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藍(lán)牙智能門禁控制系統(tǒng)開發(fā)
門禁系統(tǒng)是對出入口通道進(jìn)行管制的系統(tǒng)，其是在傳統(tǒng)的門鎖基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，當(dāng)前的門禁系統(tǒng)早已超越了單純的門鎖及鑰匙管理，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)、寫字樓等建筑或者建筑群內(nèi)，門禁系統(tǒng)為每一位用戶都設(shè)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(tǒng)，因此門禁系統(tǒng)是保障建筑內(nèi)用戶的生命及財產(chǎn)安全的重要設(shè)施。
門禁系統(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，隨著感應(yīng)卡技術(shù)，生物識別技術(shù)的發(fā)展，門禁系統(tǒng)得到了飛躍式的發(fā)展，出現(xiàn)了感應(yīng)卡式門禁系統(tǒng)、指紋門禁系統(tǒng)、虹膜門禁系統(tǒng)、面部識別門禁系統(tǒng)、亂序鍵盤門禁系統(tǒng)等各種技術(shù)的系統(tǒng)，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(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣。
其中感應(yīng)卡開鎖依賴于用戶隨身攜帶感應(yīng)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(wèi)生問題和用戶隱私，便捷性較低。虹膜識別系統(tǒng)處理速度較慢，不利于人數(shù)過多的場合，而且人體的生物特征會隨著環(huán)境和時間而變化，從而影響其拒識率。
隨著藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展成熟，采用藍(lán)牙4.0技術(shù)的無線智能門禁系統(tǒng)能夠與集中控制管理系統(tǒng)進(jìn)行交互，并對開鎖者的數(shù)據(jù)、語音等進(jìn)行集中安全管理，從而提高了門禁系統(tǒng)的安全性和可靠性。
一、藍(lán)牙技術(shù)簡介
藍(lán)牙技術(shù)最早始于1994年，由瑞典的愛立信公司研發(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)勢在于低功耗、短距離實現(xiàn)各種設(shè)備雙向無線通信。在藍(lán)牙通信中，不要求固定的基礎(chǔ)設(shè)施，只需通過配有藍(lán)牙技術(shù)的電子產(chǎn)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(lán)牙設(shè)備，即可實現(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，同一個藍(lán)牙設(shè)備可以在這兩種角色之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。一個藍(lán)牙主設(shè)備最多可以同時和7個從設(shè)備通信。在任意時刻，主設(shè)備單元可以向從設(shè)備單元中的任意一個發(fā)送信息，也可以用廣播方式同時向多個從設(shè)備發(fā)送信息。與WiFi無線技術(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，對人體有害的電磁輻射的危害也要更小。藍(lán)牙技術(shù)是實現(xiàn)輕量級互聯(lián)的一個有效手段，因此得到了廣泛應(yīng)用。
二、智能門禁系統(tǒng)的硬件設(shè)計
智能門禁系統(tǒng)的硬件設(shè)計分為3個模塊：中央控制模塊、藍(lán)牙通信模塊、門鎖控制器。
中央控制模塊是整個系統(tǒng)的核心模塊，由其完成對比認(rèn)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(dǎo)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(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個定時器、兩個12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、兩個12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器、兩個I2C接口、5個USART接口和3個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現(xiàn)穩(wěn)定的無線通信，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(wěn)壓器，在用鈕扣電池供電時，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)。
門鎖控制器是智能門禁系統(tǒng)的執(zhí)行部件，主要由驅(qū)動電路和電控鎖組成。驅(qū)動電路在STM32F107的控制下，帶動電磁鎖的開啟和關(guān)閉，從而達(dá)到開關(guān)門的目的。圖1為智能門禁系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
三、藍(lán)牙智能門禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計
智能門禁系統(tǒng)使用帶有藍(lán)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(lán)牙無線通信、進(jìn)行用戶身份認(rèn)證、控制電磁鎖的開關(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(lán)牙設(shè)備。當(dāng)密碼鍵盤有輸入時，控制器會進(jìn)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(lán)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(jìn)行注冊，獲得一個唯一對應(yīng)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(lán)牙通信模塊進(jìn)行匹配連接。
連接建立成功后，用戶輸入開門密碼并由手機APP程序?qū)⒋嗣艽a發(fā)送給門禁控制器。密碼在存儲和發(fā)送的時候，使用加密算法進(jìn)行加密，被門禁控制器接收之后，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。門禁控制器對解密之后的明文密碼進(jìn)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(zhí)行開門操作，同一個設(shè)備多次輸入錯誤密碼將會被斷開連接。系統(tǒng)將此設(shè)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(shè)計流程圖。
總結(jié)
本文設(shè)計了一種基于藍(lán)牙技術(shù)的智能門禁控制系統(tǒng)，是傳統(tǒng)門禁控制系統(tǒng)的改進(jìn)和創(chuàng)新性發(fā)展。經(jīng)過測試，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能移動終端藍(lán)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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