基于智能手機的門禁控制系統(tǒng)設(shè)計

高育賓 趙婧 魏彬 萬依丹

摘 要：文章結(jié)合智能手機的廣泛應(yīng)用性及智能性特征，設(shè)計了一款基于智能手機的NFC門禁控制系統(tǒng)，研究了系統(tǒng)總體架構(gòu)、工作原理、關(guān)鍵技術(shù)、軟件設(shè)計及系統(tǒng)功能等內(nèi)容，以期促進(jìn)智能手機在門禁控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，實現(xiàn)更高程度的門禁管理智能化。

關(guān)鍵詞：智能手機；NFC；門禁控制系統(tǒng)

1 系統(tǒng)需求

1.1業(yè)務(wù)需求

將智能手機與門禁控制系統(tǒng)結(jié)合起來，可更加方便人們快速開門，同時還可向用戶的手機端推送小區(qū)物業(yè)發(fā)出的停水、停電、繳費等信息，為人們的生活提供更大便利。

1.2系統(tǒng)要求

（1）可靠性。這主要是指確保用戶在使用WiFi、移動通信網(wǎng)絡(luò)等不同通信方式連接智能手機時，都能與門禁控制系統(tǒng)保持良好連接，并能夠使網(wǎng)絡(luò)異常斷開后保存已經(jīng)發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，以及傳遞信息的準(zhǔn)確性和可靠性。

（2）低功耗。本系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)確保系統(tǒng)無信息發(fā)送時使手機端處于休眠狀態(tài)，保持低功耗。

（3）實時性。在客戶端聯(lián)網(wǎng)時，系統(tǒng)應(yīng)檢測服務(wù)器端是否有實時性信息，確保信息的及時準(zhǔn)確送達(dá)[1]。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1系統(tǒng)工作原理

本文所設(shè)計的基于智能手機的近距離無線通信技術(shù)（Near Field Communication，NFC）門禁系統(tǒng)主要由主控制系統(tǒng)、電動門鎖、NFC讀卡器監(jiān)控終端和后臺云服務(wù)器組成，其總體架構(gòu)如圖l所示。圖1基于智能手機的NFC智能門禁控制系統(tǒng)總體架構(gòu)

如圖1所示，在整個系統(tǒng)中，門禁主控制系統(tǒng)控制借助于RFID掃面識別手機終端，進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交互，驗證并獲取用戶信息。獲取信息后通過485的總線，采用Modbus-RTU協(xié)議將各個門禁的用戶信息上傳給控制PC機上，PC機通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)備份到云端，并做數(shù)據(jù)的實時驗證，將驗證結(jié)果返回給電腦，然后電腦通過485總線發(fā)送開門信息給門禁主系統(tǒng)。

系統(tǒng)工作原理實際上就是借助于NFC讀卡器，對手機終端ID號進(jìn)行識別，并借助于RS485總線向PC機傳輸指令，PC機再借助于網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_云服務(wù)器，云服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲并完成數(shù)據(jù)校驗，將校驗結(jié)果發(fā)回PC機，PC機通過RS485總線發(fā)送給讀卡器，控制讀卡器進(jìn)行開鎖[2]。

2.2系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 NFC讀卡器

NFC是一種短距離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它在單一芯片上集成了非接觸式讀卡器、非接觸式智能卡和點對點等功能，傳輸速率在106～848 kbit/s。NFC可以滿足任何兩個無線設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換，只要將兩個NFC設(shè)備靠攏，它們便會自動啟動網(wǎng)絡(luò)通信功能，用戶無需另行設(shè)定安裝程序，便可實現(xiàn)非接觸式移動支付、身份識別等多種功能。本系統(tǒng)中，NFC讀卡器主控制芯片為STM32F103，是一款成本低、功耗低、性能高比的ARMCortex-M3內(nèi)核單片機，64 K片內(nèi)RAM擁有3路SPI接口，2路I2S接口，2路I2C接口，5路USART。主控制器通過串口和NFC讀卡芯片連接，數(shù)據(jù)通信采用串口指令形式。

2.2.2 RS485電路和液晶顯示

本系統(tǒng)采用的是美信半導(dǎo)體公司的MAX13085型號485串口信號轉(zhuǎn)換芯片。液晶顯示采用LCD6100的彩色顯示屏，圖形驅(qū)動芯片為飛利浦公司的PCF8833，工作電壓為3.3 V。

2.2.3后臺云服務(wù)器

本系統(tǒng)的Web服務(wù)器選擇通過Apache+PHP+Mysql組合。系統(tǒng)采用B/S體系結(jié)構(gòu)，利用Mysql實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，利用PC客戶端作為客戶端。主要記錄客戶的開門時間、建立客戶賬戶有效時間。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)通電后做喂狗處理，避免系統(tǒng)程序軟件死機，應(yīng)確保系統(tǒng)可通過軟件實現(xiàn)程序復(fù)位，確保系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。完成后同上位機進(jìn)行485通信協(xié)議處理，保持通信連接。在刷卡處理程序環(huán)節(jié)中，若刷卡成功則顯示刷卡信息，該信息通過485傳輸?shù)缴衔粰C，待上位機驗證成功后，執(zhí)行對門鎖的開關(guān)控制，其流程如圖2所示[3]。

4 系統(tǒng)功能設(shè)計與實現(xiàn)

4.1用戶管理模塊

用戶管理模塊主要是對系統(tǒng)的不同用戶進(jìn)行管理，為不同用戶設(shè)定其在系統(tǒng)中的不同權(quán)限。本系統(tǒng)設(shè)計了3種用戶權(quán)限，即普通用戶、普通管理員、超級管理員。普通用戶主要為使用手機客戶端的用戶，此類型的用戶只可對發(fā)布信息進(jìn)行查看，以及修改自己賬戶的密碼、下載APP。普通管理員可對數(shù)據(jù)庫中的用戶進(jìn)行操作，增加新用戶，刪除消息，以及更新、查詢、錄入用戶信息、小區(qū)設(shè)備信息，向用戶發(fā)布消息等。超級管理員可以指定普通管理員賬號，分配普通管理員任務(wù)，可使用系統(tǒng)各種功能進(jìn)行數(shù)據(jù)庫維護(hù)等。同時，需由普通管理員和超級管理員共同負(fù)責(zé)消息發(fā)布及審核工作[4]。

4.2用戶登錄模塊

在登錄界面，用戶及管理員都需輸入正確的用戶名和密碼，并提交表單，在服務(wù)器端驗證通過并且將用戶名和密碼存儲到數(shù)據(jù)庫中，用戶便可進(jìn)入到管理界面，執(zhí)行其相應(yīng)權(quán)限下的不同操作。為有效保護(hù)用戶的賬號、密碼不被盜取，系統(tǒng)采取MD5加密處理方法，用戶登錄系統(tǒng)時，使用Session機制保存用戶賬戶信息，用戶可不必反復(fù)輸入密碼登錄系統(tǒng)，用戶退出系統(tǒng)時，調(diào)用Session destory函數(shù)系統(tǒng)，銷毀之前建立的Ses sion，避免其他人非法利用Session進(jìn)入系統(tǒng)。

4.3消息管理模塊

消息管理主要是指系統(tǒng)消息的發(fā)布與審核、己失效消息的刪除工作。管理員具有訪問消息發(fā)布模塊的權(quán)限，管理員通過系統(tǒng)的發(fā)布消息入口，登錄到消息發(fā)布頁面，編輯消息，并選擇具體的推送消息模式，可以自定義發(fā)送時間，也可盡快發(fā)送，消息將實時推送到用戶的智能手機中。消息通過管理員的發(fā)布程序處理后，若沒能成功發(fā)送，消息則顯示待審核狀態(tài)，此時需要消息審核管理員對將要發(fā)送的消息進(jìn)行審核，審核通過后，消息將被推送到手機客戶端上；若審核未通過，管理員需填寫未通過原因，讓消息發(fā)布管理員參考修改。同時，消息審核管理員可以對審核未通過的消息進(jìn)行刪除操作。

4.4用戶狀態(tài)模塊

用戶狀態(tài)主要是指對用戶的在線狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。管理員登錄系統(tǒng)后，通過系統(tǒng)后臺查看用戶是否在線，可選擇某一用戶進(jìn)行消息發(fā)送。在該模塊，管理員可通過兩種形式查看用戶狀態(tài)：（1）查看全部用戶，包括在線的和不在線的；（2）只顯示在線用戶。發(fā)送消息時，管理員可直接選擇全部在線用戶進(jìn)行消息推送，在線用戶便可實時收到服務(wù)器端推送的消息。

4.5前臺顯示的實現(xiàn)

普通用戶及未在系統(tǒng)注冊過賬戶的游客，都可通過本系統(tǒng)快速開門，也可通過前臺顯示界面了解一些新聞信息內(nèi)容。普通用戶在登錄系統(tǒng)后，可以查看到所接收到的消息，并且能夠查看新聞信息，了解本區(qū)域內(nèi)的最新消息，以及小區(qū)內(nèi)的一些最新的活動。而游客不能查看服務(wù)器發(fā)送的通知消息，只能夠查看新聞類消息。

[參考文獻(xiàn)]

[1]鄒大鵬，王鑫.一種智能門禁系統(tǒng)[P]廣東：CN206058321U，2017-03-29.

[2]陳煉，許楠，張勇一種智能門禁的控制方法、裝置及系統(tǒng)[P].北京：CN106504391A，2017-03-15

[3]朱矩龍.智能門禁系統(tǒng)設(shè)計要點探討[J].科技與創(chuàng)新，2015 （14）：121-122

[4]周俊嫵.智能門禁系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的選擇與設(shè)計研究[J]價值工程，2011（2）：181