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蓝牙产品

客户成功故事与项目成功案例

蓝牙智能门禁控制系统开发


门禁系统是对出入口通道进行管制的系统,其是在传统的门锁基础上发展而来的,当前的门禁系统早已超越了单纯的门锁及钥匙管理,它已经逐渐发展成为一套完整的出入管理系统。在现代化住宅小区、写字楼等建筑或者建筑群内,门禁系统为每一位用户都设定个人识别密码,用户需凭借个人识别密码才能够通过门禁系统,因此门禁系统是保障建筑内用户的生命及财产安全的重要设施。

门禁系统发展的早期被称为“电子锁”阶段,电子锁的出现从一定程度上提高了人们对于出入口通道的管理水平,由于其本身的故障率较高所以应用也不广泛。近年来,随着感应卡技术,生物识别技术的发展,门禁系统得到了飞跃式的发展,出现了感应卡式门禁系统、指纹门禁系统、虹膜门禁系统、面部识别门禁系统、乱序键盘门禁系统等各种技术的系统,它们在安全性、方便性、易管理性等方面都各有特长,门禁系统的应用领域也越来越广。

其中感应卡开锁依赖于用户随身携带感应卡,而用户外出时往往容易遗忘,且IC卡不易保管、容易丢失。指纹开锁具有较高的安全性,但是目前的指纹识别模块存在识别率不高的问题,并且指纹采集涉及卫生问题和用户隐私,便捷性较低。虹膜识别系统处理速度较慢,不利于人数过多的场合,而且人体的生物特征会随着环境和时间而变化,从而影响其拒识率。

随着蓝牙技术的发展成熟,采用蓝牙4.0技术的无线智能门禁系统能够与集中控制管理系统进行交互,并对开锁者的数据、语音等进行集中安全管理,从而提高了门禁系统的安全性和可靠性。

一、蓝牙技术简介

蓝牙技术最早始于1994年,由瑞典的爱立信公司研发。它采用的是调频技术,频段范围是2.402~2.480GHz。其显著优势在于低功耗、短距离实现各种设备双向无线通信。在蓝牙通信中,不要求固定的基础设施,只需通过配有蓝牙技术的电子产品,自动检查可用的配置文件,将其连接至使用同一配置文件的另一蓝牙设备,即可实现在约10m的距离内彼此相通,传输速度可以达到1MB/s。蓝牙设备有两种可能的角色,分别为主设备和从设备,同一个蓝牙设备可以在这两种角色之间进行转换。一个蓝牙主设备最多可以同时和7个从设备通信。在任意时刻,主设备单元可以向从设备单元中的任意一个发送信息,也可以用广播方式同时向多个从设备发送信息。与WiFi无线技术相比,蓝牙技术虽然在速度上略有不及,但却更省电、更节省资源、更环保,对人体有害的电磁辐射的危害也要更小。蓝牙技术是实现轻量级互联的一个有效手段,因此得到了广泛应用。

二、智能门禁系统的硬件设计

智能门禁系统的硬件设计分为3个模块:中央控制模块、蓝牙通信模块、门锁控制器。

中央控制模块是整个系统的核心模块,由其完成对比认证以及对其他模块的控制。中央处理器使用STM32F107VCT6为处理芯片,STM32F107VCT6是意法半导体推出全新STM32互连型系列微控制器中的一款性能较强的产品。芯片具有256KBFlash,高达64KB的SRAM,并且集成了各种高性能工业标准接口,可以轻松适应更多的应用。它的标准外设包括10个定时器、两个12位模数转换器、两个12位数模转换器、两个I2C接口、5个USART接口和3个SPI端口和高质量数字音频接口IIS,另外STM32F107VCT6拥有全速USB(OTG)接口,两路CAN2.0B接口,以及以太网10/100MMAC模块。

蓝牙通信模块使用Nordic公司的蓝牙4.0芯片nRF8001。nRF8001仅需少量外围器件就可以实现稳定的无线通信,其峰值电流不到12.5mA,连接状态下的平均电流很小,不到12μA。nRF8001是高度集成的无线连接解决方案,它使用紧凑的32引脚QFN封装,尺寸为5×5mm。此外,该芯片还集成了一个DC/DC稳压器,在用钮扣电池供电时,能够进一步把峰值电流和平均电流降低20%。因此,它非常适合空间受限制以及具有低功耗要求的应用系统。

门锁控制器是智能门禁系统的执行部件,主要由驱动电路和电控锁组成。驱动电路在STM32F107的控制下,带动电磁锁的开启和关闭,从而达到开关门的目的。图1为智能门禁系统的硬件系统结构图。

图1 智能门禁系统结构

三、蓝牙智能门禁系统的软件设计

智能门禁系统使用带有蓝牙功能的手机作为开门的钥匙,其软件分为两个部分:控制器软件和手机APP软件。控制器软件的功能是蓝牙无线通信、进行用户身份认证、控制电磁锁的开关等。在系统上电之后,控制器首先进行设备的初始化,然后开始轮询检测门禁密码键盘是否有输入以及搜寻附近可连接的蓝牙设备。当密码键盘有输入时,控制器会进行校验操作,如果密码正确,则打开电磁锁,如果密码错误,则重置密码接收程序,重新接收密码。

手机APP程序需要蓝牙4.0及以上版本的支持,目前主流智能手机都能满足这项要求。用户需要先用姓名、房间号、手机号进行注册,获得一个唯一对应的开门密码。在使用手机开门时,用户打开APP程序,此时手机会自动与门禁控制器的蓝牙通信模块进行匹配连接。

连接建立成功后,用户输入开门密码并由手机APP程序将此密码发送给门禁控制器。密码在存储和发送的时候,使用加密算法进行加密,被门禁控制器接收之后,再由相应的解密算法进行解密,从而提高了系统的安全性。门禁控制器对解密之后的明文密码进行校验,如果密码正确就打开电磁锁,并记录开门信息。如果密码错误则不执行开门操作,同一个设备多次输入错误密码将会被断开连接。系统将此设备列入黑名单,暂时屏蔽其连接请求,以防止其非法占用信道。图2是软件设计流程图。

图2 智能门禁软件设计流程

总结

本文设计了一种基于蓝牙技术的智能门禁控制系统,是传统门禁控制系统的改进和创新性发展。经过测试,本系统能够实现智能移动终端蓝牙遥控开锁的功能,使开锁变得更加便捷和安全,具有较高的实用价值。

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