基于ZigBee的無線聯(lián)網(wǎng)門鎖設(shè)計(jì)

黎紅飛　王亞晶

摘要：本文提出一種基于ZigBee的無線聯(lián)網(wǎng)門鎖設(shè)計(jì)，在該系統(tǒng)中利用無線網(wǎng)絡(luò)將門鎖與小區(qū)物業(yè)聯(lián)通，在安全運(yùn)行的同時還具備實(shí)時監(jiān)控機(jī)制。

關(guān)鍵詞：ZigBee；無線聯(lián)網(wǎng)；門鎖

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

目前，有線門禁系統(tǒng)仍占據(jù)市場較大份額，但由于成本高、維護(hù)困難且安全性較低，逐漸被淘汰。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展大大豐富了安防監(jiān)控、智慧城市以及智能家居等領(lǐng)域，而無線聯(lián)網(wǎng)門鎖作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一種，具有十分明顯的優(yōu)勢。利用門禁系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控功能，有助于融合終端搜集數(shù)據(jù)，有助于人員考勤、重點(diǎn)監(jiān)控以及進(jìn)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(shù)概述

ZigBee技術(shù)是在IEEE802.15.4的基礎(chǔ)上無線通信技術(shù)的一個標(biāo)準(zhǔn)，主要分布于868MHz、915MHz以及2.4GHz頻帶中。ZigBee技術(shù)能夠促使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備長期處于休眠狀態(tài)，從而降低功耗，即使是在兩節(jié)電池的條件下也可以工作很長時間。ZigBee技術(shù)特點(diǎn)主要包括如下三個方面[1]：

（1）大容量。ZigBee網(wǎng)絡(luò)理論容量高達(dá)60000以上，且只要滿足ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)，還能夠進(jìn)行不同網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)間通信，從而提高ZigBee網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)包，提供鑒權(quán)和認(rèn)證，確保不同應(yīng)用滿足自身安全特性。（3）可靠性高。選用物理跳頻技術(shù)，若網(wǎng)絡(luò)通信擁堵難以正常手法數(shù)據(jù)，那么ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以切換到空閑信道中，從而提高抗干擾性。APS實(shí)現(xiàn)應(yīng)答回復(fù)功能，若沒有得到應(yīng)答，則需要重新傳送。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

無線聯(lián)網(wǎng)門鎖系統(tǒng)設(shè)備包括發(fā)卡器、無線聯(lián)網(wǎng)門鎖、無線基站以及上位機(jī)等，具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(jī)之間的有線網(wǎng)絡(luò)，通過TCP/IP協(xié)議通信，第二部分是門鎖和基站之間的無線網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)一接口，整合系統(tǒng)平臺，快速獲取所需數(shù)據(jù)，提高通信效率，第三部分是移動終端和上機(jī)位之間的wifi網(wǎng)絡(luò)，通過wifi網(wǎng)絡(luò)相互連接，并完成管理、查詢等工作。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 基站設(shè)計(jì)

作為重要的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，無線基站起到樞紐的作用，實(shí)現(xiàn)ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)對轉(zhuǎn)換，具備通信協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)交互以及無線組網(wǎng)等功能，具體包括儲存模塊、電源模塊、微控制器以及以太網(wǎng)轉(zhuǎn)串口模塊。無線基站向下作為ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，主要用于負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收發(fā)工作，向上作為上機(jī)位的通信渠道，獲取管理系統(tǒng)命令，并發(fā)送到無線門鎖，上傳進(jìn)出記錄、狀態(tài)等信息，確保管理軟件可以對無線門鎖狀況予以實(shí)時監(jiān)控[2]。

3.2 無線聯(lián)網(wǎng)門鎖設(shè)計(jì)

可以說，無線聯(lián)網(wǎng)門鎖不僅要涵蓋機(jī)械門鎖的功能，還應(yīng)該兼具數(shù)據(jù)通信功能，為此，無線門鎖硬件組成主要包括指示模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、儲存模塊、RFID讀卡模塊、RTC實(shí)時時鐘模塊、電源模塊、微控制器等，具體如圖2所示。

無線聯(lián)網(wǎng)門鎖供電選擇4節(jié)干電池，模塊應(yīng)用HT7333芯片，負(fù)責(zé)系統(tǒng)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(diǎn)。電機(jī)驅(qū)動模塊運(yùn)用程序控制端口，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動電機(jī)的輸電工作，通過鎖芯轉(zhuǎn)軸，完成開關(guān)門任務(wù)。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?yàn)槲⒖刂破髯罡咻敵鲭妷簽?.3V，難以完全截止PNP三極管，為此，本設(shè)計(jì)再加設(shè)NPN三極管，基于對其NPN控制而實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)緊湊的同時發(fā)射功率不受影響。RTC實(shí)時時鐘選用PCF8563日歷芯片，供電來源為紐扣電池，用過計(jì)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(shù)據(jù)線和SCL時鐘線對其予以通信。儲存模塊為EEPROM，實(shí)現(xiàn)重要數(shù)據(jù)的保存，包括進(jìn)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(shí)際的情況發(fā)出不同的信息[3]。

電源管理中的CC2530，共計(jì)有五種運(yùn)行模式，主要包括PM1、PM2、PM3、空閑模式以及主動模式。結(jié)合不同的使用需求，切換不同的運(yùn)行模式，以期達(dá)到更好的系統(tǒng)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(yùn)行模式后，外設(shè)模塊將會暫時關(guān)閉，提高系統(tǒng)性能。優(yōu)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)交互，完成指定動作，結(jié)束后，更改為PCON=0x01，進(jìn)入休眠模式，等待喚醒。

4 結(jié)語

綜上所述，本文在分析了ZigBee技術(shù)之后，提出了基于ZigBee的無線聯(lián)網(wǎng)門鎖設(shè)計(jì)，具有安全性高、穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)勢，并在此基礎(chǔ)上，大大降低系統(tǒng)功耗，能有效提升系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量，具有十分可觀的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1]王鑫，周孝華，李冬陽，等.基于ZigBee無線通訊技術(shù)的智能門鎖設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2015，（3）：304-305.

[2]熊磊，董奎勇，錢煒，等.基于ZigBee的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2009，（4）：242-245.

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