門禁系統(tǒng)，是怎么回事？一文讀懂智能門禁系統(tǒng)（智能門禁系統(tǒng)工作原理）

門禁系統(tǒng)應(yīng)該是我們?nèi)粘＝佑|最多的智能硬件系統(tǒng)之一了，但大家有沒有想過，其原理是怎樣的呢？這篇文章，作者嘗試給我們普及一下門禁系統(tǒng)的情況，希望能幫到大家。

有一天從公司出門，突然對遙控門禁起了好奇：為什么按一下物理遙控器，可以控制打開玻璃門呢？

這里面也許有個基本原理：按下遙控器的按鈕時，內(nèi)置電池電能轉(zhuǎn)為發(fā)出無線電信號，接收端轉(zhuǎn)換為電信號，通過電能來控制門的開關(guān)。

但進(jìn)一步想，這里頭的水，應(yīng)該更深。

一、使用場景

就目前生活中遇到的門禁系統(tǒng)，包含了如下場景：

① 辦公樓、公司進(jìn)出

② 居民社區(qū)、單元門

③ 酒店電梯、房間門電子鎖

④ 火車站、高鐵站、機(jī)場通行

當(dāng)然，還有一些其他場景，比如政府機(jī)構(gòu)、學(xué)校、醫(yī)院。

可與監(jiān)控設(shè)備結(jié)合，實現(xiàn)通道抓拍、事件預(yù)警?？山Y(jié)合門口機(jī)安卓APP，實現(xiàn)可視對講開鎖。

總之，可以確認(rèn)，門禁系統(tǒng)，與安全防護(hù)管理息息相關(guān)。

二、產(chǎn)品介紹

門禁系統(tǒng)的演進(jìn)如下：從鑰匙開鎖，到刷卡開門，再到形成軟硬件一體的物聯(lián)網(wǎng)門禁系統(tǒng)。

1. 開門方式

面向用戶分三類：樓內(nèi)人員（業(yè)主/職員/住宿旅客）、訪客、陌生人。

常見的開門方式，包含了：門禁卡、開門按鈕、遙控、人臉識別、密碼驗證、指紋識別、APP或小程序。

1.1 門禁卡 讀卡器

一些小區(qū)的進(jìn)出，會使用門禁卡，如：

或者寫字樓員工也要刷卡進(jìn)入，如：

非接觸式的IC門禁卡（智能卡）的基本原理：

A、LC串聯(lián)諧振電路：在非接觸IC卡內(nèi)部，存在一個由電感L（天線線圈）和電容C（來自IC卡芯片）組成的LC諧振電路。這個電路能在射頻讀卡器發(fā)出電磁波后感應(yīng)出電流，電流在電感和電容之間來回擺動，形成電磁震蕩。當(dāng)讀卡器發(fā)出的電磁波頻率與LC電路的共振頻率相同時，會產(chǎn)生共振效應(yīng)。

B、積累電荷形成電壓：當(dāng)LC電路發(fā)生共振時，電容C會在交變電流的作用下反復(fù)充放電，由此產(chǎn)生電壓。這個電壓就是IC卡片供電的源頭，可以驅(qū)動IC卡片里的芯片運行。

C、發(fā)射或接收數(shù)據(jù)：在電壓的驅(qū)動下，IC卡片的芯片可以將儲存在其中的信息，通過電磁波的形式發(fā)射出去。同時，芯片也可以接收來自讀卡器傳來的信號，進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取或?qū)懭氩僮鳌?/p>

D、身份驗證和控制：讀卡器獲取卡片信息，傳輸?shù)?span id="c9t9gdv" class="candidate-entity-word" data-gid="3820539">控制器進(jìn)行身份驗證——控制器核實后，控制電鎖的開關(guān)，同時記錄了進(jìn)出刷卡記錄。某些高安全性的卡片也會對讀卡器反向校驗。

其中關(guān)于射頻讀卡器（不需要插入特定讀寫器插槽）：交變電流通過導(dǎo)體，導(dǎo)體周圍會形成交變的電磁場，形成頻率高于100kHz、具有遠(yuǎn)距離傳輸能力的高頻電磁波。

手機(jī)模擬實體門禁卡：

前提是手機(jī)支持NFC且門禁卡未加密。NFC即近場通信（Near Field Communication），是短距離的高頻無線通信技術(shù)，通過電磁感應(yīng)來傳輸數(shù)據(jù)。在一對一通信中，主動發(fā)起連接的一方為發(fā)起設(shè)備，另一方為目標(biāo)設(shè)備，發(fā)起和目標(biāo)設(shè)備都支持主動和被動通信模式。

A、手機(jī)復(fù)制門禁卡存儲信息。NFC的手機(jī)作為讀卡器發(fā)出射頻信號，門禁卡作為RFID接收器吸收射頻信號、產(chǎn)生電流，進(jìn)而驅(qū)動將標(biāo)識符信息返回給發(fā)射器手機(jī)。手機(jī)將這個信息存儲起來，實現(xiàn)復(fù)制門禁卡功能。

B、手機(jī)模擬門禁卡刷卡開門。門禁讀卡器發(fā)出射頻信號，手機(jī)模擬門禁卡接收信號，感應(yīng)電流驅(qū)動將標(biāo)識符信息以電磁波形式返回到電鎖，實現(xiàn)開門。

比如華為手機(jī)復(fù)制的門禁卡：

1.2 遙控器

門禁遙控器內(nèi)部配備了無線電發(fā)射模塊，當(dāng)用戶按下按鈕時，發(fā)射模塊會將門禁開關(guān)信號轉(zhuǎn)換為無線電波信號，并進(jìn)行發(fā)射。這個信號會被門禁設(shè)備接收并解碼，然后門禁設(shè)備會根據(jù)解碼后的信號來判斷是開門還是關(guān)門。

常用的門禁遙控器頻率主要有315MHz和433MHz兩種。

A、315MHz：傳輸信號穩(wěn)定、傳輸距離較為遠(yuǎn)、干擾較小，在門禁市場上應(yīng)用廣泛。

B、433MHz：穿透力較強(qiáng)，能夠穿過一些障礙物，如墻體、隔音門等，傳輸距離也較為遠(yuǎn)，但受干擾影響較大。

1.3 人臉識別

人臉識別技術(shù)也已經(jīng)普及。以業(yè)內(nèi)知名的3D視覺感知整體技術(shù)方案提供商【奧比中光】為例，提供了3D刷臉門鎖門禁解決方案。人臉識別技術(shù)包括：3D人臉辨識算法、人臉活體檢測等。

① 3D人臉辨識算法

3D傳感器，采用立體視覺技術(shù)，可以感知三維空間。其中立體視覺，利用兩個或者更多的攝像頭（像人的雙眼一樣）從不同的角度獲取目標(biāo)物體的圖像，然后通過計算機(jī)算法，推測出物體在三維空間中的形狀和位置。

3D人臉識別就是掃描被檢測人的臉部，形成包含面部特征的3D模型，與已經(jīng)儲存在數(shù)據(jù)庫中的3D模型進(jìn)行比較。若比較的結(jié)果超過了預(yù)設(shè)的閾值，則認(rèn)為檢測人的臉部和數(shù)據(jù)庫存儲的真實人臉是一致的。

②人臉活體檢測

常見方案是交互式的隨機(jī)動作檢測，比如張嘴、眨眼、左右轉(zhuǎn)。

在門禁系統(tǒng)中，一般采用非交互式的方法，比如近紅外人臉活體檢測。

A、近紅外光照射：通過攝像頭對人臉拍攝、同時近紅外光對人臉照射，由于近紅外線對人眼不可見、所以不會對人造成不適。

B、反射光檢測：人臉皮膚、眼球?qū)?span id="x9njexx" class="candidate-entity-word" data-gid="1227719">紅外線的反射不同，活體和非活體（如照片、視頻、假臉）對近紅外線的反射也不同。

C、活體檢測：攝像頭捕獲反射回來的近紅外光，與活體人臉特征進(jìn)行比較，判斷是否為活體。

光流法，屬于計算機(jī)視覺領(lǐng)域，能進(jìn)一步提升人臉活體檢測的準(zhǔn)確率。光流就是像素點在時間序列圖像中的移動效果，臉部的微動（如眨眼、微笑等）會改變圖像的像素值，這些微動通過光流法可以被檢測出來。如果在觀察期間，一張臉的像素值經(jīng)歷了正常的、與自然臉部微動一致的變化，那么這張臉更可能被判斷為活體。

1.4 APP或小程序 藍(lán)牙

類似共享單車，都是通過藍(lán)牙開鎖。原理如下：

A、藍(lán)牙通信。藍(lán)牙是一種短距離（一般10m以內(nèi)）的無線通信技術(shù)（個人局域網(wǎng)），由一個主設(shè)備控制、1個或多個從設(shè)備構(gòu)成，形成點對點、點對多點的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。工作在2.4GHz左右，屬于全球無需取得執(zhí)照許可（但有監(jiān)管）的免費頻段。使用頻率跳躍擴(kuò)頻（通信雙方跳躍到某個頻率），降低無線電干擾；通過配對碼來完成藍(lán)牙配對，確保私密性和安全性。

B、應(yīng)用控制。通過手機(jī)上的APP或小程序，用戶可以向門鎖發(fā)送開啟或關(guān)閉的指令。這些指令被編碼成特殊的藍(lán)牙信號，然后被手機(jī)的藍(lán)牙模塊發(fā)送出去。

C、門鎖接收。門鎖自身也有一個藍(lán)牙模塊，可以接收藍(lán)牙信號。一旦接收到來自APP或小程序的開鎖或閉鎖指令，門鎖的電子系統(tǒng)將據(jù)此激活機(jī)械開關(guān)，進(jìn)行開鎖或閉鎖。

另外社區(qū)開門的APP/小程序，通過相對剛性的開門服務(wù) 物業(yè)服務(wù)進(jìn)行引流，拓展了保潔和有害生物防治、家電清洗和維修、廢品回收等社區(qū)服務(wù)。

比如【親鄰開門】成立于2015年，截止2023年，服務(wù)社區(qū)超過6萬、合作物業(yè)超過1.2萬家、手機(jī)開門用戶超過2800萬、開門次數(shù)32億次。算是一個比較強(qiáng)的流量入口了。

1.5 可視對講

實現(xiàn)了圖像、聲音的雙向通話。原理包括：

A、圖像傳輸。來訪者通過門鈴請求物業(yè)或住戶開門，室外攝像頭開始拍攝圖像，轉(zhuǎn)換為電信號傳輸?shù)绞覂?nèi)、解碼顯示到屏幕上。

B、音頻傳輸。室內(nèi)外可以實現(xiàn)語音雙向通話，在于室內(nèi)室外都有麥克風(fēng)和揚聲器，麥克風(fēng)收集語音后轉(zhuǎn)化為電信號、傳輸?shù)綄Ψ皆俳獯a，通過揚聲器播放出來。

全球安防領(lǐng)域排名頭部的?？低?/span>，在京東出售的一拖一（一個室內(nèi)機(jī)一個室外機(jī)）可視對講門禁系統(tǒng)，大概也就出售800元出頭。下圖為海康威視的室內(nèi)機(jī)開門：

其中，對于室外機(jī)的設(shè)計，包括了：

A、高清紅外夜視（120°廣角鏡頭）：紅外夜視利用目標(biāo)發(fā)出的紅外熱輻射信號，通過紅外探測器轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過信號放大、處理和成像，形成人眼可見的紅外圖片。而廣角鏡頭，焦距較短、視角較大，這樣拍攝視野較為寬闊。

B、室外機(jī)防水設(shè)計（IP65）：IP65代表防塵等級為6，完全防止灰塵侵入；防水等級為5，防止噴射的水侵入。

2. 門禁控制器

用來管控一定區(qū)域內(nèi)門的開啟和關(guān)閉。門禁控制系統(tǒng)的核心是：控制面板。

承擔(dān)處理信息和決策的功能。通過微處理器，對讀卡器或其他設(shè)備（指紋掃描儀、人臉識別儀）發(fā)過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則做出決策。通過存儲器，存儲運行程序、門禁權(quán)限規(guī)則和記錄通行日志等，當(dāng)然聯(lián)網(wǎng)情況下，本地存儲可能弱化。在復(fù)雜的門禁系統(tǒng)中，還需要通過以太網(wǎng)或WiFi來與管理系統(tǒng)通信。

如果一個門，進(jìn)門刷卡、出門按按鈕，控制器對于每個門只能接一個讀卡器，叫單向控制器。

如果一個門，進(jìn)門刷卡、出門也刷卡（也可以接出門按鈕），每個控制器對于每個門可以接兩個讀卡器，一個是進(jìn)門讀卡器，一個是出門讀卡器，叫雙向控制器。

?？低暤拈T禁控制器如下：

門禁控制器的接線：

3. 門禁電源

門禁電源的主要功能，是將標(biāo)準(zhǔn)民用電壓220V的交流電轉(zhuǎn)換為門禁所需的12V（一般情況）直流電，為門禁系統(tǒng)中的控制器、讀卡器、電子鎖、樓宇對講等設(shè)備提供電力支持。

同時，門禁電源還具有過流保護(hù)、過壓保護(hù)和短路保護(hù)等功能，以確保系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。

4. 門禁閘機(jī)

門禁閘機(jī)是控制人員進(jìn)出的通道管理設(shè)備。只有完成身份識別后，才能允許通行。

4.1 閘機(jī)類型

A、三棍閘。我們在地鐵站、體育館等地方經(jīng)?？梢钥吹?。

B、翼閘。如在寫字樓，驗證身份后，則打開兩邊“翅膀”

C、全高旋轉(zhuǎn)閘。比如在社區(qū)、高鐵購票的出口。可以提供更好安全保障，不容易跨越或鉆過去。

4.2 閘機(jī)功能

通過門禁控制器來實現(xiàn)多種功能，比如：

A、多門互鎖。主要是多門形成聯(lián)動，只能保持一個門是開啟。不能同時開啟多個門、形成通道，防止非工作人員志暢通無阻。當(dāng)遇到火警等特殊情況，則可以解除多門互鎖、保持常開狀態(tài)。

B、反潛回。針對雙向刷卡的門禁，是一種防尾隨機(jī)制，要求人員驗證通行記錄是一進(jìn)一出嚴(yán)格對應(yīng)。比如一個人使用刷卡或指紋方式進(jìn)入后（沒有離開記錄），將IC卡交給其他人也無法再次驗證進(jìn)入。

5. 聯(lián)動系統(tǒng)

5.1 梯控

梯控，即電梯控制器，控制電梯運行、滿足電梯乘客需求。比如乘客按下呼叫按鈕，梯控系統(tǒng)就會根據(jù)乘客的位置、電梯的當(dāng)前運行狀態(tài)等，通過電梯調(diào)度算法來選擇一部最適合的電梯來服務(wù)。當(dāng)電梯在運行中時，梯控系統(tǒng)則會根據(jù)樓層的高低、運行的速度等，來控制電梯的開門、關(guān)門、上升、下降等行為。

目前許多連鎖酒店、居民樓、寫字樓也都聯(lián)動了門禁和梯控。即進(jìn)入電梯后，需要再次刷IC卡來識別身份，自動或者手動選擇指定權(quán)限的樓層。

比如?？低暤奶菘刂鳈C(jī)，最大可實現(xiàn)128層進(jìn)出權(quán)限的管控、支持刷卡、指紋、刷卡 密碼等多種認(rèn)證方式。

5.2 考勤

對于學(xué)校、辦公寫字樓，涉及考勤問題。

釘釘推出智能硬件產(chǎn)品，也包含了人臉/指紋考勤門禁機(jī)。員工刷臉，識別后自動開門、同步完成考勤打卡。

如下是釘釘管理員可配置考勤管理系統(tǒng)添加智能考勤機(jī)。

5.3 訪客管理

訪客機(jī)也已經(jīng)普及，提供了訪客的預(yù)約、登記。當(dāng)訪客使用通行證進(jìn)入閘機(jī)時，接入了門禁系統(tǒng)，實現(xiàn)身份驗證、訪問權(quán)限控制（包括可訪問的區(qū)域和有效時間）。

5.4 消防報警

疏散通道設(shè)置門禁，影響逃生。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生，火災(zāi)報警系統(tǒng)發(fā)出信號，門禁系統(tǒng)執(zhí)行控制指定閘機(jī)開啟或關(guān)閉，保障人員正常疏散逃生。

電動推桿鎖，兼具門禁管控、消防逃生的功能，實現(xiàn)安消一體化管理。非常適合商場、超市、寫字樓等消防疏散通道。未經(jīng)授權(quán)的人推壓逃生門鎖，啟動語音蜂鳴報警循環(huán)播放“這里是逃生出口，請迅速撤離，WO、WO、WO” ，并可開門外出。發(fā)生火災(zāi)時，逃生門鎖收到聯(lián)動信號，啟動語音蜂鳴報警循環(huán)播放“這里是逃生出口，請迅速撤離 ，WO、WO 、WO”，引導(dǎo)人員從這里逃生。

三、門禁行業(yè)

1. 市場規(guī)模及增長率

根據(jù)安信證券研究中心的報告：門禁市場年均復(fù)合增長率還行，在13%左右。

但是門禁行業(yè)是一個比較細(xì)分的賽道，總規(guī)模不大（<250億）。

2. 發(fā)展現(xiàn)狀

進(jìn)入壁壘并不高，行業(yè)內(nèi)參差不齊，產(chǎn)業(yè)集中度也不高。同質(zhì)化競爭下，打起貼身價格戰(zhàn)、利率相對較薄。

整個行業(yè)走向整合，發(fā)揮品牌化、集團(tuán)化的優(yōu)勢。同時，門禁系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)已經(jīng)相對成熟，進(jìn)入大規(guī)模發(fā)展階段，與安全、金融、交通等多個領(lǐng)域相融合。

行業(yè)內(nèi)的大玩家，包括安防領(lǐng)域的?？低?、從辦公軟件切入的釘釘、A股上市公司大華科技和熵基科技，以及從社區(qū)管理切入的親鄰科技。

3. 立方控股的門禁業(yè)務(wù)

立方控股的智能門禁系統(tǒng)毛利≥60%，應(yīng)該很高了。該公司有20年發(fā)展史、在北交所上市了，也算比較大的玩家了。

立方控股主要客戶結(jié)構(gòu)如下，前5大客戶銷售收入占比<20%

立方控股在2022年研發(fā)費用率達(dá)到16.3%，其中關(guān)于門禁相關(guān)技術(shù)如下：

四、寫在最后

1、門禁產(chǎn)品已經(jīng)從單純的硬件，發(fā)展到軟硬件一體化的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，融合了弱電系統(tǒng)工程和計算機(jī)技術(shù)。

2、門禁行業(yè)屬于安防領(lǐng)域，正從同質(zhì)化競爭走向品牌化、規(guī)?；l(fā)展，從而提供集成解決方案、企業(yè)獲得更高毛利率。

本文由 @馬老師 原創(chuàng)發(fā)布于人人都是產(chǎn)品經(jīng)理。未經(jīng)作者許可，禁止轉(zhuǎn)載。

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