CN106780911A

CN106780911A - 一种门禁语音编码、解码系统及方法

Info

Publication number: CN106780911A
Application number: CN201611260123.4A
Authority: CN
Inventors: 陈云生; 周云旭; 赵书朵; 卢进悟; 吴盛荣; 张少军; 杨森
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2036-12-30
Also published as: CN106780911B

Abstract

一种门禁语音编码、解码方法包括Ⅰ.在服务器和门禁端系统预设相同的编码算法；Ⅱ.运用移动终端登录服务器并发出预约密匙请求信号；Ⅱ.服务器接收预约密匙请求信号，运用所述编码算法产生密匙；Ⅲ.服务器将密匙转换为二进制数据，并根据二进制数据进行音频载波2FSK调制处理，得到正弦波组成的预约音频密匙；Ⅳ.服务器向移动终端发送预约音频密匙；Ⅴ.移动终端接收到预约音频密匙后播放音频密匙输出语音信号；门禁端系统接收语音信号进行FSK解调得到初始密匙；门禁端系统运用初始密匙和所述编码算法，得到底层匹配码；底层匹配码与预设的底层匹配码相匹配。本发明通过音频解码的方式控制电控锁，安全性更高。

Description

一种门禁语音编码、解码系统及方法

技术领域

本发明涉及智能控制领域，特别涉及一种门禁语音编码、解码系统及方法。

背景技术

目前，市场上比较成熟的产品有密码、指纹、射频卡、语音识别、图像识别等技术方法开启的门锁，像这类门锁控制系统和方式安全性不高而且成本太高，而且此种的解锁方式是闭环的控制，需要进行通讯完成解锁验证，不能克服由于网路故障等原因而不能解锁的问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：解决门控锁控制的安全性问题和门禁端系统在无网络场景不能使用的问题。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种门禁语音编码、解码系统，包括：

移动终端：登录服务器并发出预约密匙请求信号；

服务器：接收预约密匙请求信号，产生密匙，将密匙转换为二进制数据，并根据二进制数据进行音频载波2FSK调制处理，得到正弦波组成的音频密匙；

所述移动终端：接收服务器发出的音频密匙，播放语音信号；

门禁端系统：接收服务器发出的密匙和移动终端发出的语音信号，将语音信号进行FSK解调得到初始密匙，然后将初始密匙与预设密匙进行比较；控制门禁的开启或者保持关闭。

更进一步的方案为：门禁端系统还包括语音采集模块二值化电路，语音采集模块二值化电路还连接有中央处理单元，中央处理单元还连接有485通信模块、TF储存卡和、电控锁、独立键盘、电源模块、语音输出模块和TFT显示屏。

更进一步的方案为：中央处理单元采用飞思卡尔的ARM处理器MK60DN512；语音输出模块采用ISD1760语音模块；所述移动终端为手机。

更进一步的方案为：语音采集模块包括芯片U7，芯片U7选用LM393，芯片U7的8脚连接有电源VCC，芯片U7的1脚连接有电阻R12，电阻R12的另一端连接电源VCC5.0，芯片U7的4脚接地，芯片U7的3脚作为输入端，芯片U7的2脚还通过电位器R14连接电源VCC5.0。

更进一步的方案为：所述电控锁与中央处理单元之间还连接有电控锁驱动，电控锁包括继电器U2和NPN三极管，继电器U2的线圈一端连接电源VCC5.0，继电器U2的线圈另一端连接NPN三极管的集电极，NPN三极管的发射极接地，NPN三极管的基级还连接电阻R10，电阻R10的另一端作为输入端，继电器U2的线圈两端还并联了二极管D4，二极管D4的阴极与电源VCC5.0C。

一种门禁语音编码、解码方法,,包括以下步骤:

Ⅰ.在服务器和门禁端系统预设相同的编码算法，并且在门禁端系统预设底层匹配码；

Ⅱ.运用移动终端登录服务器并发出预约密匙请求信号；

Ⅱ.服务器接收预约密匙请求信号，运用所述编码算法产生密匙；

Ⅲ.服务器将密匙转换为ASCII码，并根据ASCII码进行音频载波2FSK调制处理，得到由6KHz、8KHz正弦波组成的预约音频密匙；

Ⅳ.服务器向移动终端发送预约音频密匙；

Ⅴ.移动终端接收到预约音频密匙后播放音频密匙输出语音信号；门禁端系统接收语音信号进行2FSK解调得到ASCII码；将ASCII码转换成初始密匙，门禁端系统运用初始密匙和所述编码算法，得到底层匹配码；底层匹配码与预设的底层匹配码相匹配，门禁端系统控制门禁锁开启，不相匹配则保持锁闭状态。

更进一步的方案为：密匙包括四个字段，依次为字段A、字段B、字段C和字段D；字段B为日期数据；字段C为预约门禁的编号数据；字段D为登录账号数据。

更进一步的方案为：编码算法包括以下步骤：

1).随机产生字段A；字段A包括3位随机数，3位随机数依次为随机数a1，随机数a2和随机数a3，每位随机数的取值为一位英文字母字符或者一位整数；

2).将随机数a1，随机数a2和随机数a3进行字符串拼接，形成字符串a1a2a3；

3).字段B包括字符串t1t2t3t4t5t6，t1t2依次表示日期年的第三位和第四位对应的数字，t3t4t代表月份对应的数字，t5t6代表日对应的数字；字段B中每位字符之间的关系为：

t1＝mod((T+a1),62)；

t2＝mod(mod(T,100000)+t1),62)；

t3＝mod(mod(T,10000)+t1+a2),62)；

t4＝mod((mod(T,1000)+t3),62)；

t5＝mod(mod(T,100)+t4+a3),62)；

t6＝mod(mod(T,100)*(mod(T,10)+t5)),62)；

4).将所述字段A、字段B、字段C和字段D进行字符串合并形成底层匹配码At1t2t3t4t5t6CD；T为六位的日期数字组成的数学数字，T为门禁端系统的日期；a1、a2和a3为设定的常数。

更进一步的方案为：所述步骤Ⅴ中的门禁端系统运用初始密匙具体运用的是密匙中的字段A。

更进一步的方案为：所述门禁端系统控制门禁锁开启时，还记录门禁端系统开启时间。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明中音频密匙的产生是通过手机等移动终端预约生成，音频密匙中的初始密匙采用特殊的编码和解码方式可以降低同一天使用的密匙重复几率降低，提高了安全性，此系统抛弃传统的机械钥匙，很好的弥补钥匙孔锁、指纹锁、IC卡密码锁等门锁的安全漏洞；门禁端系统不需要与服务器端进行验证，适用于网络差的情景。

采用手机进行语音播放或便携式音频播放终端，不需要额外增加开门工具，携带方便且免于连接。

附图说明

图1为音频载波调制流程图。

图2为门禁语音编码、解码系统方框图。

图3为门禁系统结构框图。

图4为中央处理单元电路原理图。

图5为语音采集模块电路二值化原理图。

图6为电控锁驱动电路原理图。

图7为调制波形对比图。

图8为二进制频移键控调制框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图2.图3所示：一种门禁语音编码、解码系统，包括：移动终端，移动终端还连接有服务器和门禁端系统，服务器还与门禁系统连接；门禁端系统包括语音采集模块，语音采集模块还连接有中央处理单元，中央处理单元还连接有485通信模块、TF储存卡和电控锁；更进一步的方案为：门禁端系统还包括独立键盘、电源模块、语音输出模块和TFT显示屏；独立键盘、电源模块、语音输出模块和TFT显示屏连接所述中央处理单元。

图4所示：中央处理单元采用飞思卡尔的ARM处理器MK60DN512；语音输出模块采用ISD1760语音模块；所述移动终端为手机。

图5所示：语音采集模块包括芯片U7，芯片U7选用LM393，芯片U7的8脚连接有电源VCC，芯片U7的1脚连接有电阻R12，电阻R12的另一端连接电源VCC5.0，芯片U7的4脚接地，芯片U7的3脚作为输入端，芯片U7的2脚还通过电位器R14连接电源VCC5.0。

图6所示：所述电控锁与中央处理单元之间还连接有电控锁驱动,电控锁包括继电器U2和NPN三极管，继电器U2的线圈一端连接电源VCC5.0，继电器U2的线圈另一端连接NPN三极管的集电极，NPN三极管的发射极接地，NPN三极管的基级还连接电阻R10，电阻R10的另一端作为输入端，继电器U2的线圈两端还并联了二极管D4，二极管D4的阴极与电源VCC5.0C。

实施例2

在实施例一的基础上，所述函数mod为取余函数。mod((T+a1),62)表示将参数(T+a1)对62取余数。

为防止用户在同一天预约同一个门禁产生相同的密匙，将密匙设计成随机加密编码，密码组成为A+B+C+D格式。其中，A为三个随机数、B为6位日期格式(如：161108)、C为预约门禁的编号(位数可变)、D为登录账号数据，每位随机数为0-9、a-z、A-Z共62个字符中的一位，可正好由此，将A转换为3位字符串的ASCII码值作为编码变量，利用编码变量分别对时间B中每位数进行混合加密编码，得到由0-9、a-z、A-Z组成的字符串X，如：7GmjyiOBO，在后面加上门禁编号及用户名即为初始密匙。为方便查看该密匙文件是哪个门禁及由哪个用户预约的，因此，门禁编号及用户名无需进行编码，在保存密匙文件时直接以密匙作为文件名，如：用户admin预约D503房间得到的随机密匙为：XD503admin。由此，用户同一天预约同一门禁产生相同密匙的概率为1/62³，虽然密匙不同，但解码后结果是相同的，可有效防止恶意的密匙破解，在特殊情况下，可以增加随机数位数，降低密匙重复率，重复率P与随机数位数N关系为：P＝1/62^N，可见，采用随机加密编码与普通加密编码相比具有非确定性，同一用户同一时间重复预约同一门禁，得到的密匙都有238328种，为密匙破解增加了极大的难度，具有很高的安全性。

图1和图7所示音频载波调制选用二进制频移键控调制。初始密匙的载波方式为二进制频移键控(2FSK)。因此这个环节需要将初始密匙转换成二进制ASCII码的形式。二进制频移键控(2FSK)工作原理频移键控是利用用8KHz音频表示1、6KHz音频表示0；用数字信号的1和0去控制两个独立的振荡源交替输出。对二进制的频移键控调制方式，其有效带宽为B＝2xF+2Fb，xF是二进制基带信号的带宽也是FSK信号的最大频偏，由于数字信号的带宽即Fb值大，所以二进制频移键控的信号带宽B较大，频带利用率小。在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进制基带信号在8KHz和6KHz两个频率点间变化，则产生二进制移频键控信号(2FSK信号)。即二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。若二进制基带信号的1符号对应于载波频率8KHz，0符号对应于载波频率6KHz。，

通过此方法把密码串拼接起来。利用这种方式可以很好的把信息加载到音频中。音频的格式按照串口通信的格式进行编码，这样可以方便与门禁端门禁系统的信息交换。

由于语音密码的信息是以二进制频移键控的载波方式加载到音频信号中，所以要对2FSK音频信号进行解调。2FSK信号常用的解调方法是采用非相干解调和相干解调除此外，2FSK信号还有其他解调方法，比如鉴频法、查分检测法、过零检测法等。在本设计中采取过零检测法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种门禁语音编码、解码系统，其特征在于，包括：

移动终端：登录服务器并发出预约密匙请求信号；

2.如权利要求1所述一种门禁语音编码、解码系统，其特征在于，门禁端系统还包括语音采集模块二值化电路，语音采集模块二值化电路还连接有中央处理单元，中央处理单元还连接有485通信模块、TF储存卡、电控锁、独立键盘、电源模块、语音输出模块和TFT显示屏。

3.如权利要求2所述一种门禁语音编码、解码系统，其特征在于，中央处理单元采用飞思卡尔的ARM处理器MK60DN512；语音输出模块采用ISD1760语音模块；所述移动终端为手机。

4.如权利要求3所述一种门禁语音编码、解码系统，其特征在于，语音采集模块二值化电路包括芯片U7，芯片U7选用LM393，芯片U7的8脚连接有电源VCC，芯片U7的1脚连接有电阻R12，电阻R12的另一端连接电源VCC5.0，芯片U7的4脚接地，芯片U7的3脚作为输入端，芯片U7的2脚还通过电位器R14连接电源VCC5.0。

5.如权利要求2所述一种门禁语音编码、解码系统，其特征在于，所述电控锁与中央处理单元之间还连接有电控锁驱动，电控锁驱动包括继电器U2和NPN三极管，继电器U2的线圈一端连接电源VCC5.0，继电器U2的线圈另一端连接NPN三极管的集电极，NPN三极管的发射极接地，NPN三极管的基级还连接电阻R10，电阻R10的另一端作为输入端，继电器U2的线圈两端还并联了二极管D4，二极管D4的阴极与电源VCC5.0C。

6.一种门禁语音编码、解码方法,其特征在于,包括以下步骤：

Ⅱ.运用移动终端登录服务器并发出预约密匙请求信号；

Ⅳ.服务器向移动终端发送预约音频密匙；

Ⅴ.移动终端接收到预约音频密匙后播放音频密匙输出语音信号；门禁端系统接收语音信号进行FSK解调得到ASCII码；将ASCII码转换成初始密匙，门禁端系统运用初始密匙和所述编码算法，得到底层匹配码；底层匹配码与预设的底层匹配码相匹配，门禁端系统控制门禁锁开启，不相匹配则保持锁闭状态。

7.如权利要求6所述一种门禁语音编码、解码方法,其特征在于,密匙包括四个字段，依次为字段A、字段B、字段C和字段D；字段B为日期数据；字段C为预约门禁的编号数据；字段D为登录账号数据。

8.如权利要求7所述一种门禁语音编码、解码方法,其特征在于,编码算法包括以下步骤：

t1＝mod((T+a1),62)；

t2＝mod(mod(T,100000)+t1),62)；

t3＝mod(mod(T,10000)+t1+a2),62)；

t4＝mod((mod(T,1000)+t3),62)；

t5＝mod(mod(T,100)+t4+a3),62)；

t6＝mod(mod(T,100)*(mod(T,10)+t5)),62)；

4).将所述字段A、字段B、字段C和字段D进行字符串合并形成底层匹配码

At1t2t3t4t5t6CD；。

9.如权利要求7所述一种门禁语音编码、解码方法,其特征在于,所述步骤Ⅴ中的门禁端系统运用初始密匙具体运用的是密匙中的字段A。

10.如权利要求8所述一种门禁语音编码、解码方法,其特征在于,所述门禁端系统控制门禁锁开启时，还记录门禁端系统开启时间。