基于藍(lán)牙的門禁系統(tǒng)

楊毯毯 姜琴 扈健瑋

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展[ 1 ]，人們已經(jīng)進(jìn)入了以互聯(lián)網(wǎng)為核心的信息時(shí)代，近幾年來無線通信技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，無線通信技術(shù)幾乎滲透到人們生活的方方面面，智能家居越來越受到青睞，與此同時(shí)，門鎖的防盜功能和安全性也日益成為全球關(guān)注的話題，本論文將介紹一種基于藍(lán)牙的門禁系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)門鎖開門繁瑣，安全性低等缺點(diǎn)；為解決門鎖的安全安全隱患奠定基礎(chǔ)，具有廣闊的市場前景。

關(guān)鍵詞：藍(lán)牙；無線通信；門禁系統(tǒng)

Abstract：With the development of science and technology ， people have stepped into the era of Internet.Wireless Communication Technology has developed a lot recent years.Wireless Communication Technology has penetrated into all walk of life. Meanwhile，the security of lock has become world topic gradually， This article introduces a set of access controller system based on Bluetooth， It overcomes weakness of traditional clocks complexity and low-security .It will set foundation for locks safety and it has broad market prospect.

Key words：Bluetooth；wireless communication；access controller

現(xiàn)代社會中，網(wǎng)絡(luò)無線通信技術(shù)迅猛發(fā)展，門禁系統(tǒng)的安全性日益受到人們的重視，傳統(tǒng)的門禁系統(tǒng)比如基于RFID的門禁系統(tǒng)，雖然開門操作簡單，廣泛應(yīng)用于酒店[ 2 ]，但是安全性能較低，不能較好的達(dá)到防盜的目的；再如，基于單片機(jī)的門禁系統(tǒng)[ 3 ]，安全性能雖然比基于RFID的門禁系統(tǒng)有所提高，但是操作繁瑣，功耗較大，不能滿足節(jié)能減排的發(fā)展理念，應(yīng)用領(lǐng)域較窄；而基于藍(lán)牙的門禁系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)門禁系統(tǒng)的操作復(fù)雜、安全性能低、功耗大等缺點(diǎn)，以其操作方便、安全性能高、功耗低[ 4 ]、體積小、價(jià)格低廉、可以多路多個(gè)方向鏈接等特點(diǎn)，受到廣大人民的青睞，具有廣大的市場前景。

1 藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)是一種功耗較低的無線通信技術(shù)，它工作的頻段是2.4G ISM，其高頻特性使其抗干擾的能力較強(qiáng)，其信號傳輸距離可達(dá)10米，隨著藍(lán)牙技術(shù)的不斷發(fā)展，目前，藍(lán)牙技術(shù)的最新版本是藍(lán)牙4.0，藍(lán)牙4.0技術(shù)將高速藍(lán)牙、傳統(tǒng)藍(lán)牙及低功耗藍(lán)牙技術(shù)三種藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范合為一體，在成本低、功耗低、便于攜帶等基礎(chǔ)之上，同時(shí)具有技術(shù)靈活，通信安全的特點(diǎn)，藍(lán)牙技術(shù)高質(zhì)量的通信安全性能，使之成為無線通信技術(shù)的主流通信技術(shù)。藍(lán)牙技術(shù)的通信安全在于藍(lán)牙通信協(xié)議[ 5-7 ]，其整個(gè)協(xié)議棧主要包括：高層應(yīng)用模塊，中間協(xié)議層模塊，底層硬件模塊三大模塊（如圖1所示：藍(lán)牙協(xié)議棧結(jié)構(gòu)）。

高層應(yīng)用模塊主要包括局域網(wǎng)訪問、文件傳輸、撥號網(wǎng)絡(luò)、耳機(jī)等模塊；他們各自具有自己的應(yīng)用模式，其應(yīng)用程序可以通過各自對應(yīng)的Profile進(jìn)行無線通信[ 8 ]。撥號網(wǎng)絡(luò)模塊可通過RFCOMM仿真的串口來訪問Piconet，數(shù)據(jù)設(shè)備也可以在此接入傳統(tǒng)局域網(wǎng)；用戶可以通過協(xié)議棧中的Audio層在耳塞和手機(jī)中實(shí)現(xiàn)音頻流的無線傳輸，多臺PC之間不需要任何連線[ 9 ]，便可靈活快速的傳輸文件，信息共享。

中間協(xié)議層模塊主要由適應(yīng)協(xié)議、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議、電話通信協(xié)議、邏輯鏈路控制和串口仿真協(xié)議RFCOMM。

底層硬件模塊主要包括基帶、鏈路管理及無線跳頻。無線跳頻通過2.4GHz，不需要授權(quán)的ISM頻段的微波，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)位流的傳輸及過濾，該層協(xié)議定義了藍(lán)牙收發(fā)器在2.4GHz頻段正常工作時(shí)需要滿足的要求，以此達(dá)到鏈路安全和控制的功能。

藍(lán)牙的各個(gè)模塊協(xié)議自頂而下的相互連接，相互協(xié)調(diào)，使藍(lán)牙的整個(gè)系統(tǒng)模塊能夠安全工作。

2 門禁系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

新興的門禁系統(tǒng)將移動設(shè)備終端作為開啟門鎖的鑰匙，可以實(shí)現(xiàn)便利和安全的門禁體驗(yàn)。

門禁系統(tǒng)的認(rèn)證包括用戶移動終端的藍(lán)牙安全配對和門禁的主控模塊門禁控制器，其中，主控模塊門禁控制器首先要發(fā)送需要認(rèn)證的信息，然后用戶端接收信息，并將信號進(jìn)行反饋和身份驗(yàn)證；等待系統(tǒng)控制端的響應(yīng)。

2.1 藍(lán)牙的消息匹配

基于藍(lán)牙的門禁系統(tǒng)的工作原理是：用戶首先將移動終端的藍(lán)牙模塊通過藍(lán)牙的安全協(xié)議與門禁建立可靠的連接，并設(shè)置用戶所需的密碼0110，當(dāng)用戶靠近門禁系統(tǒng)時(shí)，移動終端設(shè)備將自動和門禁系統(tǒng)匹配建立連接，此時(shí)，門禁系統(tǒng)會發(fā)送消息驗(yàn)證請求，等待驗(yàn)證消息，這時(shí)用戶只要打開移動終端上的藍(lán)牙模塊，輸入預(yù)先設(shè)定的開鎖密碼0110，與門禁系統(tǒng)進(jìn)行消息匹配，進(jìn)行身份的驗(yàn)證，身份驗(yàn)證成功后，門鎖便會自動開啟。如果移動終端上所輸入的密碼不是預(yù)先設(shè)定的密碼0110，移動終端上將會顯示密碼錯(cuò)誤，門禁系統(tǒng)也會報(bào)錯(cuò)，門鎖將繼續(xù)保持鎖定狀態(tài)，門鎖開啟失敗（系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)圖如圖2）。

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

門禁系統(tǒng)主要包括三大模塊：CSR8645藍(lán)牙模塊、電磁鎖模塊和中央處理器ATmegal16A模塊。

中央處理器ATmegal16A模塊的功能主要是對信息進(jìn)行加密操作和完成用戶的身份驗(yàn)證。它是一種高性能、低功耗的8位AVR微處理器，其運(yùn)行速度較快，工作在16MHz的頻段時(shí)吞吐量高達(dá)16MIPS，執(zhí)行指令的時(shí)間是單個(gè)時(shí)鐘周期，具有2個(gè)獨(dú)立預(yù)分頻、比較模式的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、獨(dú)立晶振的實(shí)時(shí)計(jì)時(shí)器，支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能，存儲性能較持久。

CSR8645藍(lán)牙模塊主要短距離的數(shù)據(jù)無線傳輸領(lǐng)域，方便與PC機(jī)的藍(lán)牙設(shè)備連接，兩個(gè)模塊之間可以數(shù)據(jù)互通，本設(shè)計(jì)的無線通信模塊選用藍(lán)牙CSR8645模塊，支持mSBC解碼和語音識別、支持近距離連接和匹配，具有線性穩(wěn)壓器，支持SPI編程接口，可以完成信息的驗(yàn)證。該通信模塊由系統(tǒng)供電，當(dāng)藍(lán)牙CSR8645檢測模塊和移動終端建立連接后，就把連接到的消息傳遞到中央控制器ATmegal16A，中央控制器ATmegal16A將接收到的信息驗(yàn)證后，將驗(yàn)證的信息反饋到藍(lán)牙CSR8645通信模塊，藍(lán)牙通信模塊再將接收到的驗(yàn)證消息與門禁系統(tǒng)進(jìn)行消息的匹配，匹配成功后，中央控制器向門禁系統(tǒng)發(fā)送開啟門禁的信號，完成門禁系統(tǒng)的開啟，如果驗(yàn)證失敗，中央控制器就不會向門禁系統(tǒng)發(fā)送任何消息，門禁系統(tǒng)將保持之前的狀態(tài)，從而提高門禁系統(tǒng)的安全性。

3 結(jié)語

本篇論文通過了解門禁系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，在信息時(shí)代的背景下，分析了門禁系統(tǒng)的發(fā)展前景和市場需求，設(shè)計(jì)了一款基于藍(lán)牙的門禁系統(tǒng)[ 10-12 ]，實(shí)現(xiàn)了移動終端之間的連接和門禁系統(tǒng)的安全驗(yàn)證，克服了傳統(tǒng)門禁系統(tǒng)開門繁瑣、安全性低等缺點(diǎn)，通過中央控制器、藍(lán)牙CSR8645等模塊有效增強(qiáng)的門禁系統(tǒng)的安全性，用戶出門再也不需要攜帶鑰匙或者ID識別卡，只需攜帶手機(jī)，就可以方便的實(shí)現(xiàn)門禁系統(tǒng)的開關(guān)，大大減少了開門所需的時(shí)間。具有廣闊的市場前景。

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