《電子技術應用》
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“互聯(lián)網+”智能門禁控制系統(tǒng)
2017年電子技術應用第3期
朱航江,潘振福,朱永利
華北電力大學 控制與計算機工程學院,河北 保定071000
摘要: 該系統(tǒng)在Android的Service組件上實現了藍牙4.0(Bluetooth Low Electric,BLE)與Android智能手機后臺程序的自動連接,在此基礎上,又實現了語音開鎖、方向開鎖、基于iBeacon的距離感應開鎖等智能開鎖功能。其中距離感應開鎖不需要手動操作,自動認證用戶信息并開鎖,實現了對門鎖的靈活控制。門禁系統(tǒng)使用了WiFi連接互聯(lián)網,實現了智能手機、鎖、服務器三者兩兩相聯(lián),能夠實時反饋門禁系統(tǒng)狀態(tài),家庭用戶都能通過手機端查看開鎖人的用戶信息和現場照片,提高了室內安全性。最后,通過實物現場實驗,驗證了系統(tǒng)的智能性、便捷性與安全性。系統(tǒng)在智能家居領域有著廣泛的應用前景。
中圖分類號: TN99
文獻標識碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.03.031
中文引用格式: 朱航江,潘振福,朱永利. “互聯(lián)網+”智能門禁控制系統(tǒng)[J].電子技術應用,2017,43(3):124-126,131.
英文引用格式: Zhu Hangjiang,Pan Zhenfu,Zhu Yongli. “Internet +” intelligent access control system[J].Application of Electronic Technique,2017,43(3):124-126,131.
“Internet +” intelligent access control system
Zhu Hangjiang,Pan Zhenfu,Zhu Yongli
School of Control and Computer Engineering,North China Electric Power University,Baoding 071000,China
Abstract: The system embedded into the Android Service components could automatically implement the link between Bluetooth 4.0(Bluetooth Low Electric,BLE) and Android smart-phones background programs. And on this basis,it designed with multiple intelligent control lock functions including voice controller to unlock function, shake to unlock function, and proximity sensor unlock function based on iBeacon. Especially, proximity sensor unlock automatically authenticated the user information instead of operating manually, and realized controlling to intelligent access control system. And the system made use of WiFi technology and completed the communication among the mobile phone, the door controller and the server, which made it possible to feedback system status real time and improve indoor security through users checking information by the phone. Finally, the results of experiments show the system is intelligent, convenient and security. In consequence, the system has wide range of application in intelligent home areas.
Key words : intelligent access control system;STM32 microcontroller;intelligent control lock;Bluetooth;WiFi

0 引言

    Android智能手機占領了大部分的手機市場[1],通信網絡的進步以及智能芯片在企業(yè)、人群和物體中的廣泛應用,為“互聯(lián)網+”時代奠定了堅實的基礎。當前人們生活中大都還是使用鑰匙開鎖,這樣出門時常要帶鑰匙,有時鑰匙丟了還要配上相應的鑰匙,非常不方便。一些智能門禁系統(tǒng)主要是通過智能IC卡[2,3]、指紋[4]、光傳送密碼[5]或生物特征來識別訪客的身份,不適用當前人們普遍使用的家庭鎖。首先,讀卡機除能識別IC卡外,也可通過鍵盤輸入卡片內置碼進行識別,這樣就無法確認是否為持卡者本人;其次,只認IC卡不認人的管理無法進行精確的身份辨認;再者,門禁系統(tǒng)的監(jiān)管無法追蹤進出人員的信息。傳統(tǒng)的安防門禁系統(tǒng)急需互聯(lián)網智能化改革,實現在線化、數據化。

    本系統(tǒng)通過藍牙WiFi模塊將門鎖、手機、服務器三者聯(lián)接起來,賦予了鎖“聽”“說”的交流能力,提出了一種新的智能鎖設計模式。手機用戶通過藍牙發(fā)送指令控制開鎖和關鎖,為了更安全起見,開鎖時攝像頭會拍一張現場的照片。通過WiFi將開鎖用戶信息和照片發(fā)送給服務器,服務器將數據同步到家人的手機上,這樣家人在手機上可以知道家中鎖的狀態(tài)及開鎖人的體型甚至容貌,從而可以實時了解家中的狀況,若發(fā)覺情況不正??杉皶r找附近的鄰居查看,甚至報警。

1 平臺

1.1 開發(fā)實現平臺

    (1)移動終端:adt-bundle-eclipse+ADK18以上。

    (2)服務器端:Linux(Ubuntu 14 LTS) Qt5.2。

    (3)門禁硬件:Windows 7,Keil。

1.2 系統(tǒng)運行平臺

    (1)移動終端: 支持Android 4.3以上的移動終端。

    (2)服務器端:服務器Linux(Ubuntu 14 LTS)。

    (3)STM32F103RBT6。

2 系統(tǒng)功能

2.1 整體框架

    采用HTML5的WebSocket協(xié)議通過互聯(lián)網實現智能手機終端與云端服務器端相聯(lián);門禁鎖通過WiFi模塊與云端服務器端通過TCP相互通信;智能手機端通過低功耗的Bluetooth與門禁鎖近距離通信,從而實現門禁鎖、服務器、智能終端兩兩循環(huán)互聯(lián),如圖1所示。

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2.2 初始化鎖

    打開智能手機App掃描鎖上的二維碼完成初始化,每一把智能鎖都對應唯一的二維碼,二維碼中包含了智能鎖硬件中的藍牙和iBeacon的信息。這樣裝有該智能鎖的用戶只能開關自家的鎖,初始化二維碼如圖2所示。

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2.3 添加和刪除用戶

    為了安全起見,該系統(tǒng)添加用戶是由智能手機App和智能鎖共同完成的。手機發(fā)送添加用戶命令,只有按下智能鎖上的添加用戶按鈕才可完成添加。添加的用戶同步到服務器上。刪除用戶同理。

2.4 開鎖及指令執(zhí)行流程

    家庭用戶開鎖流程如圖3所示。

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    門禁硬件接收到手機App發(fā)送的藍牙指令后的流程圖如圖4。服務器接收到數據后保存到數據庫,同時信息同步到手機App上。

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3 系統(tǒng)實現

3.1 門鎖硬件實現

    整個門禁硬件框圖如圖5所示。

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3.1.1 主控芯片

    STM32F103RBT6使用高性能的ARM Cortex M3 32位的RISC內核,工作頻率可達72 MHz,內置高速存儲器,具有豐富的增強I/O端口和連接到兩條APB總線的外設。所有型號的器件都包含2個12位的ADC、3個通用16位定時器,還包含了3個標準的USART通信接口。

3.1.2 藍牙模塊

    該藍牙主控芯片采用TI公司研發(fā)的符合藍牙4.0標準的高性價比、低功耗的單模芯片CC2540[6]。藍牙是通過串口通信,AT指令可以配置藍牙,如AT+RESET可復位藍牙,AT+BAUD=x,y配置藍牙工作的波特率等。

3.1.3 TLN13UA06 WiFi模塊

    (1)該模塊支持多種無線網絡加密方式,能充分保證用戶數據的安全傳輸,包括:WEP64、WEP128、WPA-PSK/TKIP、WPA-PSK/CCMP、WPA2-PSK/TKIP、WPA2-PSK/CCMP。

    (2)本模塊作為STA時,支持在聯(lián)網過程中綁定目的網絡BSSID地址(即MAC地址)的功能。通過BSSID地址綁定的方式,可以防止STA接入到非法的網絡,從而提高無線網絡的安全性。還有一種更安全的檢測方法,通過檢測距離來判斷是否為非法入侵[7]

    (3)該模塊內置一個完整的TCP/IP協(xié)議棧,支持TCP/UDP/ICMP/ARP/DHCP/DNS/HTTP協(xié)議,支持基于AT+指令的SOCKET編程接口。

3.1.4 液晶顯示模塊

    OLED液晶顯示模塊大小0.96寸,支持流行的I2C和SPI接口通信,易于操作,占用空間小。

3.1.5 步進電機驅動芯片

    驅動芯片ULN2003 是高耐壓、大電流達林頓陣列,由7個硅 NPN 達林頓管組成。該電路的特點如下:

    (1)ULN2003的每一對達林頓都串聯(lián)一個 2.7 k?贅的基極電阻,在5 V的工作電壓下能與TTL和CMOS電路直接相連,可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數據。

    (2)ULN2003工作電壓高,工作電流大,灌電流可達500 mA,并且能夠在關態(tài)時承受50 V的電壓,輸出還可以在高負載電流并行運行。

3.1.6 攝像頭模塊

    采用現有的DSP+攝像頭模塊,結構如圖6所示,UART可以接STM32的USART接口實現串口發(fā)送指令控制拍照等功能。

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3.2 智能手機App功能實現

3.2.1 “功能切換”

    有3個功能切換:距離開關、聲音開關、方向開關,3個功能只能一個打開,用于設置當前開鎖的控制模式。

    (1)打開距離開關時,只能通過Androids Service后臺監(jiān)聽iBeacon發(fā)出的距離廣播,當距離數值達到2 m以內,向門禁硬件發(fā)送開鎖指令。當用戶攜帶智能手機靠近家門時,智能手機將搜索門鎖距離,達到初始設定距離后自動與門禁系統(tǒng)通信,進行用戶身份密碼識別,若驗證成功,門鎖自動打開。用戶無需拿出手機,無需任何操作,完全智能化。

    (2)打開聲音開關時,當前如果智能手機與門禁硬件控制器的藍牙保持連接,當Android近距離感應Proximity檢測到近距離,就啟動語音識別麥克風監(jiān)聽用戶說話,當識別到用戶有說到開門的意思,就給門禁硬件控制器發(fā)送開門指令。

    (3)打開方向開關時,關閉距離感應開關和聲音識別開關,如果藍牙保持連接,就啟動陀螺儀,如圖7,方向監(jiān)聽用戶手機方向,當監(jiān)聽到智能手機方向與預設方向一致,就給門禁硬件發(fā)送開門指令。待到門禁硬件控制器驗證用戶成功之后,門鎖自動打開。

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3.2.2 方向置定

    每一用戶可以設置預設一個方向,打開“方向開關”時,聽到的方向與預設向一致,就發(fā)送開鎖命令,待到門禁硬件進行用戶驗證,成功之后,就能自動開鎖。

3.2.3 發(fā)現界面

    只要門禁控制器檢測到門禁的狀態(tài)變化,就會向服務器推送狀態(tài)數據,云端服務器會實時地向用戶推送門禁系統(tǒng)狀態(tài)信息,從而用戶就可以實時的監(jiān)控家里的門禁系統(tǒng),便知道誰、何時對門禁鎖做何種動作,通知用戶家中門禁狀況,保證家中財產安全。

3.2.4 APP后臺程序

    APP后臺Service如圖8所示。APP最主要的邏輯基本都在后臺Service中運行,從而使用戶實現新體驗,即方便、快捷的開鎖方式。

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4 結論

    本文通過藍牙和WiFi傳輸技術實現了智能手機、門禁、服務器三者的兩兩互聯(lián),用戶可以通過智能手機靈活地控制開關鎖,減少了用戶開鎖的復雜過程,給用戶帶來新的體驗。同時,該系統(tǒng)設計了二維碼和監(jiān)控部分,使得與傳統(tǒng)的開鎖方式相比更加便捷和安全。

參考文獻

[1] GARTNER A.Market share analysis:Mobile phones,world-wide,4Q13 and2013[EB/OL].(2014-02)[2016-05].http://www.gartner.com/doc/2665319.

[2] 孫志鋒,沈義民.賓館酒店IC卡智能電子門鎖系統(tǒng)的研制[J].計算機工程與應用,2000,36(9):160-162.

[3] 孫炳陽.基于CAN總線的非接觸式IC卡門禁與巡更監(jiān)察系統(tǒng)[J].計算機工程與應用,2002,38(19):243-245.

[4] 李鵬飛,許照烜.基于.NET的網絡指紋門禁系統(tǒng)的設計與實現[J].計算機工程與設計,2006(12):3571-3573.

[5] 鄧健志,程小輝,李廣君.可見光控門禁的研制[J].光電子:激光,2014(3):454-459.

[6] 金純,賈珍梅,劉魯云,等.基于CC2540的超低功耗藍牙模塊的設計[J].電視技術,2015,39(1):60-64.

[7] 房鼎益,祁生德,湯戰(zhàn)勇,等.一種基于RSSI的智能家居環(huán)境Evil-Twin攻擊的檢測方法[J/OL].計算機學報,2016(39).[2016-03-10].http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1826.tp.20160310.1949.006.html.



作者信息:

朱航江,潘振福,朱永利

(華北電力大學 控制與計算機工程學院,河北 保定071000)

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