手机APP及指纹双模控制电梯门禁系统＊

周燕丽，陈浩佳，吴宇楠，黄锦钿，陈彦彬，廖兴展

（1.韩山师范学院 物理与电子工程学院，广东 潮州521041；2.揭阳职业技术学院，广东 揭阳522000）

大多数商品楼和酒店都有电梯门禁需求。目前电梯门禁一般都用IC卡控制，住户一人一卡，只能到达所在楼层，外人无法启动电梯。这种电梯门禁系统虽然安全，但仍有不便之处。使用IC卡控制电梯门禁的不便之处体现在以下4个方面：①当有客人来访时，住户主人需要下楼刷卡带客人上楼；②当IC卡忘记随身携带时，只能求助物业管理帮忙开启，既麻烦又费时；③物业管理难以对电梯使用状态统计分析，当出现故障时难以及时响应；④各楼层住户对电梯门禁的个性化需求难以调整。本文设计了新型电气电路和开发手机APP软件，以解决上述问题。

门禁系统和电梯控制系统是当前研究热点，最近出现不少先进应用案例。文献[1]分析了物联网技术在智能门禁系统中的应用。文献[2]基于百度云平台的人脸识别技术资源研发了一款智能门禁系统。文献[3]设计一种可实现数据的远程控制和管理的可视门禁系统。文献[4]对办公楼门禁系统与电梯系统的软件联动控制策略进行了分析及制定。然而，目前尚未出现针对远程电梯门禁控制系统的应用研究成果。

1 用户功能需求分析

管理员和住户对电梯门禁系统有不同功能需求。住户的功能需求相对比较简单。指纹模块能够识别住户身份，自动接通去往住户所在的楼层。住户手机APP可以远程控制所住楼层的电梯按键是否允许接通。

管理员手机APP客户端则需要包括三大功能：住户信息管理、楼层控制和电梯监测。住户信息管理主要管理住户的指纹信息，并对住户手机APP账号进行权限控制。住户只能控制所住楼层的门禁，而管理员则能够对电梯各楼层的门禁进行控制。电梯监测包括实时故障响应和历史状况查询两方面。当电梯发生故障时，故障信号将会输入到微处理器，并实时通过Wi-Fi模块发送到管理员手机APP。另外管理员还可以通过手机APP查询电梯历史使用状况。

2 系统总体框架

为满足管理员和住户对电梯门禁系统的功能需求，系统总体框架如图1所示。手机APP可以通过阿里云物联网平台发出控制指令送到Wi-Fi无线模块。微处理器读取来自Wi-Fi模块的数据，并采集和识别指纹模块的信息。微处理器连接继电器电路控制电梯内部去往各楼层的按键线路通断，从而控制电梯能够到达的楼层。电梯运行状态信号反馈到微处理器，并通过无线模块和阿里云平台传送到手机APP，手机APP可实时故障监控态和查询历史状态。在该系统中可选用STC12C5A60S2单片机作为微处理器。

图1系统总体框架

3 核心硬件电路

无线模块及指纹模块和微处理器的连接方式在文献[5-7]中已作介绍。连接微处理器与各楼层按键的继电器电路如图2所示。

S1代表某一层楼的按钮，S1一端与继电器1的常闭开关串联，另一端与继电器2的常开开关连接。继电器1的常闭开关与继电器2的常开开关均连接至公共端COM。继电器1、继电器2分别与三极管Q1、Q2的发射极串接，三极管Q1、Q2的基极分别与光耦U3、U5的三极管的一端连接，光耦U3、U5的发光二极管的一端与微处理器的IO口连接。IO口发出不同信号可以产生三种不同状态：自动接通去往该楼层、允许手动按键接通和禁止接通。

图2继电器电路

微处理器通过IO口连接光耦U5发光二极管一端，控制光耦三极管一端通断，进而控制三极管Q2导通与否，从而控制继电器2线圈是否得电以通断继电器2的常开触点，若继电器2常开触点闭合，则电梯系统X1连接到COM，产生去往该楼层的有效信号；若继电器常开触点断开，则电梯没有收到有效信号，不会自动去往该楼层，按电梯的内部按键才可去往目标楼层。

微处理器通过IO口连接光耦U3发光二极管一端，控制光耦三极管一端通断，进而控制三极管Q1的导通情况，从而控制继电器1线圈是否得电，以通断继电器1的常闭触点。若继电器常闭触点闭合，则电梯内部按键有效，允许手动按键接通；若继电器1常闭触点断开，则按键的线路被断开，无法通过该按键去往目标楼层，即禁止接通[5-7]。

4 结束语

本文设计了可以分别通过手机APP和指纹控制的电梯门禁系统，该系统可作为扩展模块对原电梯运行系统升级改造。系统通过Wi-Fi模块接入到阿里云物联网平台，实现手机APP远程控制，管理员可以通过终端设备对电梯管理和住户权限进行控制。通过和微处理器连接的继电器电路控制电梯内部去往各楼层的按键线路通断，从而控制电梯能够到达的楼层。