CN105957198A - 一种基于NFC和ZigBee的门禁控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于NFC和ZigBee的门禁控制系统。该系统包括：NFC模块、蓝牙模块、中央处理器、ZigBee模块以及移动终端；NFC模块、蓝牙模块以及ZigBee模块均与中央处理器连接；移动终端，用于通过NFC模块向中央处理器发送验证信息，并在通过验证且激活ZigBee模块后，通过蓝牙模块向中央处理器发送控制信号；中央处理器，用于对验证信息与预存储的验证信息进行匹配，并根据匹配结果开启门禁、激活ZigBee模块；将控制信号发送至ZigBee模块，以使ZigBee模块根据控制信号控制对应家用电器。本发明通过在门禁控制系统中引入NFC和ZigBee，以使移动终端能够控制门禁和家用电器，达到在提高安全性和用户体验的同时，实现系统多功能化的目的。
Description
技术领域
本发明涉及安防设备技术领域，具体涉及一种基于NFC和ZigBee的门禁控制系统。
背景技术
现有门禁系统一般基于RFID(射频识别技术)研制而成，由四个部分组成，应答器(又称电子标签、射频卡)、阅读器(又称读写器、读卡器)，控制单元和执行机构，其基本组成如图1所示。应答器，应置于要识别的物体上或是由个人携带；阅读器可以具有读或读、写的功能。由于读写器同射频卡之间通过无线方式通讯，因此它们都有无线收发模块及天线(或感应线圈)。
RFID应用系统的基本工作原理是当读写器的射频场范围中出现非接触式IC卡，由于电磁感应产生感应电流，射频卡中的天线将获得的感应电流经升压电路为芯片提供工作电压,同时通过射频前端电路从带信息的感应电流中检得数字信号并送入逻辑控制电路，处理射频卡中的信息；卡片从存储器中获取回复的信息并经由逻辑控制电路送回射频前端电路,然后通过天线回送给读写器。当持卡者进入读写器的读卡范围时，读写器读卡，控制单元接收读写器传过来的射频卡信息，然后进行判断处理(如这张卡是否是有效卡，是否在可用的时间范围内，是否有开这扇门的权限等)，处理完成后，智能门禁控制器对门锁进行相关动作，并且把处理的结果进行内部统一记录，并且传给存储器作为历史纪录，供以后查询。
普通RFID允许通信距离长约几米到几十米，在通信过程中信息容易被不法分子，黑客篡改甚至盗取，另外，RFID一般适用于一对多，多对多的通信，且频率段丰富，进一步增加了门禁系统的不稳定性，在通信过程中容易被其他相同频率段的设备干扰导致出错；而且普通RFID产品只拥有门禁一个功能，不符合市场对物联网化的需求。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种基于NFC和ZigBee的门禁控制系统，具有在提高安全性和用户体验的同时，实现系统多功能化的优点。
本发明提出了一种基于NFC和ZigBee的门禁控制系统，包括：NFC模块、蓝牙模块、中央处理器、ZigBee模块以及移动终端；
所述NFC模块、所述蓝牙模块和所述ZigBee模块均与所述中央处理器连接；
所述移动终端，用于通过所述NFC模块向所述中央处理器发送验证信息，并在通过验证且激活所述ZigBee模块后，通过所述蓝牙模块向所述中央处理器发送控制信号；
所述中央处理器，用于对所述验证信息与预存储的验证信息进行匹配，并根据匹配结果开启门禁、激活所述ZigBee模块；将所述控制信号发送至ZigBee模块，以使所述ZigBee模块根据所述控制信号控制对应家用电器。
优选地，系统还包括：GPRS模块；
所述GPRS模块与所述中央处理器连接；
相应地，所述中央处理器，还用于根据匹配结果生成通知或警告指令，并将所述通知或警告指令发送至所述GPRS模块，以使所述GPRS模块根据所述通知或警告指令向所述移动终端发送通知或警告提醒信息。
优选地，系统还包括：执行机构；
所述执行机构与所述中央处理器连接；
相应地，所述中央处理器，还用于根据匹配结果生成门禁开启指令，并将所述门禁开启指令发送至所述执行机构，以使所述执行机构根据所述门禁开启指令执行开启门禁动作。
优选地，所述控制信号包括：第一控制信号；
相应地，所述ZigBee模块，还用于根据所述第一控制信号控制对应家用电器。
优选地，所述控制信号包括：第二控制信号；
相应地，所述中央处理器，还用于根据所述第二控制信号对预存储的验证信息进行修改。
优选地，所述NFC模块，还用于对所述移动终端发送的验证信息进行加密。
优选地，所述移动终端为智能手机；
所述智能手机通过安装在其中的APP分别与所述NFC模块和所述蓝牙模块连接。
优选地，所述智能手机，还用于在发送控制信号之前，通过蓝牙向所述蓝牙模块发送配对信息；
相应地，所述蓝牙模块，还用于对所述配对信息和预存的配对信息进行匹配，并根据所述匹配结果完成与所述智能手机的配对，以允许该智能手机向所述中央处理器发送控制指令。
优选地，所述中央处理器为MKS2560单片机。
优选地，该系统还包括：供电模块；
所述供电模块分别连接所述NFC模块、所述蓝牙模块、所述中央处理器、所述ZigBee模块以及GPRS模块。
由上述技术方案可知，本发明提出的基于NFC和ZigBee的门禁控制系统，通过在门禁控制系统中引入NFC和ZigBee，以使移动终端能够控制门禁和家用电器，达到在提高安全性和用户体验的同时，实现系统多功能化的目的。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1示出了现有技术中门禁系统的结构示意图；
图2示出了本发明一实施例提供的基于NFC和ZigBee的门禁控制系统的结构示意图；
图3示出了本发明另一实施例提供的基于NFC和ZigBee的门禁控制系统的结构示意图；
图4示出了本发明一实施例提供的基于NFC和ZigBee的门禁控制系统中激活ZigBee模块的操作示意图；
图5示出了本发明一实施例提供的基于NFC和ZigBee的门禁控制系统中控制家用电器的操作示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图2为了本发明一实施例提供的基于NFC和ZigBee的门禁控制系统的结构示意图，参照图2，该系统包括：NFC模块120、蓝牙模块130、中央处理器140、ZigBee模块150以及移动终端110；
所述NFC模块120、所述蓝牙模块130和所述ZigBee模块150均与所述中央处理器140连接；
需要说明的是，移动终端110和NPC模块120可以通过p2p通信，移动终端110和蓝牙模块130可以通过无线通信；
所述移动终端110，用于通过所述NFC模块120向所述中央处理器140发送验证信息，并在通过验证且激活所述ZigBee模块后，通过所述蓝牙模块向所述中央处理器发送控制信号；
所述中央处理器，用于对所述验证信息与预存储的验证信息进行匹配，并根据匹配结果开启门禁、激活所述ZigBee模块；将所述控制信号发送至ZigBee模块，以使所述ZigBee模块根据所述控制信号控制对应家用电器(电灯，温湿度计，空气净化器等)。
可理解的是，中央处理器中预存有验证信息，若移动终端输入的验证信息和预存的验证信息相匹配，则开启门禁，并激活ZigBee模块，以使移动终端能够发送由ZigBee模块执行的控制指令，实现移动终端控制家用电器的目的，若验证信息和预存的验证信息不匹配，则重新输入。
综上所述，本发明通过在门禁控制系统中引入NFC模块和ZigBee模块，以使移动终端能够控制门禁和家用电器，达到在提高安全性和用户体验的同时，实现系统多功能化的目的。
图3为本发明另一实施例提供的基于NFC和ZigBee的门禁控制系统的结构示意图，参照图3可知，系统还包括：GPRS模块；
所述GPRS模块与所述中央处理器连接；
相应地，所述中央处理器，还用于根据匹配结果生成通知或警告指令，并将所述通知或警告指令发送至所述GPRS模块，以使所述GPRS模块根据所述通知或警告指令向所述移动终端发送通知或警告提醒信息。
本实施例中，系统还包括：执行机构；
所述执行机构与所述中央处理器连接；
相应地，所述中央处理器，还用于根据匹配结果生成门禁开启指令，并将所述门禁开启指令发送至所述执行机构，以使所述执行机构根据所述门禁开启指令执行开启门禁动作。
需要说明的是，智能手机通过APP分别与NFC模块和蓝牙模块连接，智能手机可通过p2p与NFC模块通信，通过无线(蓝牙或GPRS等)与蓝牙模块通信，执行机构、GPRS模块、NFC模块以及蓝牙模块均与中央处理器的串口连接；
本实施例中，所述控制信号包括：第一控制信号；
相应地，所述ZigBee模块，还用于根据所述第一控制信号控制对应家用电器。
本实施例中，所述控制信号包括：第二控制信号；
相应地，所述中央处理器，还用于根据所述第二控制信号对预存储的验证信息进行修改。
为了进一步提高系统的安全性，本实施例中，所述NFC模块，还用于对所述移动终端发送的验证信息进行加密；
本实施例中，所述移动终端为智能手机；
所述智能手机通过安装在其中的APP分别与所述NFC模块和所述蓝牙模块连接。
本实施例中，所述智能手机，还用于在发送控制信号之前，通过蓝牙向所述蓝牙模块发送配对信息；
相应地，所述蓝牙模块，还用于对所述配对信息和预存的配对信息进行匹配，并根据所述匹配结果完成与所述智能手机的配对，以允许该智能手机向所述中央处理器发送控制指令。
在一可行的实施例中，该系统还包括：供电模块；
所述供电模块分别连接所述NFC模块、所述蓝牙模块、所述中央处理器、所述ZigBee模块以及GPRS模块，以为所述NFC模块、所述蓝牙模块、所述中央处理器、所述ZigBee模块以及GPRS模块供电。
在一可行实施例中，为了优化系统提高系统的可升级性，本发明的中央处理器为MKS2560单片机；
可理解的是，MKS单片机具有多达54路数字输入输出，特别适合需要大量IO接口的设计。MKS2560的处理器核心是ATmega2560，同时具有54路数字I/O口(其中16路可作为PWM输出)，16路模拟输入，4路UART接口，一个16MHz晶体振荡器，一个USB口，一个电源插座，一个ICSP header和一个复位按钮。在AREF处增加了两个管脚SDA和SCL，支持I2C接口；增加IOREF和一个预留管脚，将来扩展板将能兼容5V和3.3V核心板。
本发明中将MKS2560作为门禁系统的中心控制单元，进行数据处理，信号传输。
一路UART口：接收来自SMC532的密码数据并与EEPROM中存储的密码数据进行匹配，判断门禁触发者的身份以进行接下来的处理。并且该口也向SMC532发送修改密码数据。
二路UART口：在判断完门禁触发者身份后，将储存在存储器的对应不同身份的控制SIM900A的AT指令发送给SIM900A模块，以使SIM900A模块发送短信通知或警告。
三路UART口：在判断完门禁触发者身份后，若是符合条件的人，则系统就通过三路UART口发送激活ZigBee模块的信息数据，使ZigBee主节点与分节点组网，这样门禁系统及手机APP就能控制家中电器了。
四路UART口：与作为从机的HC-05蓝牙模块连接，接收来自手机APP的家电控制数据或者密码修改数据。
一路数字I/O口控制执行机构进行开门关门动作。
与电源模块相连，为单片机提供电源。
EEPROM(电可擦可编程只读存储器)中保存有事先输入的密码(验证信息)，也可以通过手机APP对其中的密码进行修改。
在一可行实施例中，为了优化系统，本发明的NFC模块优选为SMC532模组；
需要说明的是，SMC532是一个高度集成的NFC非接触读写模块，它拥有ARM-M3微控制器内核，集成了13.56MHz下的各种主动/被动式非接触通信方法和协议，支持6种不同的工作模式：支持ISO/IEC14443A/MIFARE@机制、支持FeliCa机制、支持ISO/IEC 14443B机制。它本身带有高度集成的模拟电路，解调和译码响应，输出缓冲驱动器通过最少量的外部无源器件连接天线，集成了RF场检测器，集成了数据模式检测器，支持ISO/IEC14443A，MIFARE@，只在读写器模式中支持ISO/IEC14443B。其在读写器模式中时典型工作距离超过50mm，而具体距离则由天线尺寸、调谐和电源决定,而在卡操作模式中典型工作距离约为100mm,具体距离则是由天线尺寸、调谐和外部场强度决定。SMC532支持主机接口有三类:SPI接口、I2C接口、高速串行UART(HSU)接口,它具有灵活的中断模式,低功耗模式、硬件掉电模式、软件掉电模式,当器件处于掉电模式时能够通过I2C、HSU和SPI接口自动唤醒。
本发明中将SMC532作为门禁系统的识别芯片通过NFC接受手机传送来的密码数据用来判定身份。
与开关电源相连，为模块提供电源。
与MKS2560的一路UART口相连，传送密码数据。
与外接天线连接。
在一可行实施例中，为了优化系统，本发明的ZigBee模块优选为CC2530；
ZigBee CC2530是基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。ZigBee的技术特性决定它将是无线传感器网络的最好选择，广泛用于物联网，自动控制和监视等诸多领域。CC2530是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统(SoC)解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。CC2530结合了领先的RF收发器的优良性能，业界标准的增强型8051CPU，系统内可编程闪存，8-KBRAM和许多其它强大的功能。
本发明中将CC2530用作使门禁系统控制家庭电器的芯片，通过在家中布设ZigBee节点，使远距离自动控制家电变得高效，便捷。同时，光敏电阻及湿温度计的加入使家电的控制智能化。
通过5V与GND口与开关电源相连，为模块提供电源。
与MKS2560的三路UART口连，接收MKS2560数据用以激活组网。
节点的数字I/O口通过控制继电器控制家庭电器。
在一可行实施例中，为了优化系统，本发明的GPRS模块优选为SIM900A；
需要说明的是，SIM900A是紧凑型、高可靠性的无线模块，采用SMT封装的双频GSM/GPRS模块解决方案，采用功能强大的处理器ARM9216EJ-S内核。SIM900A采用省电技术设计，在SLEEP模式下最低耗流只有1mA。此外，该模块内嵌TCP/IP协议，扩展的TCP/IP命令让用户能够很容易使用TCP/IP协议，这些在用户做数据传输方面的应用时非常有用。
本发明中系统通过SIM900A向用户发送短信通报提示，警告信息。
通过5V与GND口与开关电源相连，为模块提供电源。
TXD/RXD口与MKS2560的二路UART口相连，接收MKS2560的AT指令以发送短信。
在一可行实施例中，为了优化系统，本发明的蓝牙模块优选为HC-05蓝牙串口模块；
需要说明的是，HC-05是一款主从一体蓝牙串口模块。可用于各种带蓝牙功能的电脑、蓝牙主机、手机、PDA、PSP等智能终端配对。它具有宽波特率范围4800～1382400，并且模块兼容单片机系统。
本发明中系统通过蓝牙HC-05模块接收用户手机的密码修改操作及控制家电操作。
VCC与GND口分别与MKS2560上的5V与GND口相连，为模块提供电源。
TXD/RXD口与MKS2560的四路UART口(RXD3/TXD3)相连，用于接收手机APP发送过来的电器控制信号与密码修改信号。
图4为本发明一实施例提供的基于NFC和ZigBee的门禁控制系统中激活ZigBee模块的操作示意图，参照图4，
NFC模块接收来自手机APP的验证信息(密码数据)；
对验证信息进行加密，并将加密后的验证信息发送至单片机，由单片机根据预存的验证信息对手机APP的验证信息进行匹配，并判断是否匹配；
若是，则门禁开启，并激活ZigBee模块；
若否，则重新输入，并记录不匹配的次数，若不匹配次数连续达到三次则通过GPRS模块向手机发送警告短信；
ZigBee模块被激活后，将根据接收的传感器发送的检测信息，判断室内是否明亮，若是则不开启电灯，若否，则开启电灯。
可理解的是，在家庭中，验证信息并不止一个人知道，以爸爸、妈妈和孩子都知道为例，若爸爸使用手机发送验证信息，则GPRS模块将发送短信给爸爸，若妈妈使用手机发送验证信息，则GPRS模块将发送短信给妈妈。
图5为本发明一实施例提供的基于NFC和ZigBee的门禁控制系统中控制家用电器的操作示意图，参照图5；
ZigBee模块被激活后，手机APP向蓝牙模块发送控制信号，由蓝牙模块将控制信号发送至单片机；
单片机对控制信号进行解析，获取其中的内容，以及需要执行的动作，并生成相应的控制指令，并将其发送至ZigBee模块，以使ZigBee模块根据控制指令执行相应地动作；
以控制室内电灯和修改密码为例：控制信号为“f”，则修改孩子的密码(验证信息)；控制信号为“m”，则修改妈妈的密码；控制信号为“c”，则修改爸爸的密码；控制信号为“1”，则开/闭一层电灯；控制信号为“2”，则开/闭二层电灯；控制信号为“3”，则开/闭三层电灯。
综上所述，本发明具有以下优点：
1.将NFC近场通信与门禁结合，通过手机APP就能实现打开门禁的功能，免去钥匙，射频门禁卡的繁琐。NFC作为无线通信领域的新宠,有着其巨大的优势与应用前景，由于采用了特有的衰减技术，传输距离更小，但更安全、便捷，NFC能实现真正意义上的双向的设备对等连接通信，而RFID可能更多的是单方面的读卡或写入操作。
2.GPRS与移动终端的通信让人随时获得门禁的动态。
3.ZigBee使门禁系统能控制所有家电，让门禁变得多功能，是智能家居集成化。
本申请还具有以下特点
①低功耗:由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,因此ZigBee设备非常省电。
②成本低:ZigBee模块的成本在1.5～2.5美元左右,并且ZigBee协议是免专利费的。因素。
③时延短:通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,典型的搜索设备时延为30ms,休眠激活的时延是15ms,活动设备信道接入的时延为15ms。
④网络容量大:一个星型结构的ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备,而且网络组成灵活。
⑤可靠:采取了碰撞避免策略,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式,每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。
⑥安全:ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证,采用了ES-128的加密算法,各个应用可以灵活确定其安全属性。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种基于NFC和ZigBee的门禁控制系统，其特征在于，包括：NFC模块、蓝牙模块、中央处理器、ZigBee模块以及移动终端；
所述NFC模块、所述蓝牙模块和所述ZigBee模块均与所述中央处理器连接；
所述移动终端，用于通过所述NFC模块向所述中央处理器发送验证信息，并在通过验证且激活所述ZigBee模块后，通过所述蓝牙模块向所述中央处理器发送控制信号；
所述中央处理器，用于对所述验证信息与预存储的验证信息进行匹配，并根据匹配结果开启门禁、激活所述ZigBee模块；将所述控制信号发送至ZigBee模块，以使所述ZigBee模块根据所述控制信号控制对应家用电器。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，系统还包括：GPRS模块；
所述GPRS模块与所述中央处理器连接；
相应地，所述中央处理器，还用于根据匹配结果生成通知或警告指令，并将所述通知或警告指令发送至所述GPRS模块，以使所述GPRS模块根据所述通知或警告指令向所述移动终端发送通知或警告提醒信息。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，系统还包括：执行机构；
所述执行机构与所述中央处理器连接；
相应地，所述中央处理器，还用于根据匹配结果生成门禁开启指令，并将所述门禁开启指令发送至所述执行机构，以使所述执行机构根据所述门禁开启指令执行开启门禁动作。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制信号包括：第一控制信号；
相应地，所述ZigBee模块，还用于根据所述第一控制信号控制对应家用电器。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制信号包括：第二控制信号；
相应地，所述中央处理器，还用于根据所述第二控制信号对预存储的验证信息进行修改。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述NFC模块，还用于对所述移动终端发送的验证信息进行加密。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述移动终端为智能手机；
所述智能手机通过安装在其中的APP分别与所述NFC模块和所述蓝牙模块连接。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述智能手机，还用于在发送控制信号之前，通过蓝牙向所述蓝牙模块发送配对信息；
相应地，所述蓝牙模块，还用于对所述配对信息和预存的配对信息进行匹配，并根据所述匹配结果完成与所述智能手机的配对，以允许该智能手机向所述中央处理器发送控制指令。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中央处理器为MKS2560单片机。
10.根据权利要求1-9任一项所述的系统，其特征在于，该系统还包括：供电模块；
所述供电模块分别连接所述NFC模块、所述蓝牙模块、所述中央处理器、所述ZigBee模块以及GPRS模块。
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