门禁管理系统中串行RS232、RS485、CAN总线及TCP/IP等传输形式

　　在联网式门禁管理系统中，通常要实现实时现场通信。由于门禁控制器本身存储容量和数据处理能力都比较低，所以一般情况下要通过通信手段使它与上位机（图1单门门禁管理系统结构图中的PC）相连，把采集到的数据传输到上位机进行数据处理。同样，上位机也要向控制器下传控制信息，以实现实时显示和监视事件的发生。传输部分就是实现上位机与控制器之间的信息交换，一般来讲现在的信息传输方式种类繁多，在计算机控制系统中使用较多的有：并行通信、串行通信、无线通信等等，在门禁管理系统中主要使用的传输形式：串行RS232、RS485、CAN总线及TCP/IP等。

　　（1）RS232总线
　　串行通信是在一根传输线上一位一位的传输信息，所用的传输线少，并且可以借助现成的电话线进行信息传输，因此，特别适合于远距离的传输。不管是与计算机相近的硬盘、扫描仪、投影仪，还是在多台微机组成的多级分布控制系统，串行通信方式都比较常见。在串行通信方式中通信设备双方的接口称为串行接口，为了实现信息的传输共同遵守的约定称为串行接口标准。串行接口标准的出现同样的方便了计算机与终端、外设的信息传输，方便设备制造厂商的规模化生产。目前我们使用的串行接口标准有以下几种：RS232、RS422、RS485。
　　RS232标准最初是为远程通信连接数据终端设备DTE与数据通信设备DCE制定的，其传输距离最大约为15m，最高速率为20kb/s，在RS232标准中数据的接受或发送都是基于数据终端设备DTE而言。而现在RS232接口标准被广泛使用于计算机通信中，标准经过使用和发展，目前已经有几种，但都是在RS232标准的基本上经过改进而形成的。RS232C标准是美国EIA（电子工业联合会）与BELL等公司一起开发，于1969年公布的通信协议。RS232C标准的全称是EIA- RS232C标准，其中EIA前面已介绍，RS（Recommended Standard）代表推荐标准，232是标识号，C代表RS232的最新一次修改（1969年）。目前在一般PC上的COM1、COM2接口，就是RS232C接口。由于RS232C并未定义连接器（即图1中通信转换器）的物理特性，因此，出现了DB-25、DB-15、DB-9各种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同，下面分别介绍两种较为常用的连接器：9针串口（DB-9）如图 3.1.9 和25针串口（DB-25），见表1 DB-9和DB-25常用引脚说明 ，在实践应用中串口传输数据只要有接受数据针脚和发送数据针脚就能实现，实现方法是：接受脚和发送脚直接用线相连，地线相连即可，如两个DB-9口相连，由下表可知只要两2、3引脚交叉相连，5号引脚相连就可现实数据的传输。
　　由于RS232接口标准抗干扰能力差、传输速率低（≤20kb/s）、传输距离短（＜20m）。为了实现在更高效、更远距离的传输，EIA在RS232C的基础上于1978年推出了RS422A标准。RS422A标准采用了双线传输，大大增强了抗干扰能力，因此最大数据传输速率可达10Mb/s(传输距离为15m)；若传输速率降到90kb/s时，则最大距离可达1200m；同时RS422A标准也保持与RS232C的兼容。

表1 DB-9和DB-25常用引脚说明

9针串口（DB-9）			25针串口（DB-25）
针号	功能说明	缩写	针号	功能说明	缩写
1	数据载波检测	DCD	8	数据载波检测	DCD
2	接受数据	RXD	3	接受数据	RXD
3	发送数据	TXD	2	发送数据	TXD
4	数据终端准备	DTR	20	数据终端准备	DTR
5	信号地	GND	7	信号地	GND
6	数据设备准备好	DSR	6	数据设备准备好	DSR
7	请求发送	RTS	4	请求发送	RTS
8	清除发送	CTS	5	清除发送	CTS
9	振铃指示	DELL	22	振铃指示	DELL

　　（2）RS485总线

　　RS485标准与RS422A标准类似，是一种平衡传输方式的串行接口标准，与RS422A兼容；其特点是抗干扰能力强、传输速率高、传输距离远。在采用双绞线、不用调制解调器（MODEM）的情况下,在100kb/s的传输速率时，可传输1200m,若传输速率为9600 kb/s，则传输距离可达1500m，其允许的最大传输速率为10Mb/s，距离为15m，目前RS485标准已在许多方面得到应用，尤其是在多点通信系统中，如工业集散分布系统、商业POS收款机和门禁管理系统中应用很多，是一个很有发展前景的串行通信接口标准。下面是以上三种串行接口标准的对比表。
　　在以上的三种串行传输方式中，通过下表对比我们可以清楚地看到RS485标准不管是从传输有效距离的长短（400ft）还是网络节点收发数（1收、32发）上性能都优于其余两种串行传输方式，所以在门禁管理系统工程中多采用RS485标准作为信息传输的形式，485标准的单门门禁如图.1 ，如要实现多门或联网门禁，我们可在此基础进行相应组件的安装即可，例如要现实四门控制，我们只需要在此基础上增加一四门控制器与485总线相连即可。
表2 RS232、RS422、RS485电气参数对比

规定	RS232	RS422	RS485	CAN总线
成本	较低	较低	较低	较低
节点数	1收、1发	1收、10发	1收、32发	1收、多发
最大传输电缆长度	50ft	400ft	400ft	49212ft
最大传输速率	20kb/s	10Mb/s	10Mb/s	1 Mb/s
总线利用率	低	低	低	高
通讯失败率	高	高	高	低
节点错误的影响	影响整个网络	影响整个网络	影响整个网络	无任务影响
网络调试	较难	较难	较难	容易
开发难度	大	大	大	小
后期维护成本	高	高	高	低

（注：ft为feet缩写中文为英尺，1 英寸 ＝2.5400 cm,1 英尺 ＝12 英寸＝0.3048米）
　　（3）CAN总线

　　CAN-bus（ControllerAreaNetwork）即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一，现广泛应用到各个自动化控制系统中。例如，在汽车电子、自动控制、智能大厦、电力系统、安防监控等各领域。
CAN-bus是一种多主方式的串行通讯总线，具有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。当信号传输距离达到10Km时，CAN-bus仍可提供高达5Kbps的数据传输速率。
　　　　　　　　　　　　　　表 3 CAN总线通讯距离与波特率关系表

通讯波特率（kbps）	1000	500	250	125	100	50	20	10
最大距离（m）	40	130	270	530	620	1300	3300	6700

　　CAN_bus具有高抗干扰能力、多主结构、可靠的出错处理机制、节点在严重错误的情况下自动退出总线等特点，使CAN_bus总线在门禁系统中具有很强的优势。在CAN_bus门禁系统中采用双绞线作为传输介质，网络连接采用总线连接方式。
　　（4）TCP/IP形式
　　通过上面内容的学习，我们知道在传统的联网型门禁管理系统中我们多采用485联网门禁，但伴随着以太网技术的出现及迅速发展，如今以太网的应用十分广泛，在公司、工厂、学校、写字楼我们都见其身影，因其巨大的网络基础、完善的通信线路，所以门禁管理系统工程在控制门数多、范围较广的情况下，多采用以太网传输线路来实现门禁控制信息的传输，一般我们把以以太网为基础并采用TCP/IP 通讯方式的联网型门禁管理系统简称为TCP/IP 网络型门禁。下图为典型的TCP/IP 网络型门禁管理系统拓扑结构，用于单门控制，在此基础上进行扩展比较简单、方便，只需增加交换机、门禁控制器及相应的组件并与传输线路相连即可。
　　 如图10所示，图中和交换机相连部分表示以太网传输线路，可由电缆、双绞线或光纤等传输介质实现，不同的传输介质会导致以太网传输性能的不同，那我们在具体的门禁工程施工中该采用何种传输介质呢？我们先由以太网的产生和发展谈起。
　　 以太网产生于上世纪70年代，是一种采用CSMA/CD（载波监听多路存取和冲突检测）介质访问控制方式的局域网技术，最初由Xerox于1975年研制成功，并以此为基础于1989年正式成为IEEE802.3的以太网国际标准。在以后20多年中的发展和应用中，为了适应信息传输和服务的要求，在802.3的基础不断发展变化，产生了多种技术标准，其中的几个主要标准见下表。在具体的工程实施中，对于门禁采用何种以太网标准，往往要从实际出发，一般要遵循以下原则：满足客户需求、性价比高、扩展性强、安全性高。

表 4主要以太网标准

时间	俗称	国际标准名称	传输介质
1982年	10Base5	802.3	粗同轴电缆
1985年	10Base2	802.3a	细同轴电缆
1990年	10Base-T	802.3i	双绞线
1993年	10Base-F	802.3j	光纤
1995年	100Base-T	802.3u	双绞线
1997年	全双工以太网	802.3x	双绞线、光纤
1998年	1000Base-X	802.3z	双绞线、光纤
2000年	1000Base-T	802.3ab	双绞线
2002年	10000Base	802.3ae	光纤
2003年	以太网供电(PoE)	802.3af	双绞线
2003年	EPON	802.3ah	光纤

　　

　　（5） 通讯转换器
　　通讯转换器一般主要应用于工业控制、智能仪器仪表、食堂售饭系统、门禁管理系统、电力、交通、银行等应用RS-232、RS-485、RS-422现场总线通讯的场合，用于实现三种不同串行传输方式之间的转换，如下图的通讯转换器实现RS-232、RS-485之间的转换。
　　

　　　　图1 RS232、RS485通讯转换器
　　通讯转换器在使用时，一般具有以下特点：
　　① 半双工全双工通用，可通过跳线设置通讯转换器两端接口的半双工或全双工的工作方式，。

　　② 只用到RS232串口RXD(接收)、TXD(发送)、GND(地)三根信号线，无须其他信号线。