基于蓝牙的门禁系统

杨毯毯 姜琴 扈健玮

摘 要：随着科学技术的迅速发展[ 1 ]，人们已经进入了以互联网为核心的信息时代，近几年来无线通信技术也得到了快速的发展，无线通信技术几乎渗透到人们生活的方方面面，智能家居越来越受到青睐，与此同时，门锁的防盗功能和安全性也日益成为全球关注的话题，本论文将介绍一种基于蓝牙的门禁系统，克服了传统门锁开门繁琐，安全性低等缺点；为解决门锁的安全安全隐患奠定基础，具有广阔的市场前景。

关键词：蓝牙；无线通信；门禁系统

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

现代社会中，网络无线通信技术迅猛发展，门禁系统的安全性日益受到人们的重视，传统的门禁系统比如基于RFID的门禁系统，虽然开门操作简单，广泛应用于酒店[ 2 ]，但是安全性能较低，不能较好的达到防盗的目的；再如，基于单片机的门禁系统[ 3 ]，安全性能虽然比基于RFID的门禁系统有所提高，但是操作繁琐，功耗较大，不能满足节能减排的发展理念，应用领域较窄；而基于蓝牙的门禁系统克服了传统门禁系统的操作复杂、安全性能低、功耗大等缺点，以其操作方便、安全性能高、功耗低[ 4 ]、体积小、价格低廉、可以多路多个方向链接等特点，受到广大人民的青睐，具有广大的市场前景。

1 蓝牙技术

蓝牙技术是一种功耗较低的无线通信技术，它工作的频段是2.4G ISM，其高频特性使其抗干扰的能力较强，其信号传输距离可达10米，随着蓝牙技术的不断发展，目前，蓝牙技术的最新版本是蓝牙4.0，蓝牙4.0技术将高速蓝牙、传统蓝牙及低功耗蓝牙技术三种蓝牙技术规范合为一体，在成本低、功耗低、便于携带等基础之上，同时具有技术灵活，通信安全的特点，蓝牙技术高质量的通信安全性能，使之成为无线通信技术的主流通信技术。蓝牙技术的通信安全在于蓝牙通信协议[ 5-7 ]，其整个协议栈主要包括：高层应用模块，中间协议层模块，底层硬件模块三大模块（如图1所示：蓝牙协议栈结构）。

高层应用模块主要包括局域网访问、文件传输、拨号网络、耳机等模块；他们各自具有自己的应用模式，其应用程序可以通过各自对应的Profile进行无线通信[ 8 ]。拨号网络模块可通过RFCOMM仿真的串口来访问Piconet，数据设备也可以在此接入传统局域网；用户可以通过协议栈中的Audio层在耳塞和手机中实现音频流的无线传输，多台PC之间不需要任何连线[ 9 ]，便可灵活快速的传输文件，信息共享。

中间协议层模块主要由适应协议、服务发现协议、电话通信协议、逻辑链路控制和串口仿真协议RFCOMM。

底层硬件模块主要包括基带、链路管理及无线跳频。无线跳频通过2.4GHz，不需要授权的ISM频段的微波，可以实现数据位流的传输及过滤，该层协议定义了蓝牙收发器在2.4GHz频段正常工作时需要满足的要求，以此达到链路安全和控制的功能。

蓝牙的各个模块协议自顶而下的相互连接，相互协调，使蓝牙的整个系统模块能够安全工作。

2 门禁系统总体设计

新兴的门禁系统将移动设备终端作为开启门锁的钥匙，可以实现便利和安全的门禁体验。

门禁系统的认证包括用户移动终端的蓝牙安全配对和门禁的主控模块门禁控制器，其中，主控模块门禁控制器首先要发送需要认证的信息，然后用户端接收信息，并将信号进行反馈和身份验证；等待系统控制端的响应。

2.1 蓝牙的消息匹配

基于蓝牙的门禁系统的工作原理是：用户首先将移动终端的蓝牙模块通过蓝牙的安全协议与门禁建立可靠的连接，并设置用户所需的密码0110，当用户靠近门禁系统时，移动终端设备将自动和门禁系统匹配建立连接，此时，门禁系统会发送消息验证请求，等待验证消息，这时用户只要打开移动终端上的蓝牙模块，输入预先设定的开锁密码0110，与门禁系统进行消息匹配，进行身份的验证，身份验证成功后，门锁便会自动开启。如果移动终端上所输入的密码不是预先设定的密码0110，移动终端上将会显示密码错误，门禁系统也会报错，门锁将继续保持锁定状态，门锁开启失败（系统整体设计图如图2）。

2.2 系统硬件设计

门禁系统主要包括三大模块：CSR8645蓝牙模块、电磁锁模块和中央处理器ATmegal16A模块。

中央处理器ATmegal16A模块的功能主要是对信息进行加密操作和完成用户的身份验证。它是一种高性能、低功耗的8位AVR微处理器，其运行速度较快，工作在16MHz的频段时吞吐量高达16MIPS，执行指令的时间是单个时钟周期，具有2个独立预分频、比较模式的8位定时器/计数器、独立晶振的实时计时器，支持扩展的片内调试功能，存储性能较持久。

CSR8645蓝牙模块主要短距离的数据无线传输领域，方便与PC机的蓝牙设备连接，两个模块之间可以数据互通，本设计的无线通信模块选用蓝牙CSR8645模块，支持mSBC解码和语音识别、支持近距离连接和匹配，具有线性稳压器，支持SPI编程接口，可以完成信息的验证。该通信模块由系统供电，当蓝牙CSR8645检测模块和移动终端建立连接后，就把连接到的消息传递到中央控制器ATmegal16A，中央控制器ATmegal16A将接收到的信息验证后，将验证的信息反馈到蓝牙CSR8645通信模块，蓝牙通信模块再将接收到的验证消息与门禁系统进行消息的匹配，匹配成功后，中央控制器向门禁系统发送开启门禁的信号，完成门禁系统的开启，如果验证失败，中央控制器就不会向门禁系统发送任何消息，门禁系统将保持之前的状态，从而提高门禁系统的安全性。

3 结语

本篇论文通过了解门禁系统的国内外研究现状，在信息时代的背景下，分析了门禁系统的发展前景和市场需求，设计了一款基于蓝牙的门禁系统[ 10-12 ]，实现了移动终端之间的连接和门禁系统的安全验证，克服了传统门禁系统开门繁琐、安全性低等缺点，通过中央控制器、蓝牙CSR8645等模块有效增强的门禁系统的安全性，用户出门再也不需要携带钥匙或者ID识别卡，只需携带手机，就可以方便的实现门禁系统的开关，大大减少了开门所需的时间。具有广阔的市场前景。

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