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藍(lán)牙智能門(mén)禁控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)
門(mén)禁系統(tǒng)是對(duì)出入口通道進(jìn)行管制的系統(tǒng)，其是在傳統(tǒng)的門(mén)鎖基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，當(dāng)前的門(mén)禁系統(tǒng)早已超越了單純的門(mén)鎖及鑰匙管理，它已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一套完整的出入管理系統(tǒng)。在現(xiàn)代化住宅小區(qū)、寫(xiě)字樓等建筑或者建筑群內(nèi)，門(mén)禁系統(tǒng)為每一位用戶都設(shè)定個(gè)人識(shí)別密碼，用戶需憑借個(gè)人識(shí)別密碼才能夠通過(guò)門(mén)禁系統(tǒng)，因此門(mén)禁系統(tǒng)是保障建筑內(nèi)用戶的生命及財(cái)產(chǎn)安全的重要設(shè)施。
門(mén)禁系統(tǒng)發(fā)展的早期被稱為“電子鎖”階段，電子鎖的出現(xiàn)從一定程度上提高了人們對(duì)于出入口通道的管理水平，由于其本身的故障率較高所以應(yīng)用也不廣泛。近年來(lái)，隨著感應(yīng)卡技術(shù)，生物識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，門(mén)禁系統(tǒng)得到了飛躍式的發(fā)展，出現(xiàn)了感應(yīng)卡式門(mén)禁系統(tǒng)、指紋門(mén)禁系統(tǒng)、虹膜門(mén)禁系統(tǒng)、面部識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)、亂序鍵盤(pán)門(mén)禁系統(tǒng)等各種技術(shù)的系統(tǒng)，它們?cè)诎踩浴⒎奖阈?、易管理性等方面都各有特長(zhǎng)，門(mén)禁系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣。
其中感應(yīng)卡開(kāi)鎖依賴于用戶隨身攜帶感應(yīng)卡，而用戶外出時(shí)往往容易遺忘，且IC卡不易保管、容易丟失。指紋開(kāi)鎖具有較高的安全性，但是目前的指紋識(shí)別模塊存在識(shí)別率不高的問(wèn)題，并且指紋采集涉及衛(wèi)生問(wèn)題和用戶隱私，便捷性較低。虹膜識(shí)別系統(tǒng)處理速度較慢，不利于人數(shù)過(guò)多的場(chǎng)合，而且人體的生物特征會(huì)隨著環(huán)境和時(shí)間而變化，從而影響其拒識(shí)率。
隨著藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展成熟，采用藍(lán)牙4.0技術(shù)的無(wú)線智能門(mén)禁系統(tǒng)能夠與集中控制管理系統(tǒng)進(jìn)行交互，并對(duì)開(kāi)鎖者的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音等進(jìn)行集中安全管理，從而提高了門(mén)禁系統(tǒng)的安全性和可靠性。
一、藍(lán)牙技術(shù)簡(jiǎn)介
藍(lán)牙技術(shù)最早始于1994年，由瑞典的愛(ài)立信公司研發(fā)。它采用的是調(diào)頻技術(shù)，頻段范圍是2.402～2.480GHz。其顯著優(yōu)勢(shì)在于低功耗、短距離實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備雙向無(wú)線通信。在藍(lán)牙通信中，不要求固定的基礎(chǔ)設(shè)施，只需通過(guò)配有藍(lán)牙技術(shù)的電子產(chǎn)品，自動(dòng)檢查可用的配置文件，將其連接至使用同一配置文件的另一藍(lán)牙設(shè)備，即可實(shí)現(xiàn)在約10m的距離內(nèi)彼此相通，傳輸速度可以達(dá)到1MB/s。藍(lán)牙設(shè)備有兩種可能的角色，分別為主設(shè)備和從設(shè)備，同一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備可以在這兩種角色之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。一個(gè)藍(lán)牙主設(shè)備最多可以同時(shí)和7個(gè)從設(shè)備通信。在任意時(shí)刻，主設(shè)備單元可以向從設(shè)備單元中的任意一個(gè)發(fā)送信息，也可以用廣播方式同時(shí)向多個(gè)從設(shè)備發(fā)送信息。與WiFi無(wú)線技術(shù)相比，藍(lán)牙技術(shù)雖然在速度上略有不及，但卻更省電、更節(jié)省資源、更環(huán)保，對(duì)人體有害的電磁輻射的危害也要更小。藍(lán)牙技術(shù)是實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)互聯(lián)的一個(gè)有效手段，因此得到了廣泛應(yīng)用。
二、智能門(mén)禁系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
智能門(mén)禁系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)分為3個(gè)模塊：中央控制模塊、藍(lán)牙通信模塊、門(mén)鎖控制器。
中央控制模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心模塊，由其完成對(duì)比認(rèn)證以及對(duì)其他模塊的控制。中央處理器使用STM32F107VCT6為處理芯片，STM32F107VCT6是意法半導(dǎo)體推出全新STM32互連型系列微控制器中的一款性能較強(qiáng)的產(chǎn)品。芯片具有256KBFlash，高達(dá)64KB的SRAM，并且集成了各種高性能工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，可以輕松適應(yīng)更多的應(yīng)用。它的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)包括10個(gè)定時(shí)器、兩個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、兩個(gè)12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器、兩個(gè)I2C接口、5個(gè)USART接口和3個(gè)SPI端口和高質(zhì)量數(shù)字音頻接口IIS，另外STM32F107VCT6擁有全速USB（OTG）接口，兩路CAN2.0B接口，以及以太網(wǎng)10/100MMAC模塊。
藍(lán)牙通信模塊使用Nordic公司的藍(lán)牙4.0芯片nRF8001。nRF8001僅需少量外圍器件就可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的無(wú)線通信，其峰值電流不到12.5mA，連接狀態(tài)下的平均電流很小，不到12μA。nRF8001是高度集成的無(wú)線連接解決方案，它使用緊湊的32引腳QFN封裝，尺寸為5×5mm。此外，該芯片還集成了一個(gè)DC/DC穩(wěn)壓器，在用鈕扣電池供電時(shí)，能夠進(jìn)一步把峰值電流和平均電流降低20%。因此，它非常適合空間受限制以及具有低功耗要求的應(yīng)用系統(tǒng)。
門(mén)鎖控制器是智能門(mén)禁系統(tǒng)的執(zhí)行部件，主要由驅(qū)動(dòng)電路和電控鎖組成。驅(qū)動(dòng)電路在STM32F107的控制下，帶動(dòng)電磁鎖的開(kāi)啟和關(guān)閉，從而達(dá)到開(kāi)關(guān)門(mén)的目的。圖1為智能門(mén)禁系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
三、藍(lán)牙智能門(mén)禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
智能門(mén)禁系統(tǒng)使用帶有藍(lán)牙功能的手機(jī)作為開(kāi)門(mén)的鑰匙，其軟件分為兩個(gè)部分：控制器軟件和手機(jī)APP軟件?？刂破鬈浖墓δ苁撬{(lán)牙無(wú)線通信、進(jìn)行用戶身份認(rèn)證、控制電磁鎖的開(kāi)關(guān)等。在系統(tǒng)上電之后，控制器首先進(jìn)行設(shè)備的初始化，然后開(kāi)始輪詢檢測(cè)門(mén)禁密碼鍵盤(pán)是否有輸入以及搜尋附近可連接的藍(lán)牙設(shè)備。當(dāng)密碼鍵盤(pán)有輸入時(shí)，控制器會(huì)進(jìn)行校驗(yàn)操作，如果密碼正確，則打開(kāi)電磁鎖，如果密碼錯(cuò)誤，則重置密碼接收程序，重新接收密碼。
手機(jī)APP程序需要藍(lán)牙4.0及以上版本的支持，目前主流智能手機(jī)都能滿足這項(xiàng)要求。用戶需要先用姓名、房間號(hào)、手機(jī)號(hào)進(jìn)行注冊(cè)，獲得一個(gè)唯一對(duì)應(yīng)的開(kāi)門(mén)密碼。在使用手機(jī)開(kāi)門(mén)時(shí)，用戶打開(kāi)APP程序，此時(shí)手機(jī)會(huì)自動(dòng)與門(mén)禁控制器的藍(lán)牙通信模塊進(jìn)行匹配連接。
連接建立成功后，用戶輸入開(kāi)門(mén)密碼并由手機(jī)APP程序?qū)⒋嗣艽a發(fā)送給門(mén)禁控制器。密碼在存儲(chǔ)和發(fā)送的時(shí)候，使用加密算法進(jìn)行加密，被門(mén)禁控制器接收之后，再由相應(yīng)的解密算法進(jìn)行解密，從而提高了系統(tǒng)的安全性。門(mén)禁控制器對(duì)解密之后的明文密碼進(jìn)行校驗(yàn)，如果密碼正確就打開(kāi)電磁鎖，并記錄開(kāi)門(mén)信息。如果密碼錯(cuò)誤則不執(zhí)行開(kāi)門(mén)操作，同一個(gè)設(shè)備多次輸入錯(cuò)誤密碼將會(huì)被斷開(kāi)連接。系統(tǒng)將此設(shè)備列入黑名單，暫時(shí)屏蔽其連接請(qǐng)求，以防止其非法占用信道。圖2是軟件設(shè)計(jì)流程圖。
總結(jié)
本文設(shè)計(jì)了一種基于藍(lán)牙技術(shù)的智能門(mén)禁控制系統(tǒng)，是傳統(tǒng)門(mén)禁控制系統(tǒng)的改進(jìn)和創(chuàng)新性發(fā)展。經(jīng)過(guò)測(cè)試，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能移動(dòng)終端藍(lán)牙遙控開(kāi)鎖的功能，使開(kāi)鎖變得更加便捷和安全，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
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