《电子技术应用》

“互联网+”智能门禁控制系统

2017年电子技术应用第3期
朱航江,潘振福,朱永利
(华北电力大学 控制与计算机工程学院,河北 保定071000)
摘要: 该系统在Android的Service组件上实现了蓝牙4.0(Bluetooth Low Electric,BLE)与Android智能手机后台程序的自动连接,在此基础上,又实现了语音开锁、方向开锁、基于iBeacon的距离感应开锁等智能开锁功能。其中距离感应开锁不需要手动操作,自动认证用户信息并开锁,实现了对门锁的灵活控制。门禁系统使用了WiFi连接互联网,实现了智能手机、锁、服务器三者两两相联,能够实时反馈门禁系统状态,家庭用户都能通过手机端查看开锁人的用户信息和现场照片,提高了室内安全性。最后,通过实物现场实验,验证了系统的智能性、便捷性与安全性。系统在智能家居领域有着广泛的应用前景。
中图分类号: TN99
文献标识码: 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. “互联网+”智能门禁控制系统[J].电子技术应用,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.

0 引言

    Android智能手机占领了大部分的手机市场[1],通信网络的进步以及智能芯片在企业、人群和物体中的广泛应用,为“互联网+”时代奠定了坚实的基础。当前人们生活中大都还是使用钥匙开锁,这样出门时常要带钥匙,有时钥匙丢了还要配上相应的钥匙,非常不方便。一些智能门禁系统主要是通过智能IC卡[2,3]、指纹[4]、光传送密码[5]或生物特征来识别访客的身份,不适用当前人们普遍使用的家庭锁。首先,读卡机除能识别IC卡外,也可通过键盘输入卡片内置码进行识别,这样就无法确认是否为持卡者本人;其次,只认IC卡不认人的管理无法进行精确的身份辨认;再者,门禁系统的监管无法追踪进出人员的信息。传统的安防门禁系统急需互联网智能化改革,实现在线化、数据化。

    本系统通过蓝牙WiFi模块将门锁、手机、服务器三者联接起来,赋予了锁“听”“说”的交流能力,提出了一种新的智能锁设计模式。手机用户通过蓝牙发送指令控制开锁和关锁,为了更安全起见,开锁时摄像头会拍一张现场的照片。通过WiFi将开锁用户信息和照片发送给服务器,服务器将数据同步到家人的手机上,这样家人在手机上可以知道家中锁的状态及开锁人的体型甚至容貌,从而可以实时了解家中的状况,若发觉情况不正常可及时找附近的邻居查看,甚至报警。

1 平台

1.1 开发实现平台

    (1)移动终端:adt-bundle-eclipse+ADK18以上。

    (2)服务器端:Linux(Ubuntu 14 LTS) Qt5.2。

    (3)门禁硬件:Windows 7,Keil。

1.2 系统运行平台

    (1)移动终端: 支持Android 4.3以上的移动终端。

    (2)服务器端:服务器Linux(Ubuntu 14 LTS)。

    (3)STM32F103RBT6。

2 系统功能

2.1 整体框架

    采用HTML5的WebSocket协议通过互联网实现智能手机终端与云端服务器端相联;门禁锁通过WiFi模块与云端服务器端通过TCP相互通信;智能手机端通过低功耗的Bluetooth与门禁锁近距离通信,从而实现门禁锁、服务器、智能终端两两循环互联,如图1所示。

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2.2 初始化锁

    打开智能手机App扫描锁上的二维码完成初始化,每一把智能锁都对应唯一的二维码,二维码中包含了智能锁硬件中的蓝牙和iBeacon的信息。这样装有该智能锁的用户只能开关自家的锁,初始化二维码如图2所示。

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2.3 添加和删除用户

    为了安全起见,该系统添加用户是由智能手机App和智能锁共同完成的。手机发送添加用户命令,只有按下智能锁上的添加用户按钮才可完成添加。添加的用户同步到服务器上。删除用户同理。

2.4 开锁及指令执行流程

    家庭用户开锁流程如图3所示。

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    门禁硬件接收到手机App发送的蓝牙指令后的流程图如图4。服务器接收到数据后保存到数据库,同时信息同步到手机App上。

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3 系统实现

3.1 门锁硬件实现

    整个门禁硬件框图如图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内核,工作频率可达72 MHz,内置高速存储器,具有丰富的增强I/O端口和连接到两条APB总线的外设。所有型号的器件都包含2个12位的ADC、3个通用16位定时器,还包含了3个标准的USART通信接口。

3.1.2 蓝牙模块

    该蓝牙主控芯片采用TI公司研发的符合蓝牙4.0标准的高性价比、低功耗的单模芯片CC2540[6]。蓝牙是通过串口通信,AT指令可以配置蓝牙,如AT+RESET可复位蓝牙,AT+BAUD=x,y配置蓝牙工作的波特率等。

3.1.3 TLN13UA06 WiFi模块

    (1)该模块支持多种无线网络加密方式,能充分保证用户数据的安全传输,包括:WEP64、WEP128、WPA-PSK/TKIP、WPA-PSK/CCMP、WPA2-PSK/TKIP、WPA2-PSK/CCMP。

    (2)本模块作为STA时,支持在联网过程中绑定目的网络BSSID地址(即MAC地址)的功能。通过BSSID地址绑定的方式,可以防止STA接入到非法的网络,从而提高无线网络的安全性。还有一种更安全的检测方法,通过检测距离来判断是否为非法入侵[7]

    (3)该模块内置一个完整的TCP/IP协议栈,支持TCP/UDP/ICMP/ARP/DHCP/DNS/HTTP协议,支持基于AT+指令的SOCKET编程接口。

3.1.4 液晶显示模块

    OLED液晶显示模块大小0.96寸,支持流行的I2C和SPI接口通信,易于操作,占用空间小。

3.1.5 步进电机驱动芯片

    驱动芯片ULN2003 是高耐压、大电流达林顿阵列,由7个硅 NPN 达林顿管组成。该电路的特点如下:

    (1)ULN2003的每一对达林顿都串联一个 2.7 k?赘的基极电阻,在5 V的工作电压下能与TTL和CMOS电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。

    (2)ULN2003工作电压高,工作电流大,灌电流可达500 mA,并且能够在关态时承受50 V的电压,输出还可以在高负载电流并行运行。

3.1.6 摄像头模块

    采用现有的DSP+摄像头模块,结构如图6所示,UART可以接STM32的USART接口实现串口发送指令控制拍照等功能。

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3.2 智能手机App功能实现

3.2.1 “功能切换”

    有3个功能切换:距离开关、声音开关、方向开关,3个功能只能一个打开,用于设置当前开锁的控制模式。

    (1)打开距离开关时,只能通过Androids Service后台监听iBeacon发出的距离广播,当距离数值达到2 m以内,向门禁硬件发送开锁指令。当用户携带智能手机靠近家门时,智能手机将搜索门锁距离,达到初始设定距离后自动与门禁系统通信,进行用户身份密码识别,若验证成功,门锁自动打开。用户无需拿出手机,无需任何操作,完全智能化。

    (2)打开声音开关时,当前如果智能手机与门禁硬件控制器的蓝牙保持连接,当Android近距离感应Proximity检测到近距离,就启动语音识别麦克风监听用户说话,当识别到用户有说到开门的意思,就给门禁硬件控制器发送开门指令。

    (3)打开方向开关时,关闭距离感应开关和声音识别开关,如果蓝牙保持连接,就启动陀螺仪,如图7,方向监听用户手机方向,当监听到智能手机方向与预设方向一致,就给门禁硬件发送开门指令。待到门禁硬件控制器验证用户成功之后,门锁自动打开。

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3.2.2 方向置定

    每一用户可以设置预设一个方向,打开“方向开关”时,听到的方向与预设向一致,就发送开锁命令,待到门禁硬件进行用户验证,成功之后,就能自动开锁。

3.2.3 发现界面

    只要门禁控制器检测到门禁的状态变化,就会向服务器推送状态数据,云端服务器会实时地向用户推送门禁系统状态信息,从而用户就可以实时的监控家里的门禁系统,便知道谁、何时对门禁锁做何种动作,通知用户家中门禁状况,保证家中财产安全。

3.2.4 APP后台程序

    APP后台Service如图8所示。APP最主要的逻辑基本都在后台Service中运行,从而使用户实现新体验,即方便、快捷的开锁方式。

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4 结论

    本文通过蓝牙和WiFi传输技术实现了智能手机、门禁、服务器三者的两两互联,用户可以通过智能手机灵活地控制开关锁,减少了用户开锁的复杂过程,给用户带来新的体验。同时,该系统设计了二维码和监控部分,使得与传统的开锁方式相比更加便捷和安全。

参考文献

[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] 孙志锋,沈义民.宾馆酒店IC卡智能电子门锁系统的研制[J].计算机工程与应用,2000,36(9):160-162.

[3] 孙炳阳.基于CAN总线的非接触式IC卡门禁与巡更监察系统[J].计算机工程与应用,2002,38(19):243-245.

[4] 李鹏飞,许照烜.基于.NET的网络指纹门禁系统的设计与实现[J].计算机工程与设计,2006(12):3571-3573.

[5] 邓健志,程小辉,李广君.可见光控门禁的研制[J].光电子:激光,2014(3):454-459.

[6] 金纯,贾珍梅,刘鲁云,等.基于CC2540的超低功耗蓝牙模块的设计[J].电视技术,2015,39(1):60-64.

[7] 房鼎益,祁生德,汤战勇,等.一种基于RSSI的智能家居环境Evil-Twin攻击的检测方法[J/OL].计算机学报,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

(华北电力大学 控制与计算机工程学院,河北 保定071000)

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