率范围内 可以在10cm左右范围内建立设备之间的连接 E211 在国内 随着NFC技术的日渐成熟 NFC手机的普及率也急速攀升 日前 市场研究公司IHSTechnology发布报告称 配备近场通讯 NFC 功能的智能手机的出货量 将从4 16亿台上升到12亿台 2013年这一数字为2 75亿台 比2012年的1 2亿台增长了128 预计今年的数字增长50 总体而言 据IHS预测 从2013年到2018年底 出货量有望增长325 如图1所示 图1NFC功能的智能手机的出货量 NFC技术简介 NFC技术背景 E211 NFC门禁技术简介 目前 有很多种技术可以用来控制门禁系统 其中最主流的包括有 生物指纹识别技术 生物虹膜识别技术 人脸侦测识别技术以及RFID射频卡技术等 指纹识别 虹膜识别 人脸识别都是属于生物识别技术范畴 由于是采用了人体的部分生物特征为区分识别手段 因此它们具有唯一性和不可复制性 这也就使得它们相对而言成为了非常安全的身份识别方法 但由于设备精密 价格昂贵 涉及隐私等问题导致了这些技术难以普及 只能用于保密等级要求高且较高端的地方 目前采用的门禁系统控制的主流方式是基于RFID技术的射频卡识别控制方法 它具有低成本 低功耗 无线接入灵活 使用简单 可储存用户信息 安全可靠等特点 可实现用户访客管理 信息连网控制 车辆管理出入控制等功能 但由于其为读卡 应答模式 需要配备额外的读卡或应答设备 作为由RFID RadioFrequencyIdentification 演变而来的NFC技术 不仅向下兼容RFID系统 具备RFID卡相应的功能和优势 同时由于NFC可内嵌于手机中 用户可以仅凭自己的手机加上相应的密码即可实现门禁控制与管理 相对于RFID来说NFC具有距离近 带宽高 能耗低等特点 它能更好地实现各种设备间轻松 安全 迅速而自动的通信 用户只需要带上具备NFC技术功能的手机 通过系统将个人识别信息录入 使其具备身份识别卡功能 然后用近距离无线互连的方式由普通门禁室外控制主机读取 用户只需在读卡控制器前将手机拿出刷卡开门即可 这就是NFC的虚拟凭证卡模式 只需要将目前使用的门禁系统现行卡片内的门禁控制原则 人员识别方法等信息复制进手机里 手机再将相关的信息传递给读卡控制器 读卡器又通过总线网络传递到原有的门禁系统中 即可实现开门操作 NFC技术是门禁控制 管理的一种新思路 新方法 它给用户带来了更大的便利 更好的与门禁系统之间的交互方式 同时也给管理人员带来了更先进 更智能 更快捷 更方便的管理方案 E211 NFC设备的应用领域非常广泛 主要可以用作近距离非接触式的的读写控制器终端以及点对点的数据传输 比如手机支付 公交卡 门禁卡 车票 门票 电影票 智能海报 文件传输 电子名片 游戏配对等 NFC的基本应用具体而言可以大致归结为5类 1 碰触 浏览 主要包括电影海报信息浏览 商品信息浏览等 使用者可以通过NFC智能手机浏览相应的信息与能提供的服务 2 碰触 连接 主要包括手机互连 个人信息传递等 它主要是实现的点对点的数据连接与通信 3 碰触 通行 主要包括门禁出入口控制 高速收费站路口通行控制 球赛通行 宾馆会议来宾管理等 使用者将储存了相应信息的设备如手机靠近读卡设备即可 它主要实现的是虚拟卡模式 4 下载 碰触 主要包括网络下载服务 门禁控制管理 宾馆住宿管理等 它主要是让用户通过手机网络下载相关的识别信息 支付相应费用用于获得门禁出入 宾馆住宿等权限 5 碰触 确认 支付 主要包括有公交卡 餐卡 手机钱包等 用户在接入时提供相应的密码信息即可完成交易 NFC技术应用 E211 HIDGlobal和恩智浦 NXP 公司共同创建的卡片门禁系统市场 占据了国外门禁系统市场的很大份额 其主体还是基于RFID技术的非接触式门禁系统 随着NFC逐渐发展成为手机标准功能 两家公司正共同开发 努力将NFC技术集成到门禁系统解决方案中 并推广到智能手机中 基于NFC技术的非接触式门禁系统正在被大力推广 市场份额在飞速增加 NFC研究现状 国外研究现状 E211 目前 在门禁系统市场销售方面 据统计表明 目前非接触式IC卡是前端识别设备的主流 占据了大概90 以上的市场 在单个IC卡门禁系统应用销售额中 卡片和读卡器占了30 以上 而以门禁一卡通销售为主题的系统销售额中 卡片占了50 60 的比例 国外恩智浦的Mifare卡及复旦微电子生产的兼容的Mifare卡已成为目前中国市场上最主要的首选配套产品 在门禁系统生产研发方面 国内对门禁系统的研究已经从认识和试用阶段进入到了研发阶段 国内的大多数厂家通过解析模仿 也制造了很多与国外门禁产品功能类似的门禁设备 他们要么是釆用第一种办法 通过先购买国外厂家的一些门禁设备配件 如读卡器 门禁控制器等 再对其进行二次加工 从软硬件双方面进行二次设计与改造 这种门禁系统一般而言性能 效果都较好 适用于安全等级要求较高的地方 但往往其设备价钱很高 客户不愿负担 要么就会采用到第二种方法 即除了其核心的芯片向国外厂家购买外 其余设备都是在国内进行研究仿制 它的优点非常灵活 能够随时照顾到客户的要求 能根据客户的意愿增加相应门禁系统的功能 最重要的是它的价格比较经济实惠 这种适合用于安全等级要求不太高的地方 在国内有较大的市场 因此从门禁系统的构架结构方面而言 国内的门禁系统大多是以门禁控制器为核心构建的 而门禁控制器大多却是由国外企业研制 以上这俩种方式基本上都是基于RHD技术实现的门禁管理控制 而国内目前对NFC技术的应用主要还是集中在如移动 电子 票务 移动 手机支付 数据共享等方面 利用NFC技术实施门禁管理的还很少 在国内暂时还比较缺乏基于NFC技术的门禁系统应用方案 NFC研究现状 国内研究现状 E211 NFC的基本原理 最基本的NFC设备主要包括读取器 Reader 标签 Tag 和应用软件三个部分 其通信模式包括主动和被动两种 工作方式则有 Peer to Peer 点对点模式 Reader Writer 读 写模式 Cardemulation 卡模式 三种 NFC技术由无线射频识别技术 RFID 演变而来 并向下兼容RFID 其技术的基本工作原理并不复杂 一般按以下三个步骤执行 1 侦测标签 由NFC读取器持续产生正弦波信号 频率为13 56MHz 如果有标签在磁场扰动范围内 标签由磁场親合获得能量 产生原正弦波反频率或改变频率属性的波 读取器探测到这种改变 知道附近有标签标签进入磁场 或者由有源标签主动发送某一频率的信号 2 读取标签 读写器将要发送的信息 经编码并加载到高频载波信号上再经天线向外发送 当进入到读写器工作区域的电子标签接收到此信号时 其内部芯片的有关电路会对此信号进行整流 调制 解码等 然后对命令请求 密码 权限等进行判断 3 读取器读取信息并解码后 再由相应应用软件进行有关数据处理 E211 读取器 Reader 通常是基于一个微控制器 带一个能产生13 56MHz无线电频率的集成电路 如图 内部集成有编码器 解码器 比较器和天线 Reader的技术要求主要有 Reader要能够通过电磁场为Tag提供足够的能量 解决多个Reader间的干扰 面对大量的Tag数据 Reader要有过滤能力 收发信号间有70db的差距 要能准确接收 NFC读取器 E211 第1类标签 基于IS014443TypeA标准 它具有可读写的特点 有96字节的存储能力 可用来存放少量数据 其内存可被动态扩充到2k字节 其通信速度为106kbit s 它主要用于实现信息读取功能如智能海报信息浏览等 操作简单 成本小 第2类标签 此类标签也是基于IS014443A 同样可读写 其内存大小为第1类标签的一半 48字节 也可扩充到2k字节 通信速度同样也是106kbit s 但目前仅支持MIFARE卡标准 第3类标签 此类标签主要支持Sony的FeliCa体系 具有2k字节内存容量 数据通讯速度为212kbit s 此类标签尽管成本较高 但适合比较复杂的应用 第4类标签 此类标签与IS014443A B标准兼容 其通信速度为106kbit s和424kbit s之间 预置了32k字节的内存用于存储以及认证计算 可实现信息交互处理 适合于对等连接 应用广泛 NFC标签规范 E211 NFC的3种工作方式 点对点模式 读 写模式 在这种模式下两台带NFC功能的设备可以彼此交换数据 此时两台设备是对等的 都参与通信 如交换个人信息 当我们把两个在此模式下的NFC设备相互接触 就可以互换相应的个人信息 此模式下 NFC设备 如手机 可以读写NFC标签 例如在智能海报中嵌入NFC标签 其中写入了关于海报内容的更多信息 设备可以读取标签中的信息 从而进一步操作处理 E211 图3NFC的3种工作方式 NFC的3种工作方式 E211 NFC的通信模式 NFC是运行在13 56MHz的频率范围内的一种成熟的无线通讯接入技术 其通信模式主要分为主动 被动两种 如下左图所示为主动通信模式 在此模式下NFC的发起者通过供电产生一个RF场 通过初始命令与目标设备连接上以后按照规定的传输速度进行数据通信 目标设备在此过程中也需要产生一个RF射频场用来应答并进行数据通信 在此模式下发起设备与目标设备是对等的 它们通过RF场建立一个对等的互连网络进行数据通信 这是非常标准的对等网络通信模式 可以获得较好的连接速度与连接质量 一般的应用主要包括用户手机个人信息交换 数据传递等 右图为被动模式 在被动模式下由发起者负责提供支持整个通信的RF射频场 目标设备不需要产生RF场 此模式下发起者可选择106kbps 212kbps或424kbps其中一种传输速度 将数据传送给其他目标设备 目标设备主要通过负载调制技术 实现将数据回传给发起者的功能 这种通信机制与传统门禁系统标准如 MIFARE和FeliCa卡标准兼容 因此 可以在不增加额外成本的前提下实现与原有门禁系统的兼容控制与管理 以被动模式操作 可以使得系统大幅降低功耗 并延长电池寿命 E211 NFC的通信模式 NFC通信模式 主动模式 被动模式 E211 NFC与其他无线通信技术的比较 E211 各种通讯协议 E211 NFC应用分类 E211 NFC考勤业务 通过NFC写入工具将加密过的上下课考勤信息分别写入相应的NFC标签中 学生在考勤应用中 用自己的账号登录考勤系统 通过手机中的考勤应用将读取的加密信息解析 上下课考勤时 学生通过手机读取上下课NFC标签加密信息 手机中的考勤应用发送学生信息及上课或下课信息到考勤服务器 考勤服务器接收信息 服务器端的程序解析发送过来的信息 学生可通过考勤应用查看自己的考勤情况 将上课或下课信息 学生信息及当前时间载入数据库 服务器端的程序将存入的学生上下课时间和实际时间比较 得出学生是否缺席 迟到或早退 若是教师推迟上课或提前下课 老师可在课后修改上下课时间 服务器端的程序判断是否为上课或下课信息 不操作 是 否 NFC考勤系统业务流程图 NFC应用实例 E211 整个移动支付系统中包括多应用管理平台 银行 银联清算中心 发卡 收单银行系统 移动运营商 终端设备等几个部分 其中 多应用管理平台 是一个多方合作的信任体系架构 它一面为业务提供方提供安全的发行渠道 一面为业务提供方和用户提供安全可控的应用和数据下载机制 发卡行 收单行 提供NFC支付平台接口 负责对手机终端的交易授权 账户管理 金融安全 完成银联清算中心与支付终端间的数据交换等 银联清算中心 负责制定业务规则 完成跨行交易转接与资金清算 移动运营商 提供无线网络支持 手机SIM卡 将SIM与NFC技术整合 实现NFC身份鉴定 为NFC支付提供安全的通信渠道 向合作伙伴幵放可管理SIM卡应用的API 通过TSM可以实现对SIM上应用生命周期管理 如下载 锁定 解锁 删除等 终端设备 负责发起交易 可以通过OTA 空中下载 或直接到银行获取交易授权 由手机 芯片制造商 软件开发商对其提供所需的硬件和软件环境 NFC移动支付 NFC应用实例 E211 NFC移动支付部分UI界面 Pos端部分界面 Wallet端部分界面 E211 门禁刷卡控制在每个出入口装备门禁控制器 用户通过RFID卡或具有NFC相关功能的设备如手机等 利用近距离非接触方式刷卡开门 上位机可以通过系统网络实时掌握所有门的幵关状态 门禁密码控制与管理在各出入口 用户可以通过密码输入方式实现幵关门控制 也可以拥有胁迫报警密码 如果用户被人胁迫开门 利用此密码可以将门打开 但门禁控制器将会向控制中心发出胁迫报警信号 中心将报警提醒 数据显示与报警通过门禁控制器上的数码显示管 用户在进行操作时可以方便的查看 出现错误时将有蜂鸣器报警 用户可以及时修改与确认 远程控制在有需要或紧急的情况下 管理员可以通过上位机利用系统网络实现远程开关门控制 信息存储与管理用户信息可以存储在用户NFC设备和系统数据库中 当用户开门时可以实现数据的动态实时双向传递与管理 用户数据有变化时 不需要到控制中心进行修改 可以通过前端NFC接入设备实现数据的上传与更新 系统数据库有变化调整时也可通过前端NFC接入设备实现数据向用户的下载 安全保障功能用户数据实时显示 非授权用户不能开门 上位机出现故障时 门禁系统前端可以正常运行 系统可自动检测前端控制设备的好坏 确保系统安全可靠 系统停电时 能实现机械开关门 门禁系统主要功能 E211 门禁系统功能实现 E211 门禁系统典型应用 特性具有门禁的基本功能 基本的联网系统 只有一个或两个读卡器 成本低廉 通过结果可了解基本的门禁系统 应用对象对门禁要求不高 有基本的卡片管理 记录刷卡事件的项目 安装数量一台 管理的卡片比较少 对性能要求不高 E211 门禁系统典型应用 特性具有门禁的基本功能 多种485型号门禁控制器联网 每个控制器接上读卡器和按钮等外部设备 组网方便 成本容易控制 所有控制器通过485通讯连接到电脑 可扩充多个控制器 应用对象对门禁要求不高 有基本的门禁管理功能 安装数量多台 所有门在比较近的范围内 对性能要求不高 管理卡片少 比较近的们使用多门控制器 远的使用单门控制器 E211 门禁一卡通系统 E211 E211 门禁一卡通系统手机端APP E211 酒店门禁一卡通系统 整个系统由一个后台主机和多个门禁控制器从机组成 前端门禁控制单元放置在各出入控制口 前端门禁控制单元通过串口实现与上位机的连接通信 串行通信一般主要采用RS232与RS485两种 由于RS232通信传输距离小于15米 但前端出入口距离控制中心上位机一般距离较远 且干扰源多 不宜采用 RS485采用平衡发送和差分接收方式实现通信 一般用双绞线电缆作为网络的数据传递通道 所以RS485通讯方式对共模干扰有很好的抑制作用 而且收发器有效的接受电平范围很宽 对低至200mV电压都能检测得到 所以即使传输距离超过了千米 仍然可以检测到有用信号 因此 系统前端通信主要利用RS485进行组网 然后通过转换接口实现RS485与RS232的转换后再与上位PC机相连 系统总体架构如右图所示 门禁系统整体架构 E211 本系统的核心就是前端的门禁系统控制单元 它通过RS485总线进行组网与互通 它主要包含STM32主控芯片 电源模块 数码显示 蜂鸣报警 按键输入 看门狗 存储器 485通信电路 RTC电路 NFC读卡器接口电路 门禁锁控制接口电路等部分 如图所示 其中NFC读卡器接口模块实现与用户的数据交互 门禁锁控制模块实现对锁的开关控制 485通信电路实现系统的组网与信息远程传递 数码显示 蜂鸣报警 按键输入等电路实现人机交互接口 RTC实时时钟 硬件看门狗等电路确保了系统的稳定与可靠 而系统主控芯片则实现对所有模块电路的信息交互与控制管理 门禁系统硬件组成部分 E211 PN532射频芯片介绍 PN532是一个高度集成的非接触读写芯片 它包含80C51微控制器内核 集成了13 56MHz下的各种主动 被动式非接触通信方法和协议 芯片特性带40kBROM和1kBRAM的80C51微控制器内核 高度集成的模拟电路 解调和译码响应 2 7V 5 5V的电源 灵活的中断模式 低功耗模式 硬件掉电模式 软件掉电模式 当器件处于掉电模式时能够通过I2C HSU和SPI接口自动唤醒 支持主机接口 SPI