CN115223280A - 一种配电站房的门禁设备 - Google Patents

Abstract

一种配电站房的门禁设备，包括设置在前部的面板，设置在后部的盖板，以及设置在面板和盖板之间的射频读卡模块和门禁控制器主板；所述的射频读卡模块射频读卡模块和门禁控制器主板之间通过SPI口通信接口，实现射频读卡模块和门禁控制器主板的通信；所述的门禁控制器主板上设置有微控制器MCU，以及与微控制器MCU连接的通信接口，存储器，MCU时钟电路，大区、小区编码模块，蓝牙无线通信模块，以及与电控锁信号连接的电控锁驱动模块；所述的大区、小区编码模块与CPU门禁卡的内部设置有COS安全体系，两者采用三重DES算法加密，采用的密码长度为128位。本发明减少了门禁中控制器和刷卡部分的线路，使得读卡和控制部分的电路简单，减少了布线，降低了成本，同时采用三重DES算法加密，能有效的放置门禁密码被破解，增加了门禁的安全性。

Description

一种配电站房的门禁设备

技术领域

本发明涉及门禁技术领域，具体涉及一种配电站房的门禁设备。

背景技术

目前小区开关站、配电房门禁大都由门禁控制器、门禁刷卡器、门禁电源、电控锁具、IC/ID门禁卡这几部分组成。门禁控制器连接刷卡器、电控锁具，刷卡时，门禁控制器将读到的卡号信息发送给门禁控制器，门禁控制器比对自身存储器中是否有这张卡的权限和时效，比对成功驱动锁控继电器动作，电控锁动作开门。同时门禁控制器具备通信接口，通过门禁管理软件对门禁控制器的权限进行增加或删除。

目前小区开关站、配电房门禁存在以下问题：现小区变开关站、配电房门的门禁系统采用普通的门禁卡，IC、ID门禁控制器，安全性不高，易于复制和破解。导致配电设备以及辅件被盗事件频发，造成公有资产损失，影响配网设备运行安全和人员生命安全；而且门禁控制器、刷卡器独立分体式，布线较多、增加施工成本和时间。

发明内容

针对上述的技术问题，本技术方案提供了一种配电站房的门禁设备，减少了门禁中控制器和刷卡部分的线路，使得读卡和控制部分的电路简单，减少了布线，降低了成本，同时采用三重DES算法加密，能有效的放置门禁密码被破解，增加了门禁的安全性；能有效的解决上述问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种配电站房的门禁设备，包括设置在前部的面板，设置在后部的盖板，以及设置在面板和盖板之间的射频读卡模块和门禁控制器主板；所述的射频读卡模块上设置有RC522非接触式读写卡芯片，以及与RC522非接触式读写卡芯片连接的13.56MHz天线及匹配电路、RC522的时钟电路和SPI口通信接口，所述的SPI口通信接口与门禁控制器主板连接，实现射频读卡模块和门禁控制器主板的通信；所述的门禁控制器主板上设置有微控制器MCU，以及与微控制器MCU连接的通信接口，存储器，MCU时钟电路，大区、小区编码模块，蓝牙无线通信模块，以及与电控锁信号连接的电控锁驱动模块；所述的大区、小区编码模块与CPU门禁卡的内部设置有COS安全体系，两者采用三重DES算法加密，采用的密码长度为128位。

进一步的，所述的COS安全体系包括三部分：安全状态、安全属性和安全机制；CPU门禁卡在安全状态满足安全属性的要求，通过执行操作指令，在安全机制的作用下，从当前的安全状态转移到下一个安全状态。

进一步的，所述的CPU门禁卡内设置有编辑系统和CPU卡密钥管理系统，编辑系统和CPU卡密钥管理系统的主要功能是提供各种密钥的生成机制和加密算法，并将生成的密钥存储在具有密钥导出功能的CPU智能卡，即SAM卡中。

进一步的，所述的密钥的发行采用梯级生成、下发方式，即由上级生成下一级所需的各种子密钥，并以卡片的形式，采用线路加密的方式传递给下一级。

进一步的，所述的三重DES算法用两个密钥（KL和KR）对明文（X）进行3次DES加密或解密；

3DES的加密方式为：Y=DES(KL,DES-1(KR,DES(KL,X)))；

对应的解密方式为：X=DES-1(KL,DES(KR,DES-1(KL,Y)))；

其中，DES（K，X）表示用密钥K对数据X进行DES加密，DES-1（K，Y）表示用密钥K对数据Y进行解密。

进一步的，所述的面板和盖板之间除射频读卡模块和门禁控制器主板以外的位置采用机硅电子灌封胶填充，所述的盖板采用U型盖板，U型盖板的突出部固定于门体上。

进一步的，所述的RC522非接触式读写卡芯片是门禁射频读卡模块核心部件，RC522非接触式读写卡芯片集成13.56MHz通信频段下的被动非接触式通信方式和协议；且支持ISO14443A 的多层应用和快速 CRYPTO1 加密算法。

进一步的，所述RC522非接触式读写卡芯片内部的发送器部分可驱动读写器天线与ISO14443A/MIFARE卡和应答机的通信；所述C522非接触式读写卡芯片的接收器部分包含解调和解码电路，用于处理ISO14443A 兼容的应答器信号；所述RC522非接触式读写卡芯片内部的数字部分处理ISO14443A 帧和错误检测。

进一步的，所述的电控锁采用的是开锁继电器，所述的微控制器MCU还连接有状态指示灯和蜂鸣器。

进一步的，所述的微控制器MCU连接有电源，所述的电源采用市电和备用电池，当市电停电时，选用备用电池为门禁装置进行供电。

有益效果

本发明提出的一种配电站房的门禁设备，与现有技术相比较，其具有以下有益效果：

（1）本技术方案中通过将射频读卡模块和门禁控制器主板同时设置在面板和盖板之间，可以将控制和读卡部分的结构结合为一体；同时，将射频读卡模块通过SPI口通信接口与门禁控制器主板连接，进行信息交互；减少了门禁中控制器和刷卡部分的线路，使得读卡和控制部分的电路简单，减少了布线，降低了成本。另外，门禁控制器主板上设置的大区、小区编码模块，以及大区、小区编码模块与CPU门禁卡的内部设置有COS安全体系，两者采用三重DES算法加密，采用的密码长度为128位的设置，CPU门禁卡具有硬件加密结构，可以作为加密器件使用；而且其特殊的COS安全体系又为数据存储和操作提供了较高的安全性，可用于小批量数据的存储。CPU门禁卡的加解密功能由内嵌的硬件加密协处理器来完成，具有很高的安全性。

（2）本技术方案通过在面板和盖板之间采用机硅电子灌封胶填充，能够有效起到防水和隔热的效果，可以保护射频读卡模块和门禁控制器主板的安全性，降低门板对射频读卡模块和门禁控制器的高温传递，使得射频读卡模块和门禁控制器主板受损的情况发生，有效的保护了射频读卡模块和门禁控制器主板，确保门禁控制器户外正常运行。所述的盖板采用U型盖板，U型盖板的突出部固定于门体上。使得固定射频读卡模块和门禁控制器主板的位置处与门板之间有间隙，可以阻隔门板上的温度传送到盖板的U型槽底面的位置，对射频读卡模块和门禁控制器主板起到保护的作用，可有效的进一步避免射频读卡模块和门禁控制器主板被门板上的高温传递引起的元器件损坏。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中后盖的结构示意图。

图3为本发明中射频读卡模块的结构示意图。

图4为本发明中射频读卡模块的电路连接示意图。

图5为本发明中门禁控制器主板的结构示意图。

附图中的标记为：1-面板、2-射频读卡模块、21-RC522非接触式读写卡芯片、22-13.56MHz天线及匹配电路、23-RC522的时钟电路、24-SPI口通信接口、3-门禁控制器主板、31-微控制器MCU、32-MCU通信接口、33-MCU存储器、34-MCU时钟电路、35-大区、小区编码模块、36-蓝牙无线通信模块、37-电控锁驱动模块、38-状态指示灯、39-蜂鸣器、4-盖板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围。

实施例1：

如图1至图2所示，一种配电站房的门禁设备，包括设置在前部的面板1，设置在后部的盖板4，以及设置在面板1和盖板4之间的射频读卡模块2和门禁控制器主板3。所述的面板1上，留有安装门禁控制器状态指示灯37和蜂鸣器38的位置。所述的面板1和盖板4之间，在射频读卡模块2和门禁控制器主板3以外的位置，采用机硅电子灌封胶填充，能够有效起到防水和隔热的效果，可以保护射频读卡模块2和门禁控制器主板3的安全性，降低门板对射频读卡模块2和门禁控制器主板3的高温传递，使得射频读卡模块2和门禁控制器主板3受损的情况发生，有效的保护了射频读卡模块2和门禁控制器主板3，确保门禁控制器户外正常运行。所述的盖板4采用U型盖板，U型盖板的突出部固定于门体上。使得固定射频读卡模块2和门禁控制器主板3的位置处与门板之间有间隙，可以阻隔门板上的温度传送到盖板的U型槽底面的位置，对射频读卡模块2和门禁控制器主板3起到保护的作用，可有效的进一步避免射频读卡模块2和门禁控制器主板3被门板上的高温引起元器件损坏。

如图3-图4所示，所述的射频读卡模块2上设置有RC522非接触式读写卡芯片21，以及与RC522非接触式读写卡芯片21连接的13.56MHz天线及匹配电路22、RC522的时钟电路23和SPI口通信接口24，所述的SPI口通信接口24与门禁控制器主板3连接，实现射频读卡模块2和门禁控制器主板3的通信。

所述的RC522非接触式读写卡芯片21是门禁射频读卡模块2核心部件，RC522非接触式读写卡芯片21集成13.56MHz通信频段下的被动非接触式通信方式和协议；且支持ISO14443A 的多层应用和快速 CRYPTO1 加密算法。

所述RC522非接触式读写卡芯片21内部的发送器部分可驱动读写器天线与ISO14443A/MIFARE卡和应答机的通信；所述C522非接触式读写卡芯片的接收器部分包含解调和解码电路，用于处理ISO14443A 兼容的应答器信号；所述RC522非接触式读写卡芯片内部的数字部分处理ISO14443A 帧和错误检测。

如图5所示，所述的门禁控制器主板3上设置有微控制器MCU31，以及与微控制器MCU31连接的通信接口32与射频读卡模块2中的SPI口通信接口24连接，实时读取射频读卡模块2状态，刷卡时比对门禁卡密码是否正确。

所述的微控制器MCU31还连接有MCU存储器33，在有门禁卡刷卡时，门禁控制器主板3会将刷卡信息存储到MCU存储器33中。一条完整的刷卡器开门信息包含：刷卡卡号、刷卡时间。

有效权限卡刷卡通过时，将刷卡信息存储到门禁卡扇区数据中。刷卡信息包含：门禁控制器序列号、刷卡时间。通过门禁权限管理软件读取门禁卡扇区内的数据得到刷卡记录。同时门禁控制器也将刷卡记录本地保存，门禁软件通过无线蓝牙通信接口实现本地刷卡记录查询。

所述的微控制器MCU31还连接有MCU时钟电路34和电源，所述的MCU时钟电路34采用精准时钟模块电路；所述的电源采用市电和备用电池，当市电停电时，选用备用电池为门禁装置进行供电。所述的备用电源为CR1220锂电池，即便门禁控制器长时间断电时钟能够正常运行。

所述的微控制器MCU31还连接有大区、小区编码模块34和蓝牙无线通信模块36，根据运维班组片区划分不同区域，门禁控制器安装时根据当前所属区域拨码编码，区域权限管理方便灵活。运维班组成员安装门禁管理APP软件，根据用户分配权限，实现应急开门或门禁历史事件提取查看。权限管理方便，现有技术需要本地授权或删除权限，本专利实现对门禁卡的管理，将区域权限和时间权限写入门禁卡内。

CPU门禁卡密码比对过程为：CPU卡具有硬件加密结构，可以作为加密器件使用；而且其特殊的软件体系-COS（Chip Operation System）又为数据存储和操作提供了较高的安全性，可用于小批量数据的存储。

CPU卡的加解密功能由内嵌的硬件加密协处理器来完成，具有很高的安全性。目前，CPU卡一般采用DES加密算法。DES加密算法是一种迭代分组密码算法，它加密时把明文以64比特为单位分成块，然后用密钥把每一块的明文转化为64比特密文。使用的密钥长度为64位，其中有效长度为56位（有8位用于奇偶校验）。为了进一步提高安全性，CPU卡通常采用三重DES算法加密，采用的密码长度为128位。

在应用时，CPU卡的安全性是由其COS的安全体系来保证的，它涉及到卡中信息的访问控制机制和保密机制。COS安全体系在概念上包括三部分：安全状态、安全属性和安全机制。智能卡在安全状态满足安全属性的要求，通过执行操作指令，在安全机制的作用下，从当前的安全状态转移到下一个安全状态。编辑系统结构和功能CPU卡密钥管理系统的主要功能是提供各种密钥的生成机制和加密算法，并将生成的密钥存储在具有密钥导出功能的CPU智能卡，即SAM（Security Access Module）卡中。密钥的发行采用梯级生成、下发方式，即由上级生成下一级所需的各种子密钥，并以卡片的形式，采用线路加密的方式传递给下一级，极大地提高了系统的安全性和应用的方便性。

加密算法主要采用非常成熟的、强度比较高的DES算法。为了进一步提高系统安全强度，在实际系统中，采用的是以DES算法为基础的3DES算法。3DES算法用两个密钥（KL和KR）对明文（X）进行3次DES加密/解密。

3DES的加密方式：Y=DES(KL,DES-1(KR,DES(KL,X)))对应的解密方式为：X=DES-1(KL,DES(KR,DES-1(KL,Y)))其中DES（K，X）表示用密钥K对数据X进行DES加密，DES-1（K，Y）表示用密钥K对数据Y进行解密。

所述的微控制器MCU31还连接有与电控锁信号连接的电控锁驱动模块37；所述的电控锁采用的是开锁继电器，所述的微控制器MCU31还通过门禁控制器状态指示灯及蜂鸣器驱动电路连接有状态指示灯38和蜂鸣器39，指示门禁控制器工作状态。

门禁控制器的工作状态为：微控制器MCU，实时读取射频读卡模块状态，刷卡时比对门禁卡密码是否正确。密码验证过后读取门禁卡存储器内的授权起止时间并与门禁控制器内的时钟对比。授权起止时间比对通过后读取门禁卡存储器内的区域编码信息，若门禁卡内的区域编码信息和当前门禁控制器编码信息一致时，开锁继电器闭合、状态指示灯和蜂鸣器提示用户正常刷卡。同时将刷卡信息写入到门禁卡存储器中和门禁控制器本地存储器中。写入门禁卡门禁事件信息包含刷卡器时间、门禁控制器序列号；写入门禁控制器本地存储器门禁事件信息包含刷卡器时间、门禁卡卡号。

Claims (10)

1.一种配电站房的门禁设备，包括设置在前部的面板（1），设置在后部的盖板（4），以及设置在面板（1）和盖板（4）之间的射频读卡模块（2）和门禁控制器主板（3）；其特征在于：所述的射频读卡模块（2）上设置有RC522非接触式读写卡芯片（21），以及与RC522非接触式读写卡芯片（21）连接的13.56MHz天线及匹配电路（22）、RC522的时钟电路（23）和SPI口通信接口（24），所述的SPI口通信接口（24）与门禁控制器主板（3）连接，实现射频读卡模块（2）和门禁控制器主板（3）的通信；所述的门禁控制器主板（3）上设置有微控制器MCU（31），以及与微控制器MCU（31）连接的MCU通信接口（32），MCU存储器（33），MCU时钟电路（34），大区、小区编码模块（35），蓝牙无线通信模块（36），以及与电控锁信号连接的电控锁驱动模块（37）；所述的大区、小区编码模块（35）与CPU门禁卡的内部设置有COS安全体系，两者采用三重DES算法加密，采用的密码长度为128位。

2.根据权利要求1所述的一种配电站房的门禁设备，其特征在于：所述的COS安全体系包括三部分：安全状态、安全属性和安全机制；CPU门禁卡在安全状态满足安全属性的要求，通过执行操作指令，在安全机制的作用下，从当前的安全状态转移到下一个安全状态。

3.根据权利要求1或2所述的一种配电站房的门禁设备，其特征在于：所述的CPU门禁卡内设置有编辑系统和CPU卡密钥管理系统，编辑系统和CPU卡密钥管理系统的主要功能是提供各种密钥的生成机制和加密算法，并将生成的密钥存储在具有密钥导出功能的CPU智能卡，即SAM卡中。

4.根据权利要求3所述的一种配电站房的门禁设备，其特征在于：所述的密钥的发行采用梯级生成、下发方式，即由上级生成下一级所需的各种子密钥，并以卡片的形式，采用线路加密的方式传递给下一级。

5.根据权利要求1所述的一种配电站房的门禁设备，其特征在于：所述的三重DES算法用两个密钥（KL和KR）对明文（X）进行3次DES加密或解密；

3DES的加密方式为：Y=DES(KL,DES-1(KR,DES(KL,X)))；

对应的解密方式为：X=DES-1(KL,DES(KR,DES-1(KL,Y)))；

其中，DES（K，X）表示用密钥K对数据X进行DES加密，DES-1（K，Y）表示用密钥K对数据Y进行解密。

6.根据权利要求1所述的一种配电站房的门禁设备，其特征在于：所述的面板（1）和盖板（4）之间除射频读卡模块（2）和门禁控制器主板（3）以外的位置采用机硅电子灌封胶填充，所述的盖板（4）采用U型盖板，U型盖板的突出部固定于门体上。

7.根据权利要求1所述的一种配电站房的门禁设备，其特征在于：所述的RC522非接触式读写卡芯片（21）是门禁射频读卡模块核心部件，RC522非接触式读写卡芯片（21）集成13.56MHz通信频段下的被动非接触式通信方式和协议；且支持ISO14443A 的多层应用和快速 CRYPTO1加密算法。

8.根据权利要求1或7所述的一种配电站房的门禁设备，其特征在于：所述RC522非接触式读写卡芯片（21）内部的发送器部分可驱动读写器天线与ISO14443A/MIFARE卡和应答机的通信；所述C522非接触式读写卡芯片（21）的接收器部分包含解调和解码电路，用于处理ISO14443A 兼容的应答器信号；所述RC522非接触式读写卡芯片（21）内部的数字部分处理ISO14443A 帧和错误检测。

9.根据权利要求1所述的一种配电站房的门禁设备，其特征在于：所述的电控锁采用的是开锁继电器，所述的微控制器MCU（31）还连接有状态指示灯（38）和蜂鸣器（39）。

10.根据权利要求1所述的一种配电站房的门禁设备，其特征在于：所述的微控制器MCU（31）连接有电源，所述的电源采用市电和备用电池，当市电停电时，选用备用电池为门禁装置进行供电。

Images