智能門禁系統(tǒng)控制方法的分析與設(shè)計

程 瑤，孫 霞，孫朝鵬

(安徽理工大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，安徽 淮南 232001)

20世紀(jì)90年代，麻省理工學(xué)院首次提出物聯(lián)網(wǎng)的概念，30年間物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了長久地發(fā)展。生活水平的提高使人們更加注重安全意識，傳統(tǒng)的門禁系統(tǒng)線路易老化、成本過高，安全性低等問題逐漸暴露，設(shè)計新型智能門禁系統(tǒng)大勢所趨。目前，國內(nèi)智能化門禁技術(shù)的起步較晚，但每年的市場增長速度較快，未來必定有足夠的市場[1]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

智能門禁控制系統(tǒng)主要由終端門禁節(jié)點(diǎn)、無線訪問節(jié)點(diǎn)、云平臺服務(wù)器和遠(yuǎn)程控制平臺組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。用戶借助手機(jī)或者PC機(jī)可以監(jiān)測控制終端門禁系統(tǒng)。 旨在通過OneNET云平臺訪問和連接設(shè)備，允許用戶建立帳戶注冊云平臺的管理界面。 智能門禁系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)連接的WiFi通信模塊，訪問OneNET云平臺API，收集的數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器，終端門禁節(jié)點(diǎn)同時接收和響應(yīng)遠(yuǎn)端控制平臺的命令[2]。

圖1 智能門禁控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)的硬件組成

本系統(tǒng)由STC15主控芯片，超聲波范圍測距模塊，光照強(qiáng)度檢測模塊，WiFi的實(shí)時通信模塊和多開關(guān)控制模塊構(gòu)成，STC15模塊成為主芯片。系統(tǒng)設(shè)計的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 智能門禁控制系統(tǒng)硬件框圖

2.2 各模塊設(shè)計

2.2.1 主控芯片

本設(shè)計主控芯片采用STC15F2K60S2。所選用該單片微控制器具有計算能力強(qiáng)、能耗低、處理數(shù)據(jù)精準(zhǔn)等特點(diǎn)。

2.2.2 WiFi通信模塊

WiFi通信模塊采用的是ESP8266芯片，通過此芯片可以使智能門禁系統(tǒng)與Android手機(jī)終端之間實(shí)現(xiàn)通信[3]。ESP8266的數(shù)據(jù)接收端RXD和數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD分別與STC15F2K60S2上的TXD3和RXD3引腳相連，從而完成了數(shù)據(jù)的交換[4]。

2.2.3 超聲波測距模塊

HC-RS04超聲波距離測量模塊是具有廣角測量和測量結(jié)果準(zhǔn)確性的隔空感應(yīng)目標(biāo)傳感器。 超聲波模塊使用微控制器I/O端口觸發(fā)范圍，模塊自動發(fā)送方位波，I/O端口保持高電平，傳感器接收障礙物信息時轉(zhuǎn)移到低電平，高電平的持續(xù)時間在信號發(fā)送過程中[5]。超聲波測距公式：

(1)

式中：s是測量范圍；v是聲音傳播速率；t是高電平維持的時間。

當(dāng)超聲波測距模塊檢測到有障礙物靠近且距離小于所設(shè)置的閾值時，表明有人即將通過門禁系統(tǒng)。此時，光強(qiáng)檢測模塊檢測環(huán)境光線亮度，如果達(dá)到照明所預(yù)設(shè)的閾值條件，門禁系統(tǒng)將打開燈光照明。

2.2.4 光強(qiáng)檢測模塊

光強(qiáng)檢測模塊是用來檢測環(huán)境光線亮度。光強(qiáng)檢測模塊的D0口輸出的高低電平根據(jù)光源強(qiáng)度而變化[6]。單片機(jī)直接與D0口連接，通過檢測高低電平來感知環(huán)境的光線變化[7]。光強(qiáng)檢測模塊檢測到的光強(qiáng)數(shù)值到達(dá)預(yù)先設(shè)置的閾值時，說明此時周圍環(huán)境較暗，在測距模塊達(dá)到預(yù)設(shè)閾值的條件下，門禁系統(tǒng)打開燈光照明。

3 軟件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件設(shè)計主要實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)終端門禁節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并且能夠結(jié)合相關(guān)的應(yīng)用進(jìn)行控制[8]。先判斷串口的緩存區(qū)是否有收到數(shù)據(jù)，收到數(shù)據(jù)后把數(shù)據(jù)存進(jìn)數(shù)組變量，清空緩存區(qū)后，判斷密碼是否正確。若正確，則判斷是開鎖指令還是關(guān)鎖指令。若為開鎖指令，則打開電控鎖并點(diǎn)亮LED提示燈，提醒用戶記得關(guān)門；否則，復(fù)位電控鎖關(guān)閉LED提示燈。控制器軟件流程圖如圖3所示。

圖3 控制器軟件流程圖

3.2 手機(jī)發(fā)送端APP

移動電話連到室內(nèi)WiFi上，再用手機(jī)小程序監(jiān)聽該WiFi下設(shè)定的服務(wù)端，實(shí)現(xiàn)了移動電話與無線模塊之間信息的交互[10]。二維碼開發(fā)界面如圖4所示。

圖4 二維碼開發(fā)界面圖

用戶如需辦理微信小程序“通行證”需先與管理人員提交申請，管理人員會根據(jù)用戶申請信息，在云平臺數(shù)據(jù)庫中會生成相應(yīng)的用戶信息，微信賬戶將是用戶進(jìn)行注冊和辨別身份的標(biāo)識。門禁系統(tǒng)的顯示屏上會一直顯示著該此處門禁系統(tǒng)的微信小程序二維碼，用戶只需微信掃取二維碼，系統(tǒng)即可在后臺判斷該微信是否已在數(shù)據(jù)庫中登記。若系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)該微信號數(shù)據(jù)已在數(shù)據(jù)庫中登記，小程序頁面跳轉(zhuǎn)到匹配身份信息成功界面，允許此用戶進(jìn)入。如果該用戶信息無法與數(shù)據(jù)庫匹配，如果改用戶信息無法與數(shù)據(jù)庫匹配，則不允許用戶進(jìn)入，小程序跳轉(zhuǎn)界面。

4 結(jié) 語

本文介紹了一種多功能門禁系統(tǒng)，該設(shè)計采用微控制器作為核心芯片對整套系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。門禁系統(tǒng)同時采用了二維碼認(rèn)證形式，使這種門禁系統(tǒng)更安全、便捷、環(huán)保、可靠。