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藍牙產品

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藍牙智能門禁控制系統開發


門禁系統是對出入口通道進行管制的系統,其是在傳統的門鎖基礎上發展而來的,當前的門禁系統早已超越了單純的門鎖及鑰匙管理,它已經逐漸發展成為一套完整的出入管理系統。在現代化住宅小區、寫字樓等建筑或者建筑群內,門禁系統為每一位用戶都設定個人識別密碼,用戶需憑借個人識別密碼才能夠通過門禁系統,因此門禁系統是保障建筑內用戶的生命及財產安全的重要設施。

門禁系統發展的早期被稱為“電子鎖”階段,電子鎖的出現從一定程度上提高了人們對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用也不廣泛。近年來,隨著感應卡技術,生物識別技術的發展,門禁系統得到了飛躍式的發展,出現了感應卡式門禁系統、指紋門禁系統、虹膜門禁系統、面部識別門禁系統、亂序鍵盤門禁系統等各種技術的系統,它們在安全性、方便性、易管理性等方面都各有特長,門禁系統的應用領域也越來越廣。

其中感應卡開鎖依賴于用戶隨身攜帶感應卡,而用戶外出時往往容易遺忘,且IC卡不易保管、容易丟失。指紋開鎖具有較高的安全性,但是目前的指紋識別模塊存在識別率不高的問題,并且指紋采集涉及衛生問題和用戶隱私,便捷性較低。虹膜識別系統處理速度較慢,不利于人數過多的場合,而且人體的生物特征會隨著環境和時間而變化,從而影響其拒識率。

隨著藍牙技術的發展成熟,采用藍牙4.0技術的無線智能門禁系統能夠與集中控制管理系統進行交互,并對開鎖者的數據、語音等進行集中安全管理,從而提高了門禁系統的安全性和可靠性。

一、藍牙技術簡介

藍牙技術最早始于1994年,由瑞典的愛立信公司研發。它采用的是調頻技術,頻段范圍是2.402~2.480GHz。其顯著優勢在于低功耗、短距離實現各種設備雙向無線通信。在藍牙通信中,不要求固定的基礎設施,只需通過配有藍牙技術的電子產品,自動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牙設備,即可實現在約10m的距離內彼此相通,傳輸速度可以達到1MB/s。藍牙設備有兩種可能的角色,分別為主設備和從設備,同一個藍牙設備可以在這兩種角色之間進行轉換。一個藍牙主設備最多可以同時和7個從設備通信。在任意時刻,主設備單元可以向從設備單元中的任意一個發送信息,也可以用廣播方式同時向多個從設備發送信息。與WiFi無線技術相比,藍牙技術雖然在速度上略有不及,但卻更省電、更節省資源、更環保,對人體有害的電磁輻射的危害也要更小。藍牙技術是實現輕量級互聯的一個有效手段,因此得到了廣泛應用。

二、智能門禁系統的硬件設計

智能門禁系統的硬件設計分為3個模塊:中央控制模塊、藍牙通信模塊、門鎖控制器。

中央控制模塊是整個系統的核心模塊,由其完成對比認證以及對其他模塊的控制。中央處理器使用STM32F107VCT6為處理芯片,STM32F107VCT6是意法半導體推出全新STM32互連型系列微控制器中的一款性能較強的產品。芯片具有256KBFlash,高達64KB的SRAM,并且集成了各種高性能工業標準接口,可以輕松適應更多的應用。它的標準外設包括10個定時器、兩個12位模數轉換器、兩個12位數模轉換器、兩個I2C接口、5個USART接口和3個SPI端口和高質量數字音頻接口IIS,另外STM32F107VCT6擁有全速USB(OTG)接口,兩路CAN2.0B接口,以及以太網10/100MMAC模塊。

藍牙通信模塊使用Nordic公司的藍牙4.0芯片nRF8001。nRF8001僅需少量外圍器件就可以實現穩定的無線通信,其峰值電流不到12.5mA,連接狀態下的平均電流很小,不到12μA。nRF8001是高度集成的無線連接解決方案,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DC/DC穩壓器,在用鈕扣電池供電時,能夠進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用系統。

門鎖控制器是智能門禁系統的執行部件,主要由驅動電路和電控鎖組成。驅動電路在STM32F107的控制下,帶動電磁鎖的開啟和關閉,從而達到開關門的目的。圖1為智能門禁系統的硬件系統結構圖。

圖1 智能門禁系統結構

三、藍牙智能門禁系統的軟件設計

智能門禁系統使用帶有藍牙功能的手機作為開門的鑰匙,其軟件分為兩個部分:控制器軟件和手機APP軟件。控制器軟件的功能是藍牙無線通信、進行用戶身份認證、控制電磁鎖的開關等。在系統上電之后,控制器首先進行設備的初始化,然后開始輪詢檢測門禁密碼鍵盤是否有輸入以及搜尋附近可連接的藍牙設備。當密碼鍵盤有輸入時,控制器會進行校驗操作,如果密碼正確,則打開電磁鎖,如果密碼錯誤,則重置密碼接收程序,重新接收密碼。

手機APP程序需要藍牙4.0及以上版本的支持,目前主流智能手機都能滿足這項要求。用戶需要先用姓名、房間號、手機號進行注冊,獲得一個唯一對應的開門密碼。在使用手機開門時,用戶打開APP程序,此時手機會自動與門禁控制器的藍牙通信模塊進行匹配連接。

連接建立成功后,用戶輸入開門密碼并由手機APP程序將此密碼發送給門禁控制器。密碼在存儲和發送的時候,使用加密算法進行加密,被門禁控制器接收之后,再由相應的解密算法進行解密,從而提高了系統的安全性。門禁控制器對解密之后的明文密碼進行校驗,如果密碼正確就打開電磁鎖,并記錄開門信息。如果密碼錯誤則不執行開門操作,同一個設備多次輸入錯誤密碼將會被斷開連接。系統將此設備列入黑名單,暫時屏蔽其連接請求,以防止其非法占用信道。圖2是軟件設計流程圖。

圖2 智能門禁軟件設計流程

總結

本文設計了一種基于藍牙技術的智能門禁控制系統,是傳統門禁控制系統的改進和創新性發展。經過測試,本系統能夠實現智能移動終端藍牙遙控開鎖的功能,使開鎖變得更加便捷和安全,具有較高的實用價值。

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