基于ZigBee的無線聯網門鎖設計

黎紅飛　王亞晶

摘要：本文提出一種基于ZigBee的無線聯網門鎖設計，在該系統中利用無線網絡將門鎖與小區物業聯通，在安全運行的同時還具備實時監控機制。

關鍵詞：ZigBee；無線聯網；門鎖

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）01-0031-01

目前，有線門禁系統仍占據市場較大份額，但由于成本高、維護困難且安全性較低，逐漸被淘汰。物聯網技術的發展大大豐富了安防監控、智慧城市以及智能家居等領域，而無線聯網門鎖作為物聯網技術的一種，具有十分明顯的優勢。利用門禁系統實時監控功能，有助于融合終端搜集數據，有助于人員考勤、重點監控以及進出流量，極為適合用于酒店、辦公樓以及出租房等場所。

1 ZigBee技術概述

ZigBee技術是在IEEE802.15.4的基礎上無線通信技術的一個標準，主要分布于868MHz、915MHz以及2.4GHz頻帶中。ZigBee技術能夠促使網絡設備長期處于休眠狀態，從而降低功耗，即使是在兩節電池的條件下也可以工作很長時間。ZigBee技術特點主要包括如下三個方面[1]：

（1）大容量。ZigBee網絡理論容量高達60000以上，且只要滿足ZigBee協議標準的網絡，還能夠進行不同網絡之間的網間通信，從而提高ZigBee網絡容量。（2）高安全。ZigBee不僅選用AES-128加密算法，還提供CRC完整檢查數據包，提供鑒權和認證，確保不同應用滿足自身安全特性。（3）可靠性高。選用物理跳頻技術，若網絡通信擁堵難以正常手法數據，那么ZigBee網絡可以切換到空閑信道中，從而提高抗干擾性。APS實現應答回復功能，若沒有得到應答，則需要重新傳送。

2 系統設計

無線聯網門鎖系統設備包括發卡器、無線聯網門鎖、無線基站以及上位機等，具體的系統結構如圖1所示，主要分為三個部分，第一部分是門禁管理軟件終端、無線基站和上位機之間的有線網絡，通過TCP/IP協議通信，第二部分是門鎖和基站之間的無線網絡，統一接口，整合系統平臺，快速獲取所需數據，提高通信效率，第三部分是移動終端和上機位之間的wifi網絡，通過wifi網絡相互連接，并完成管理、查詢等工作。

3 硬件設計

3.1 基站設計

作為重要的數據中轉站，無線基站起到樞紐的作用，實現ZigBee無線網絡和TCP/IP網絡對轉換，具備通信協議轉換、數據交互以及無線組網等功能，具體包括儲存模塊、電源模塊、微控制器以及以太網轉串口模塊。無線基站向下作為ZigBee無線網絡的構建，主要用于負責數據的收發工作，向上作為上機位的通信渠道，獲取管理系統命令，并發送到無線門鎖，上傳進出記錄、狀態等信息，確保管理軟件可以對無線門鎖狀況予以實時監控[2]。

3.2 無線聯網門鎖設計

可以說，無線聯網門鎖不僅要涵蓋機械門鎖的功能，還應該兼具數據通信功能，為此，無線門鎖硬件組成主要包括指示模塊、電機驅動模塊、儲存模塊、RFID讀卡模塊、RTC實時時鐘模塊、電源模塊、微控制器等，具體如圖2所示。

無線聯網門鎖供電選擇4節干電池，模塊應用HT7333芯片，負責系統供電工作。RFID讀卡模塊選擇MFRC522高集成度芯片，具有低功耗、低成本、低電壓的特點。電機驅動模塊運用程序控制端口，實現驅動電機的輸電工作，通過鎖芯轉軸，完成開關門任務。為了盡可能的降低功耗，其中，下橋三極管選用NPN，上橋三極管選用PNP，因為微控制器最高輸出電壓為3.3V，難以完全截止PNP三極管，為此，本設計再加設NPN三極管，基于對其NPN控制而實現對PNP的控制，CC2530微控制器選用2.4GHz短天線和2.4G射頻模塊，于鎖具中密封保存，確保門鎖結構緊湊的同時發射功率不受影響。RTC實時時鐘選用PCF8563日歷芯片，供電來源為紐扣電池，用過計時功能，并定時中斷輸出，對CPU予以喚醒，盡可能的降低功耗。除此之外，微控制器還可以利用SDA數據線和SCL時鐘線對其予以通信。儲存模塊為EEPROM，實現重要數據的保存，包括進出記錄、卡片信息等，其中，指示模塊涵蓋LED等和蜂鳴器，針對實際的情況發出不同的信息[3]。

電源管理中的CC2530，共計有五種運行模式，主要包括PM1、PM2、PM3、空閑模式以及主動模式。結合不同的使用需求，切換不同的運行模式，以期達到更好的系統功能。主動模式是最常見的模式，PM3為功耗最低模式，切換不同的運行模式后，外設模塊將會暫時關閉，提高系統性能。優化程序算法用于縮短喚醒時間，降低功耗。例如無線通信過程中，寄存器PCON=0x00，喚醒工作，實現數據數據交互，完成指定動作，結束后，更改為PCON=0x01，進入休眠模式，等待喚醒。

4 結語

綜上所述，本文在分析了ZigBee技術之后，提出了基于ZigBee的無線聯網門鎖設計，具有安全性高、穩定性好等諸多優勢，并在此基礎上，大大降低系統功耗，能有效提升系統的服務質量，具有十分可觀的發展前景。

參考文獻

[1]王鑫，周孝華，李冬陽，等.基于ZigBee無線通訊技術的智能門鎖設計[J].計算機光盤軟件與應用，2015，（3）：304-305.

[2]熊磊，董奎勇，錢煒，等.基于ZigBee的無線網絡系統的設計與實現[J].計算機技術與發展，2009，（4）：242-245.

[3]李鴻.ZigBee和GPRS雙網家居智能門鎖控制系統[J].自動化技術與應用，2017，（3）：44-48.