基于智能手机的门禁控制系统设计

高育宾 赵婧 魏彬 万依丹

摘 要：文章结合智能手机的广泛应用性及智能性特征，设计了一款基于智能手机的NFC门禁控制系统，研究了系统总体架构、工作原理、关键技术、软件设计及系统功能等内容，以期促进智能手机在门禁控制系统中的应用，实现更高程度的门禁管理智能化。

关键词：智能手机；NFC；门禁控制系统

1 系统需求

1.1业务需求

将智能手机与门禁控制系统结合起来，可更加方便人们快速开门，同时还可向用户的手机端推送小区物业发出的停水、停电、缴费等信息，为人们的生活提供更大便利。

1.2系统要求

（1）可靠性。这主要是指确保用户在使用WiFi、移动通信网络等不同通信方式连接智能手机时，都能与门禁控制系统保持良好连接，并能够使网络异常断开后保存已经发送的数据信息，以及传递信息的准确性和可靠性。

（2）低功耗。本系统的设计应确保系统无信息发送时使手机端处于休眠状态，保持低功耗。

（3）实时性。在客户端联网时，系统应检测服务器端是否有实时性信息，确保信息的及时准确送达[1]。

2 系统总体设计

2.1系统工作原理

本文所设计的基于智能手机的近距离无线通信技术（Near Field Communication，NFC）门禁系统主要由主控制系统、电动门锁、NFC读卡器监控终端和后台云服务器组成，其总体架构如图l所示。图1基于智能手机的NFC智能门禁控制系统总体架构

如图1所示，在整个系统中，门禁主控制系统控制借助于RFID扫面识别手机终端，进行双向数据交互，验证并获取用户信息。获取信息后通过485的总线，采用Modbus-RTU协议将各个门禁的用户信息上传给控制PC机上，PC机通过网络将数据备份到云端，并做数据的实时验证，将验证结果返回给电脑，然后电脑通过485总线发送开门信息给门禁主系统。

系统工作原理实际上就是借助于NFC读卡器，对手机终端ID号进行识别，并借助于RS485总线向PC机传输指令，PC机再借助于网络将数据传输到后台云服务器，云服务器进行数据存储并完成数据校验，将校验结果发回PC机，PC机通过RS485总线发送给读卡器，控制读卡器进行开锁[2]。

2.2系统关键技术

2.2.1 NFC读卡器

NFC是一种短距离无线通信技术标准，它在单一芯片上集成了非接触式读卡器、非接触式智能卡和点对点等功能，传输速率在106～848 kbit/s。NFC可以满足任何两个无线设备间的数据交换，只要将两个NFC设备靠拢，它们便会自动启动网络通信功能，用户无需另行设定安装程序，便可实现非接触式移动支付、身份识别等多种功能。本系统中，NFC读卡器主控制芯片为STM32F103，是一款成本低、功耗低、性能高比的ARMCortex-M3内核单片机，64 K片内RAM拥有3路SPI接口，2路I2S接口，2路I2C接口，5路USART。主控制器通过串口和NFC读卡芯片连接，数据通信采用串口指令形式。

2.2.2 RS485电路和液晶显示

本系统采用的是美信半导体公司的MAX13085型号485串口信号转换芯片。液晶显示采用LCD6100的彩色显示屏，图形驱动芯片为飞利浦公司的PCF8833，工作电压为3.3 V。

2.2.3后台云服务器

本系统的Web服务器选择通过Apache+PHP+Mysql组合。系统采用B/S体系结构，利用Mysql实现数据库服务器，利用PC客户端作为客户端。主要记录客户的开门时间、建立客户账户有效时间。

3 系统软件设计

系统通电后做喂狗处理，避免系统程序软件死机，应确保系统可通过软件实现程序复位，确保系统的运行稳定性。完成后同上位机进行485通信协议处理，保持通信连接。在刷卡处理程序环节中，若刷卡成功则显示刷卡信息，该信息通过485传输到上位机，待上位机验证成功后，执行对门锁的开关控制，其流程如图2所示[3]。

4 系统功能设计与实现

4.1用户管理模块

用户管理模块主要是对系统的不同用户进行管理，為不同用户设定其在系统中的不同权限。本系统设计了3种用户权限，即普通用户、普通管理员、超级管理员。普通用户主要为使用手机客户端的用户，此类型的用户只可对发布信息进行查看，以及修改自己账户的密码、下载APP。普通管理员可对数据库中的用户进行操作，增加新用户，删除消息，以及更新、查询、录入用户信息、小区设备信息，向用户发布消息等。超级管理员可以指定普通管理员账号，分配普通管理员任务，可使用系统各种功能进行数据库维护等。同时，需由普通管理员和超级管理员共同负责消息发布及审核工作[4]。

4.2用户登录模块

在登录界面，用户及管理员都需输入正确的用户名和密码，并提交表单，在服务器端验证通过并且将用户名和密码存储到数据库中，用户便可进入到管理界面，执行其相应权限下的不同操作。为有效保护用户的账号、密码不被盗取，系统采取MD5加密处理方法，用户登录系统时，使用Session机制保存用户账户信息，用户可不必反复输入密码登录系统，用户退出系统时，调用Session destory函数系统，销毁之前建立的Ses sion，避免其他人非法利用Session进入系统。

4.3消息管理模块

消息管理主要是指系统消息的发布与审核、己失效消息的删除工作。管理员具有访问消息发布模块的权限，管理员通过系统的发布消息入口，登录到消息发布页面，编辑消息，并选择具体的推送消息模式，可以自定义发送时间，也可尽快发送，消息将实时推送到用户的智能手机中。消息通过管理员的发布程序处理后，若没能成功发送，消息则显示待审核状态，此时需要消息审核管理员对将要发送的消息进行审核，审核通过后，消息将被推送到手机客户端上；若审核未通过，管理员需填写未通过原因，让消息发布管理员参考修改。同时，消息审核管理员可以对审核未通过的消息进行删除操作。

4.4用户状态模块

用户状态主要是指对用户的在线状态进行监控。管理员登录系统后，通过系统后台查看用户是否在线，可选择某一用户进行消息发送。在该模块，管理员可通过两种形式查看用户状态：（1）查看全部用户，包括在线的和不在线的；（2）只显示在线用户。发送消息时，管理员可直接选择全部在线用户进行消息推送，在线用户便可实时收到服务器端推送的消息。

4.5前台显示的实现

普通用户及未在系统注册过账户的游客，都可通过本系统快速开门，也可通过前台显示界面了解一些新闻信息内容。普通用户在登录系统后，可以查看到所接收到的消息，并且能够查看新闻信息，了解本区域内的最新消息，以及小区内的一些最新的活动。而游客不能查看服务器发送的通知消息，只能够查看新闻类消息。

[参考文献]

[1]邹大鹏，王鑫.一种智能门禁系统[P]广东：CN206058321U，2017-03-29.

[2]陈炼，许楠，张勇一种智能门禁的控制方法、装置及系统[P].北京：CN106504391A，2017-03-15

[3]朱矩龙.智能门禁系统设计要点探讨[J].科技与创新，2015 （14）：121-122

[4]周俊妩.智能门禁系统硬件结构的选择与设计研究[J]价值工程，2011（2）：181