門禁系統，是怎麼回事？一文讀懂智能門禁系統
門禁系統應該是我們日常接觸最多的智能硬體系統之一了，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：為什麼按一下實體遙控器，可以控制打開玻璃門呢？
這裡面也許有個基本原理：按下遙控器的按鈕時，内置電池電能轉為發出無線電信号，接收端轉換為電信号，通過電能來控制門的開關。
但進一步想，這裡頭的水，應該更深。
一、使用場景
就目前生活中遇到的門禁系統，包含了如下場景：
① 辦公樓、公司進出
② 居民社群、單元門
③ 酒店電梯、房間門電子鎖
④ 火車站、高鐵站、機場通行
當然，還有一些其他場景，比如政府機構、學校、醫院。
可與監控裝置結合，實作通道抓拍、事件預警。可結合門口機安卓APP，實作可視對講開鎖。
總之，可以确認，門禁系統，與安全防護管理息息相關。
二、産品介紹
門禁系統的演進如下：從鑰匙開鎖，到刷卡開門，再到形成軟硬體一體的物聯網門禁系統。
1. 開門方式
面向使用者分三類：樓内人員（業主/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、人臉識别、密碼驗證、指紋識别、APP或小程式。
1.1 門禁卡+讀卡器
一些小區的進出，會使用門禁卡，如：
或者寫字樓員工也要刷卡進入，如：
非接觸式的IC門禁卡（智能卡）的基本原理：
A、LC串聯諧振電路：在非接觸IC卡内部，存在一個由電感L（天線線圈）和電容C（來自IC卡晶片）組成的LC諧振電路。這個電路能在射頻讀卡器發出電磁波後感應出電流，電流在電感和電容之間來回擺動，形成電磁震蕩。當讀卡器發出的電磁波頻率與LC電路的共振頻率相同時，會産生共振效應。
B、積累電荷形成電壓：當LC電路發生共振時，電容C會在交變電流的作用下反複充放電，由此産生電壓。這個電壓就是IC卡片供電的源頭，可以驅動IC卡片裡的晶片運作。
C、發射或接收資料：在電壓的驅動下，IC卡片的晶片可以将儲存在其中的資訊，通過電磁波的形式發射出去。同時，晶片也可以接收來自讀卡器傳來的信号，進行資料的讀取或寫入操作。
D、身份驗證和控制：讀卡器擷取卡片資訊，傳輸到控制器進行身份驗證——控制器核實後，控制電鎖的開關，同時記錄了進出刷卡記錄。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）：交變電流通過導體，導體周圍會形成交變的電磁場，形成頻率高于100kHz、具有遠距離傳輸能力的高頻電磁波。
手機模拟實體門禁卡：
前提是手機支援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，通過電磁感應來傳輸資料。在一對一通信中，主動發起連接配接的一方為發起裝置，另一方為目标裝置，發起和目标裝置都支援主動和被動通信模式。
A、手機複制門禁卡存儲資訊。NFC的手機作為讀卡器發出射頻信号，門禁卡作為RFID接收器吸收射頻信号、産生電流，進而驅動将辨別符資訊傳回給發射器手機。手機将這個資訊存儲起來，實作複制門禁卡功能。
B、手機模拟門禁卡刷卡開門。門禁讀卡器發出射頻信号，手機模拟門禁卡接收信号，感應電流驅動将辨別符資訊以電磁波形式傳回到電鎖，實作開門。
比如華為手機複制的門禁卡：
1.2 遙控器
門禁遙控器内部配備了無線電發射子產品，當使用者按下按鈕時，發射子產品會将門禁開關信号轉換為無線電波信号，并進行發射。這個信号會被門禁裝置接收并解碼，然後門禁裝置會根據解碼後的信号來判斷是開門還是關門。
常用的門禁遙控器頻率主要有315MHz和433MHz兩種。
A、315MHz：傳輸信号穩定、傳輸距離較為遠、幹擾較小，在門禁市場上應用廣泛。
B、433MHz：穿透力較強，能夠穿過一些障礙物，如牆體、隔音門等，傳輸距離也較為遠，但受幹擾影響較大。
1.3 人臉識别
人臉識别技術也已經普及。以業内知名的3D視覺感覺整體技術方案提供商【奧比中光】為例，提供了3D刷臉門鎖門禁解決方案。人臉識别技術包括：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，可以感覺三維空間。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）從不同的角度擷取目标物體的圖像，然後通過計算機算法，推測出物體在三維空間中的形狀和位置。
3D人臉識别就是掃描被檢測人的臉部，形成包含面部特征的3D模型，與已經儲存在資料庫中的3D模型進行比較。若比較的結果超過了預設的門檻值，則認為檢測人的臉部和資料庫存儲的真實人臉是一緻的。
②人臉活體檢測
常見方案是互動式的随機動作檢測，比如張嘴、眨眼、左右轉。
在門禁系統中，一般采用非互動式的方法，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、是以不會對人造成不适。
B、反射光檢測：人臉皮膚、眼球對近紅外線的反射不同，活體和非活體（如照片、視訊、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，與活體人臉特征進行比較，判斷是否為活體。
光流法，屬于計算機視覺領域，能進一步提升人臉活體檢測的準确率。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，一張臉的像素值經曆了正常的、與自然臉部微動一緻的變化，那麼這張臉更可能被判斷為活體。
1.4 APP或小程式+藍牙
類似共享單車，都是通過藍牙開鎖。原理如下：
A、藍牙通信。藍牙是一種短距離（一般10m以内）的無線通信技術（個人區域網路），由一個主裝置控制、1個或多個從裝置構成，形成點對點、點對多點的網絡結構。工作在2.4GHz左右，屬于全球無需取得執照許可（但有監管）的免費頻段。使用頻率跳躍擴頻（通信雙方跳躍到某個頻率），降低無線電幹擾；通過配對碼來完成藍牙配對，確定私密性和安全性。
B、應用控制。通過手機上的APP或小程式，使用者可以向門鎖發送開啟或關閉的指令。這些指令被編碼成特殊的藍牙信号，然後被手機的藍牙子產品發送出去。
C、門鎖接收。門鎖自身也有一個藍牙子產品，可以接收藍牙信号。一旦接收到來自APP或小程式的開鎖或閉鎖指令，門鎖的電子系統将據此激活機械開關，進行開鎖或閉鎖。
另外社群開門的APP/小程式，通過相對剛性的開門服務+物業服務進行引流，拓展了保潔和有害生物防治、家電清洗和維修、廢品回收等社群服務。
比如【親鄰開門】成立于2015年，截止2023年，服務社群超過6萬、合作物業超過1.2萬家、手機開門使用者超過2800萬、開門次數32億次。算是一個比較強的流量入口了。
1.5 可視對講
實作了圖像、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或住戶開門，室外攝像頭開始拍攝圖像，轉換為電信号傳輸到室内、解碼顯示到螢幕上。
B、音頻傳輸。室内外可以實作語音雙向通話，在于室内室外都有麥克風和揚聲器，麥克風收集語音後轉化為電信号、傳輸到對方再解碼，通過揚聲器播放出來。
全球安防領域排名頭部的海康威視，在京東出售的一拖一（一個室内機一個室外機）可視對講門禁系統，大概也就出售800元出頭。下圖為海康威視的室内機開門：
其中，對于室外機的設計，包括了：
A、高清紅外夜視（120°廣角鏡頭）：紅外夜視利用目标發出的紅外熱輻射信号，通過紅外探測器轉換為電信号，經過信号放大、處理和成像，形成人眼可見的紅外圖檔。而廣角鏡頭，焦距較短、視角較大，這樣拍攝視野較為寬闊。
B、室外機防水設計（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
用來管控一定區域内門的開啟和關閉。門禁控制系統的核心是：控制台。
承擔處理資訊和決策的功能。通過微處理器，對讀卡器或其他裝置（指紋掃描器、人臉識别儀）發過來的資料進行處理，根據預設規則做出決策。通過存儲器，存儲運作程式、門禁權限規則和記錄通行日志等，當然聯網情況下，本地存儲可能弱化。在複雜的門禁系統中，還需要通過以太網或WiFi來與管理系統通信。
如果一個門，進門刷卡、出門按按鈕，控制器對于每個門隻能接一個讀卡器，叫單向控制器。
如果一個門，進門刷卡、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，一個是進門讀卡器，一個是出門讀卡器，叫雙向控制器。
海康威視的門禁控制器如下：
門禁控制器的接線：
3. 門禁電源
門禁電源的主要功能，是将标準民用電壓220V的交流電轉換為門禁所需的12V（一般情況）直流電，為門禁系統中的控制器、讀卡器、電子鎖、樓宇對講等裝置提供電力支援。
同時，門禁電源還具有過流保護、過壓保護和短路保護等功能，以確定系統的安全和穩定。
4. 門禁閘機
門禁閘機是控制人員進出的通道管理裝置。隻有完成身份識别後，才能允許通行。
4.1 閘機類型
A、三棍閘。我們在地鐵站、體育館等地方經常可以看到。
B、翼閘。如在寫字樓，驗證身份後，則打開兩邊“翅膀”
C、全高旋轉閘。比如在社群、高鐵購票的出口。可以提供更好安全保障，不容易跨越或鑽過去。
4.2 閘機功能
通過門禁控制器來實作多種功能，比如：
A、多門互鎖。主要是多門形成關聯，隻能保持一個門是開啟。不能同時開啟多個門、形成通道，防止非從業人員志暢通無阻。當遇到火警等特殊情況，則可以解除多門互鎖、保持常開狀态。
B、反潛回。針對雙向刷卡的門禁，是一種防尾随機制，要求人員驗證通行記錄是一進一出嚴格對應。比如一個人使用刷卡或指紋方式進入後（沒有離開記錄），将IC卡交給其他人也無法再次驗證進入。
5. 關聯系統
5.1 梯控
梯控，即電梯控制器，控制電梯運作、滿足電梯乘客需求。比如乘客按下呼叫按鈕，梯控系統就會根據乘客的位置、電梯的目前運作狀态等，通過電梯排程算法來選擇一部最适合的電梯來服務。當電梯在運作中時，梯控系統則會根據樓層的高低、運作的速度等，來控制電梯的開門、關門、上升、下降等行為。
目前許多連鎖酒店、居民樓、寫字樓也都關聯了門禁和梯控。即進入電梯後，需要再次刷IC卡來識别身份，自動或者手動選擇指定權限的樓層。
比如海康威視的梯控主機，最大可實作128層進出權限的管控、支援刷卡、指紋、刷卡+密碼等多種認證方式。
5.2 考勤
對于學校、辦公寫字樓，涉及考勤問題。
釘釘推出智能硬體産品，也包含了人臉/指紋考勤門禁機。員工刷臉，識别後自動開門、同步完成考勤打卡。
如下是釘釘管理者可配置考勤管理系統添加智能考勤機。
5.3 訪客管理
訪客機也已經普及，提供了訪客的預約、登記。當訪客使用通行證進入閘機時，接入了門禁系統，實作身份驗證、通路權限控制（包括可通路的區域和有效時間）。
5.4 消防報警
疏散通道設定門禁，影響逃生。當有火災發生，火災報警系統發出信号，門禁系統執行控制指定閘機開啟或關閉，保障人員正常疏散逃生。
電動推杆鎖，兼具門禁管控、消防逃生的功能，實作安消一體化管理。非常适合商場、超市、寫字樓等消防疏散通道。未經授權的人推壓逃生門鎖，啟動語音蜂鳴報警循環播放“這裡是逃生出口，請迅速撤離，WO、WO、WO” ，并可開門外出。發生火災時，逃生門鎖收到關聯信号，啟動語音蜂鳴報警循環播放“這裡是逃生出口，請迅速撤離+，WO、WO 、WO”，引導人員從這裡逃生。
三、門禁行業
1. 市場規模及增長率
根據安信證券研究中心的報告：門禁市場年均複合增長率還行，在13%左右。
但是門禁行業是一個比較細分的賽道，總規模不大（
2. 發展現狀
進入壁壘并不高，行業内參差不齊，産業集中度也不高。同質化競争下，打起貼身價格戰、利率相對較薄。
整個行業走向整合，發揮品牌化、集團化的優勢。同時，門禁系統相關技術已經相對成熟，進入大規模發展階段，與安全、金融、交通等多個領域相融合。
行業内的大玩家，包括安防領域的海康威視、從辦公軟體切入的釘釘、A股上市公司大華科技和熵基科技，以及從社群管理切入的親鄰科技。
3. 立方控股的門禁業務
立方控股的智能門禁系統毛利≥60%，應該很高了。該公司有20年發展史、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構如下，前5大客戶銷售收入占比
立方控股在2022年研發費用率達到16.3%，其中關于門禁相關技術如下：
四、寫在最後
1、門禁産品已經從單純的硬體，發展到軟硬體一體化的物聯網系統，融合了弱電系統工程和計算機技術。
2、門禁行業屬于安防領域，正從同質化競争走向品牌化、規模化發展，進而提供內建解決方案、企業獲得更高毛利率。
本文由 @馬老師 原創釋出于人人都是産品經理。未經作者許可，禁止轉載。
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