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每天都在使用的门禁系统是如何工作的?

▲Benjamin Disraeli(1804-1881, 英国政治家)

"I hate definitions!"

正如英国政治家Benjamin Disraeli所言,每个人都讨厌冗长枯燥的定义。但是在很多领域,比如在通信相关方向上,严谨的definition和计算似乎又是必须的。这就造成了大家想了解一些通信方面的知识却又被教科书上专业的公式和定义吓倒的窘境。

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门禁和我们的生活息息相关,大家每天在单元门前必须拿出门禁卡在感应区刷卡才能进门。为什么拿门禁卡在单元门口的感应区晃一下,门就自动开了?

▲ 典型的门禁系统,需要刷卡才能进入。

要解释这个问题,首先我们要了解一个英文缩写,即"RFID"。RFID=Radio Frequency Identification,中文翻译过来叫"射频识别"。简单的来说,就是我们手里拿的门禁卡(标签,tag)发送射频信号(信号频率一般为2.45GHz)给门上的感应器(读写器,reader),且这个射频信号带有独一无二的身份信息,可以证明该门禁卡的主人的确是本楼的住户。感应器收到信号之后和数据库作对比,如果库内的确有这个门禁卡的信息,说明识别成功,门随即打开。

▲ 常见的门禁卡。

但是大家平时手中拿的门禁卡大多数都是无源的。换句话说,它自身是不带电源的,只是一块儿印刷电路板加芯片。那么问题来了:门禁卡没有电源,它如何给感应器发送射频信号呢?

▲ 典型的电子标签,注意其中只有印刷天线和芯片,并无电源。

这个问题是整个门禁系统原理的关键。其实,在门禁卡(标签)靠近感应器(读写器)的时候,感应器首先给门禁卡发送一定频率的电磁波。门禁卡接收到电磁波之后,把电磁波转化为了电能。这样门禁卡就有了能量。之后利用这些能量,门禁卡把自身芯片内所携带的身份信息利用射频信号再发送给感应器。至此,便完美解决了门禁卡无源的问题。

▲ 典型的感应器内部结构,注意其中除了和电子标签内部相似的天线,还配有电源维持整个系统的运行。

最后梳理一下门禁系统的工作流程:

1. 感应器不断向外发送射频信号;

2. 一旦门禁卡进入感应区域,则接收到了射频信号,卡内被"充电",自动发送携带身份信息的射频信号给感应器;

3. 感应器接收到携带身份信息的射频信号,通过与自身的数据库相比对,识别该信号是否合法;

4. 若与数据库内信息比对成功,则门打开。否则不予放行。(end)

通信科普君の足迹

National Taiwan University, 2015.

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  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20180811G1CPDF00?refer=cp_1026
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