一卡通系统中的读卡器设计

安全性
安全性是读卡器的基础，包括读卡方式的安全性；通讯方式的安全性；抗暴力设计；防尘防水；防拆、防撬机制等方面。

1、 读卡方式的安全性
目前国内常用非接触式卡，多为频率频率为125K的EM卡和频率为13.56Mhz的Mifare卡。其中，Mifare卡内芯片可读/写数据，每个扇区独立加密，具备更好的安全性。
然而，在国内大多数的一卡通之门禁子系统中，无论采用的是Mifare 卡还是EM 卡，都采用基于读取卡片序列号（CSN）的读卡方式。这种方式，在对安全性需求一般的应用场合中也能顺利应用，但是却存在着一定的安全隐患。虽然每张卡片的CSN 是全球唯一不重复的，但是当采用通讯格韦根（Wiegand）格式的读卡器时，往往会将CSN 多余的位数去掉，仅截取部分作为卡号，从而造成了项目中出现大量的重复卡。届时随意抽取的非授权卡也将存在开门的可能，造成安全管理上的隐患。另一方面，CSN 是没有经过任何加密的，读取它不需要经过秘钥的认证，安全性非常低，任何读卡设备都可以读取到它。并且，卡号显的冗长杂乱，给用户的管理带来麻烦。
这里，需要采用Mifare 卡读取扇区内写入信息的方式，作为门禁系统的认证模式。这样一方面，读取扇区内信息需要卡片与读卡器之间的3 次密钥认证，大大提高了系统的安全性；另一方面，由于写入信息是可控的，可进行规律的编码，方便进行数据的检索与各系统间的匹配。

2、通讯方式的安全性：
读卡器与上层控制器之间的通讯方式，常见的有韦根（Wiegand）和RS485 两种。其中，韦根通讯方式作为开放标准，具有开发简单、成本低、系统兼容性较好等优点；但由于目前的韦根协议是不加密的，且为单向电平信号传输，保密性极差，易被监听模拟。而RS485传输方式可以在串口协议上进行完善的加密设计，具备更高的安全性。

3、抗暴力设计
读卡器的抗暴力设计，是为了防止读卡器被暴力开启而进一步破坏内部电路的必要设计。为了提高抗暴能力，读卡器外壳具有合理的抗暴外形，并采用ABS+PC（工程塑料）或PC（聚碳酸酯）等高强度材料制成。具备突出的抗冲击性，极高的韧性，同时又具有较宽的温度适应范围。

4、防尘防水性能
读卡器外壳防尘防水的设计，根据国家的《出入口控制设备》标准的要求，需要达到IP42的防护等级（第一个数字表示防尘等级、第二个数字表示防水等级)，即：可防止物体大于 1mm 的固体进入；当外壳倾斜到 15 度时，水滴滴入到外壳无影响。可根据不同的使用场合，灵活选择具有不同防护等级的产品。

5、防撬机制
防撬报警装置是读卡器必不可少的设计，是当读卡器无法抵御外界暴力拆卸时，进行报警提示的最后手段。当读卡器外壳被开启的瞬间，防撬装置将立即感应被撬产生的环境，向外输出报警信息，提示安保人员。一般可作为防撬感应器的装置有微动开关、光电开关、霍尔开关、震动传感器等。

稳定性
读卡器的稳定性是指读卡器稳定工作的能力，作为整个一卡通系统最外围设备，读卡器的稳定将是系统稳定不可或缺的一部分，包括：宽温设计；电磁兼容；防雷击等。
1、 宽温设计
读卡器设计时，全部采用宽温工作器件，全程进行严格的品质管理，以保证读卡器可在-20℃—80℃的环境下正常工作。
例：读卡器的显示屏部分采用OLED（Organic Light Emitting Diode有机发光二极管）技术，克服了传统液晶适用温度范围狭窄的弊病，并降低了读卡器功耗。
2、 电磁兼容
电磁兼容性（EMC）设计，包括两部份：
EMI(电磁干扰) 指读卡器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声；
EMS(电磁耐受性) 指读卡器在工作的过程中不受周围电磁环境影响的能力。读卡器所有输入/输出口都采取了防雷击、防浪涌、防快速群脉冲等设计。
外型美观及环境和谐
读卡器的发展趋势表明，根据不同的使用环境而专门设计读卡器的理念逐渐的深入人心。不同的应用场合、不同的使用人群、不同的建筑风格等复杂的需求给读卡器引入更细致的工业设计，读卡器不再仅突兀的作为一卡通系统中的排头兵，而是成为了整个应用场景中自然而然的、和谐的组成部分。
譬如，在一般的使用环境下，读卡器大多安装在距离地面1.3~1.4 米的高度使用；而针对残障人士通道设计的读卡器则可被安装在了较低的位置上，方便了相关人员；监狱的读卡器采用高强度的强化外壳、实行刷多卡认证才开门的高安全管理；幼儿园的读卡器则圆润细腻，不设棱角；剧场内的读卡器具有大理石般的纹理色彩，流露高雅端庄的气质；医院里的
读卡器则除了指示灯泛出红光点点外，通体净白。
外观设计无定势，是根据具体的建筑装潢风格和使用环境而定，巧妙的将读卡器与环境融为一体

人机界面友好性

随着读卡器技术的不断发展，其提供的功能由单纯的读出的读取卡号、上传至控制器认证加入了更多的友好性设计，提供了丰富多彩的人性化功能设计和操作方式。譬如：
1、 工程学设计
读卡器进行全面工程学设计，包括：
提供状态指示灯与蜂鸣器，用于直观的表示读卡器通讯、读卡、认证等工作状态。
采用OLED显示屏，宽视角可视。
按键键程适中，手感舒适。
集成门铃按钮，可直接在读卡器上进行门铃呼叫，方便实用。
具有夜间背光，确保用户可在昏暗环境下使用。
2、密码开门
具备按键面板的读卡器将给用户带来更加灵活的开门方式选择，当用户遗忘随身携带卡片时，可利用读卡器上的键盘输入门禁密码进行开门。
3、 信息提示
具有OLED显示屏的读卡器，还可以在用户刷卡时候，显示一些自定义或公共发布的各种短消息提示。例如：活动提示、会议提示、天气预报等。
4、 胁迫报警
当持卡人被歹徒等不法分子胁迫开门时候，可以在读卡器上反方向输入开门密码，门禁系统仍然可以开门，同时输出一个报警信号到安保人员值班室，表明发生了挟迫开门的事件，请求帮助。这样，通过暂时的顺从安抚了歹徒的情绪，避免了进一步的人身伤害，又在不动声色的情况下完成了报警的工作。
安装调试的经济与便捷
读卡器除了给用户带来安全、稳定的使用和美观和谐的外型外，其设计成功与否还在很大程度上体现在安装调试时候的经济性和便捷性。
1、 安装孔位
目前常见的接线盒有86 型接线盒和标准美国单插座背盒，读卡器的安装孔位设计应符合此2 类接线盒孔位，以便在工程施工时可快速方便的进行安装。
2、 接插线设计
读卡器走线，应采用全接插件设计，避免采用焊接方式固定。施工时只需埋下需要的线材，然后在安装读卡器时接入读卡器的接插件段子即可，以方便对读卡器进行安装与调试。
3、 布线的经济性
采用韦根（Wiegand）通讯方式的读卡器，由于其通讯方式为一对一传输，在工程布线时需要为每个读卡器都设置一路通讯线至控制器，布线成本巨大；
RS485 采用总线式结构，一根总线上可接多个读卡器，节省了大量的线材成本。
4、布线的灵活性
韦根通讯方式采用方波传输，易受环境干扰而造成传输错误。读卡器和控制器之间的距离受到了环境因素的极大限制，通常为保证通讯的稳定性布线不超过100米。由于是单向传输，控制器无法命令读卡器将信息重传，也无法在读卡器上提示用户重新刷卡、指示刷卡状态。
而RS485方式，采用的是差分传输信号。传输可靠性与距离较韦根方式有极大优势（理论可达1200 米，使用中继距离可进一步延长），并可根据现场情况进行灵活的布线。同时RS485方式可实现双向传输，使得读卡器能够接受控制器发出的指令，从而具有更丰富的功能。
5、输入/输出口设计
读卡器可以提供丰富的、可自定义的输入/输出口功能，以方便其他外围设备接入，如：门磁、红外等。

节能环保设计
节能环保将是今后读卡器发展的重要趋势，包括针对减少能源消耗进行的低功耗设计及电磁辐射等。
1、低功耗设计
低功耗设计是一个全面系统的工程，需要从软件和硬件两方面入手。
读卡器的硬件选择上，从供电电压、单片机结构、系统时钟设计和低功耗模式等多方面综合考虑进行设计；
同时优化软件设计，尽量减少CPU 的运算量，控制I/O 模块的间歇使用，使CPU 在大部分时间（90%）处于休眠状态，大大降低功耗。
2、电磁辐射
根据实验研究和调查结果表明，电磁辐射对于人体存在着多方面的、复杂危害，过量的电磁波可对人体的各个系统产生不良影响，还可能具有致癌作用。因此为了片面的追求读卡距离、成功率而一味的加大读卡器功率，提高天线辐射能力的方式，是不可取的，将大大透支使用者的身体健康。
关于电磁波对人体健康影响的规定，日本有《关于电磁波强度的安全设置》，ARIB 也规定了电磁波防护的等级，我国也有GB9175—1988环境电磁波卫生标准。这些虽然制定时是以移动电话为基础的，但是其原理同样也适用于感应卡中。按此类标准规定，在13.56MHzMhz 的情况下，磁场强度规定是不能大于0.16A/m，只有低于此规定值，才是可放心使用的
安全产品。
总之，一卡通系统中的读卡器设计是需要考虑诸多方面的综合科学，市场的不断发展，将会对读卡器设计在安全、稳定、人机界面、安装调试、节能环保方面提出更好的要求。