《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于FPGA藍(lán)牙通信技術(shù)的智能電子鎖系統(tǒng)
2019年電子技術(shù)應(yīng)用第8期
柏 佳，魏 鑫，朱 廣
成都理工大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都610059
摘要： 隨著人們安防意識(shí)的不斷增強(qiáng)和智能技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，針對(duì)用戶對(duì)安全系數(shù)高的智能電子鎖的需求，使用FPGA藍(lán)牙通信技術(shù)設(shè)計(jì)了基于FPGA藍(lán)牙通信技術(shù)的智能電子鎖系統(tǒng)。通過(guò)手機(jī)APP直接控制電子鎖，對(duì)電子鎖進(jìn)行雙重加密處理，具有開鎖、修改密碼，管理員控制用戶開鎖信息表，增添和刪除能開鎖的用戶信息等功能。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)使用方便，動(dòng)態(tài)靈活，安全可靠。
中圖分類號(hào)： TP311.52
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.190128
中文引用格式： 柏佳，魏鑫，朱廣. 基于FPGA藍(lán)牙通信技術(shù)的智能電子鎖系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2019，45(8)：128-130.
英文引用格式： Bai Jia，Wei Xin，Zhu Guang. Intelligent electronic lock system based on FPGA Bluetooth communication technology[J]. Application of Electronic Technique，2019，45(8)：128-130.
Intelligent electronic lock system based on FPGA Bluetooth communication technology
Bai Jia，Wei Xin，Zhu Guang
College of Information Science & Technology，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China
Abstract： With the sustainable development of awareness of the security and intelligent technology for the demand of users for high safety coefficient intelligent electronic locks, Bluetooth communication technology is used to design FPGA Bluetooth communication technology based intelligent electronic lock system. Electronic lock is directly controlled by mobile phone APP for double encryption processing. It has the functions such as lock, change passwords, administrators to control user unlock information table, add and remove the lock user information. Through testing, it′s proved that the system is convenient to use, dynamic and flexible, safe and reliable.
Key words : FPGA；multi-function electronic lock；double encryption；mobile phone Bluetooth

0 引言

    智能家居日趨火熱，而智能電子鎖是其重要組成部分。傳統(tǒng)的機(jī)械鎖安全性能不強(qiáng)，容易出現(xiàn)翻找鑰匙的麻煩情況和忘帶鑰匙或丟失鑰匙的尷尬情況[1]。一般的智能電子鎖加密性不強(qiáng)，基于FPGA藍(lán)牙通信技術(shù)的智能電子鎖保密性強(qiáng)、靈活性好、安全系數(shù)高、功能多樣化，可以讓人們的生活變得更安全，更便捷，更智能[2-4]。

1 智能電子鎖系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 智能電子鎖系統(tǒng)架構(gòu)

    智能電子鎖系統(tǒng)使用支持藍(lán)牙4.0的手機(jī)與FPGA板卡上的藍(lán)牙模塊建立連接，通過(guò)手機(jī)APP發(fā)送命令，通過(guò)串口發(fā)送和串口接收模塊來(lái)完成與藍(lán)牙模塊的數(shù)據(jù)傳輸。通過(guò)命令解析模塊與命令響應(yīng)模塊來(lái)對(duì)簡(jiǎn)單的串口命令進(jìn)行解析、識(shí)別和判斷及執(zhí)行，進(jìn)而控制與FPGA板卡連接的繼電器的通斷，來(lái)實(shí)現(xiàn)電子鎖的開關(guān)功能。FPGA在接收到藍(lán)牙模塊傳輸進(jìn)來(lái)的串口數(shù)據(jù)后，會(huì)將相應(yīng)數(shù)據(jù)以及命令響應(yīng)通過(guò)藍(lán)牙模塊發(fā)送給手機(jī)APP，在這個(gè)過(guò)程中采用FIFO來(lái)存儲(chǔ)所需要發(fā)送的數(shù)據(jù)。智能電子鎖系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

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1.2 智能電子鎖設(shè)計(jì)

    若將此智能電子鎖應(yīng)用于辦公室，鎖A是辦公室大門，鎖1、鎖2、鎖3是用戶1、用戶2、用戶3的儲(chǔ)物柜。若用戶輸入的手機(jī)號(hào)存在于該系統(tǒng)中，則辦公室大門打開，再輸入密碼，若用戶和密碼與某一個(gè)儲(chǔ)物柜匹配，則該儲(chǔ)物柜打開，如圖2所示。該系統(tǒng)的電子鎖對(duì)應(yīng)的用戶密碼信息保存在一張動(dòng)態(tài)表中，如表1所示(初始化的用戶密碼信息表)。此表會(huì)隨著管理員增添用戶、刪除用戶以及成員管理員修改密碼而實(shí)時(shí)更新[2]。

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2 智能電子鎖系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)

2.1 藍(lán)牙模塊

    藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)是使用范圍最廣泛的全球短距離無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)之一。系統(tǒng)的藍(lán)牙模塊是基于TI公司CC2541芯片的藍(lán)牙4.0模塊，具有256 KB配置空間，遵循V4.0 BLE藍(lán)牙規(guī)范。本系統(tǒng)中的藍(lán)牙模塊出廠默認(rèn)設(shè)置為通過(guò)串口協(xié)議與FPGA進(jìn)行通信，按照UART串口通信協(xié)議來(lái)處理發(fā)送與接收的數(shù)據(jù)。

    UART串口協(xié)議是將傳輸數(shù)據(jù)每一個(gè)字符一位一位地傳輸。UART的數(shù)據(jù)幀格式為起始位1位，數(shù)據(jù)位5~8位，奇偶校驗(yàn)位1位或無(wú)校驗(yàn)，停止位1位、1.5位或2位。UART的數(shù)據(jù)幀格式如圖3所示。為了加快開發(fā)進(jìn)程，本系統(tǒng)沒(méi)有設(shè)置奇偶校驗(yàn)位。采用的幀格式為1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、無(wú)奇偶校驗(yàn)位、1位停止位[5]。

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2.2 電子鎖設(shè)計(jì)

    此系統(tǒng)具有開鎖、增添開鎖用戶信息、刪除開鎖用戶信息、修改密碼四個(gè)功能。用戶分管理員和成員兩個(gè)級(jí)別。管理員擁有全部的功能，而成員只擁有開鎖和修改密碼兩個(gè)功能。四個(gè)功能的具體過(guò)程如下。

2.2.1 開鎖

    開鎖的具體過(guò)程如下：

    (1)用戶輸入手機(jī)號(hào)，系統(tǒng)判斷手機(jī)號(hào)是否為全0，如果是全0，不開鎖A，更不會(huì)開鎖1、鎖2、鎖3。如果不是全0，則在表1查找，若輸入的手機(jī)號(hào)存在于此表中，則鎖A開，否則不開鎖A，更不會(huì)開鎖1、鎖2、鎖3。

    (2)如果步驟(1)中鎖A開，用戶可再輸入密碼，系統(tǒng)則用輸入的密碼與表中該用戶對(duì)應(yīng)的密碼比較，若匹配鎖1的手機(jī)號(hào)和密碼，則開鎖1；若匹配鎖2的手機(jī)號(hào)和密碼，則開鎖2；若匹配鎖3的手機(jī)號(hào)的密碼，則開鎖3；否則，不開鎖1、鎖2、鎖3。

2.2.2 增添用戶信息

    增添用戶信息具體過(guò)程：管理員輸入增添的手機(jī)號(hào)和密碼，系統(tǒng)尋找表中手機(jī)號(hào)和密碼為全0的用戶，然后將該用戶的手機(jī)號(hào)和密碼用輸入的手機(jī)號(hào)和密碼代替。比如輸入23456789和2345，則表1更新為表2。

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2.2.3 刪除用戶信息

    刪除用戶信息具體過(guò)程：管理員輸入刪除的手機(jī)號(hào)，系統(tǒng)尋找表中手機(jī)號(hào)與輸入的手機(jī)號(hào)相同的用戶，然后將該用戶的手機(jī)號(hào)和密碼用全0代替。比如輸入23456789，則表2更新為表3。

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2.2.4 修改用戶密碼

    修改用戶密碼具體過(guò)程：用戶輸入手機(jī)號(hào)、舊密碼和新密碼，系統(tǒng)尋找表中手機(jī)號(hào)與輸入的手機(jī)號(hào)相同且密碼相同的用戶，然后將該用戶的密碼用新密碼代替。比如輸入23456789、2345、2346，則表2更新為表4。

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3 智能電子鎖系統(tǒng)功能測(cè)試

    基于FPGA藍(lán)牙通信技術(shù)的智能電子鎖系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)，測(cè)試過(guò)程如下：

    (1)在安裝BLE藍(lán)牙串口終端APP，并打開手機(jī)藍(lán)牙，與FPGA板卡上的藍(lán)牙模塊進(jìn)行連接配對(duì)。

    (2)在APP中輸入對(duì)應(yīng)的命令來(lái)完成開鎖、增添用戶信息、刪除用戶信息、修改用戶密碼四個(gè)功能。

    (3)如圖4所示，輸入用戶手機(jī)號(hào)存在于系統(tǒng)中，辦公室大門鎖A開(LED全亮)；輸入密碼正確則儲(chǔ)物柜1開(數(shù)碼管顯示00000001)。

    備注：*Wxxxxxxxx:輸入手機(jī)號(hào)(開鎖)，*Nxxxx:輸入密碼(開鎖)，*Rxxxx:輸入新密碼(修改用戶密碼)，*Sxxxx:輸入手機(jī)號(hào)(增添用戶信息)，*Pxxxx：輸入密碼(增添用戶信息)，*Gxxxxxxxx:輸入手機(jī)號(hào)(刪除用戶信息)。

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4 結(jié)論

    此系統(tǒng)是基于安卓手機(jī)的智能電子鎖控制系統(tǒng)，F(xiàn)PGA對(duì)手機(jī)APP中輸入的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，以此數(shù)據(jù)作為雙重加密數(shù)據(jù)，控制電子鎖的打開，安全性高，加密性強(qiáng)，靈活性好。而且此系統(tǒng)功能多樣化，動(dòng)態(tài)化，在打開辦公室大門鎖的基礎(chǔ)上，不同的用戶打開不同的儲(chǔ)物柜鎖，在公共環(huán)境又擁有私密空間。不僅可以為空的儲(chǔ)物柜分配新的用戶，而且可以刪除用戶信息騰出儲(chǔ)物柜以便他人使用，用戶可以修改儲(chǔ)物柜的開鎖密碼，實(shí)時(shí)更新儲(chǔ)物柜的占用情況和開鎖條件。

參考文獻(xiàn)

[1] 熊軍洲.基于FPGA的電子密碼鎖控制電路設(shè)計(jì)[J].石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，30(6).

[2] 趙靜芬，阮海鵬，李境學(xué).基于FPGA手機(jī)控制智能密碼鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2013(2)：228.

[3] 崔巖，吳國(guó)興，顧媛媛，等.基于FPGA的紅外遙控密碼鎖的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2013，39(11)：44-46.

[4] 朱航江，潘振福，朱永利.“互聯(lián)網(wǎng)+”智能門禁控制系統(tǒng)[J].電子技應(yīng)用，2017，43(3)：124-126，131.

[5] 劉博.基于FPGA的UART模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].無(wú)線電工程，2018，48(5)：433-438.




作者信息:

柏  佳，魏  鑫，朱  廣

(成都理工大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都610059)

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