以太網(wǎng)供電技術(shù)在門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要： 介紹了POE以太網(wǎng)供電門禁系統(tǒng)的組成、以太網(wǎng)供電的工作過程及POE網(wǎng)絡(luò)必須遵循的技術(shù)參數(shù)。闡述了以太網(wǎng)門禁控制器的設(shè)計(jì)組成、POE門禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程，以及以太網(wǎng)供電門禁技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)和發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞： 嵌入式；以太網(wǎng)供電；供電端設(shè)備；受電端設(shè)備

　結(jié)構(gòu)化布線是當(dāng)今所有數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。隨著許多新技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)得以提供越來越多的新應(yīng)用及新服務(wù)：如在不便于布線或者布線成本比較高的地方用戶開始考慮在現(xiàn)有以太網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)之上盡可能布置一些網(wǎng)絡(luò)安全攝像機(jī)及其他一些網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備。
目前此類新的應(yīng)用已經(jīng)越來越被用戶所接受，并且得到了快速的發(fā)展。所有這些支持新應(yīng)用的設(shè)備由于需要另外安裝AC供電裝置，特別是IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、門禁等都是安置在距中心機(jī)房比較遠(yuǎn)的地方更是加大了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)組建的成本。為了盡可能方便及最大限度地降低成本，電子電氣工程師協(xié)會(huì)IEEE批準(zhǔn)了一項(xiàng)新的以太網(wǎng)供電(PoE)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3af[1]，確保用戶能夠利用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)化布線為此類新的應(yīng)用設(shè)備提供供電能力。
1 PoE以太網(wǎng)供電系統(tǒng)
一個(gè)完整的PoE系統(tǒng)包括供電端設(shè)備（PSE）和受電端設(shè)備（PD）兩部分,兩者基于IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)建立有關(guān)受電端設(shè)備PD的連接情況、設(shè)備類型、功耗級(jí)別等方面的信息聯(lián)系，并以此為根據(jù)控制供電端設(shè)備PSE通過以太網(wǎng)向受電端設(shè)備PD供電。
供電端設(shè)備PSE可以是一個(gè) Endspan(內(nèi)置了PoE功能的以太網(wǎng)供電交換機(jī))和 Midspan(用于傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)和受電端設(shè)備PD之間的具PoE功能的設(shè)備)兩種類型，而受電端設(shè)備PD則是一些具PoE功能的無線局域網(wǎng)AP、IP電話機(jī)等終端設(shè)備。
按照 IEEE 802.3af的規(guī)范，供電端設(shè)備PSE與受電端設(shè)備PD設(shè)備的連接參數(shù)如圖1所示。

IEEE 802.3af以太網(wǎng)供電標(biāo)準(zhǔn)定義了一些在設(shè)計(jì)PoE網(wǎng)絡(luò)時(shí)必須遵循的參數(shù)：
(1)操作電壓一般情況下為 48 V DC，但其也許可能在44 V DC～57 V DC之間，但無論如何是不能超過60 V DC的；
(2)由PSE產(chǎn)生的最大電流一般情況下在350 mA～400 mA之間變化。這將確保以太網(wǎng)電纜不會(huì)由于其本身的阻抗而導(dǎo)致過熱；
(3)上述兩個(gè)值使得PSE在其端口輸出會(huì)產(chǎn)生最小15.4 W的功率輸出，考慮到經(jīng)過以太網(wǎng)電纜后的損耗，受電端設(shè)備PD所能接受到的最大的功率為12.95 W。
2 以太網(wǎng)供電工作過程
供電端設(shè)備PSE是整個(gè)POE以太網(wǎng)供電過程的管理者。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中布置PSE供電端設(shè)備時(shí)，PoE以太網(wǎng)供電工作過程如下：
(1)檢測(cè)過程。開始時(shí)，PSE設(shè)備在端口只是輸出很小的電壓，直到其檢測(cè)到線纜的終端連接為一個(gè)支持IEEE 802.3af 標(biāo)準(zhǔn)的受電端設(shè)備。
(2)PD端設(shè)備分類。當(dāng)檢測(cè)到受電端設(shè)備PD之后，供電端設(shè)備PSE可能會(huì)為PD設(shè)備進(jìn)行分類，并且評(píng)估此PD設(shè)備所需的功率損耗。
(3)開始供電。在一個(gè)可配置的啟動(dòng)期內(nèi)(一般小于15 ?滋s)，PSE設(shè)備開始從低電壓開始向PD設(shè)備供電，直至提供到 48 V級(jí)的直流電源。
(4)供電。為PD設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的48 V級(jí)直流電，滿足PD設(shè)備不越過15.4 W的功率消耗。
(5)斷電。如果PD設(shè)備被物理或者電子上從網(wǎng)絡(luò)上去掉，則PSE會(huì)快速地(一般在300 ms～400 ms之內(nèi))停止為PD設(shè)備供電，并且又開始檢測(cè)過程，檢測(cè)線纜的終端是否連接PD設(shè)備。
在整個(gè)過程當(dāng)中，一些事情如PD設(shè)備功率消耗過載、短路、超過PSE的供電負(fù)荷等會(huì)造成整個(gè)過程在中間會(huì)中斷，又會(huì)從第一步檢測(cè)過程開始。
3 以太網(wǎng)供電門禁系統(tǒng)
如圖2所示，以太網(wǎng)供電門禁控制系統(tǒng)由系統(tǒng)服務(wù)器、多臺(tái)分散的終端管理計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、跨接器、門禁讀卡控制設(shè)備和電控門鎖等組成。門禁讀卡控制設(shè)備采用以太網(wǎng)方式與交換機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即插即用，無需外接電源，便于安裝和維護(hù)。即插即用的安裝方式極大地減少了人工成本，并且實(shí)現(xiàn)了通過在線訪問系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制。當(dāng)一臺(tái)門禁讀卡控制設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并且不會(huì)殃及整個(gè)系統(tǒng)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，門禁讀卡控制設(shè)備可進(jìn)入“孤島狀態(tài)”運(yùn)行，降低了受破壞的風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)了可靠性。

以太網(wǎng)供電門禁控制系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有的門禁讀卡控制設(shè)備均可做全局化處理，可分權(quán)限地對(duì)門禁讀卡控制設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。因此，以太網(wǎng)型門禁控制系統(tǒng)的組態(tài)是非常靈活和經(jīng)濟(jì)的組網(wǎng)方案。
以太網(wǎng)供電門禁控制系統(tǒng)可具有系統(tǒng)實(shí)時(shí)自檢功能。對(duì)于系統(tǒng)中的典型故障（如斷網(wǎng)），中央工作站和門禁控制讀卡器均可以聲音信號(hào)和文字告警提示。在系統(tǒng)斷網(wǎng)故障時(shí),各點(diǎn)的門禁控制讀卡器可以獨(dú)立工作,并且可以記錄刷卡開門信息，當(dāng)故障排除后，信息會(huì)自動(dòng)上傳。
以太網(wǎng)供電門禁控制讀卡器提供RJ-45標(biāo)準(zhǔn)接口，采用TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，可與其他系統(tǒng)聯(lián)接，組成一個(gè)大的智能管理系統(tǒng)，此外, 系統(tǒng)還可開放必要的通信協(xié)議以便進(jìn)行更高層次的集成。
4 門禁控制讀卡器硬件設(shè)計(jì)
門禁控制器原理圖如圖3所示。