CN107195058A - 一种基于LoRa无线通信协议的宾馆指纹门禁系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LoRa无线通信协议的宾馆指纹门禁系统，宾馆客房门外设置有指纹模块，宾馆客房门内设置有LoRa模块、单片机控制模块，所述指纹模块至LoRa模块单向信号传递，所述LoRa模块至单片机控制模块单向信号传递，所述LoRa模块双向连接在LoRa网关上，所述LoRa网关双向连接在LoRa网络服务器上，所述LoRa网络服务器与宾馆服务中心相连接。本发明可以生物特征识别，防止假冒身份；能随时快速添加授权人、删除授权人、记录使用人等操作；基于LoRa技术的无线网络，无需对现有网络进行升级改造，即可安全传输指纹信息。

Description

一种基于LoRa无线通信协议的宾馆指纹门禁系统及其应用

技术领域

本发明涉及公共场合的门禁系统，特别是一种基于LoRa无线通信协议的宾馆指纹门禁系统及其应用。

背景技术

宾馆、酒店的门禁系统目前比较流行的是各类智能感应卡，其所要实现的目标当然是为了更安全、更方便。然而，真正的安全从来没有实现过，在这些系统中，有一个从根本上无法解决的问题，那就是无法确认使用者身份。钥匙可以被复制，智能卡也可以被盗取。门禁系统发展的最终目标只能是生物特征识别。我们可以认为如果将宾馆、酒店的门禁系统应改造为指纹门禁系统，小偷就无计可施了，大大提高了住房安全性。

但宾馆、酒店的指纹门禁不像家用指纹锁的使用人员相对固定，需要频繁更换。因此本发明的目的就是当旅客入住登记时需要录入指纹信息，前台通过LoRa无线网络将采集到的指纹信息与房间号匹配后传送到LoRa服务器。入住者通过规定房间号的指纹模块采集指纹特征值与LoRa服务器进行指纹比对，相符则将电磁锁开启，否则提示错误，多次错误将产生报警信号。

这样就可以避免各类身份信息被冒用的情况发生。

指纹信息的无线传送方案常见的有GPRS、Wifi、ZigBee等模式传输信号。从实际应用效果看，无线模式下传感模块的安装简单、设备维护工作量小、工程成本相对低廉等优势使得其对传统的有线传送模式产生巨大的冲击。

1、无线传感网的选择：虽然有多种无线网络的选择，但与GPRS等通信运营网络及WiFi无线网络相比，ZigBee与LoRa无线传感网还是具有相当的优势。

使用GPRS或CDMA等无线网络首先应考虑资费，2G平台上无线上网速度较慢，3G、4G虽然速度快，但也会因上网时间长而引起网费较高。再加上向运营商交纳月租费等，这些费用合计起来，令人难于接受。

WiFi的优势是技术研发门槛低，产品成本低。但其缺点也非常明显，WiFi最大的问题是安全性非常低，产品的无线稳定性也比较差，用户体验度不好。

其次WiFi的功耗高也是其很大的弱点，这也导致其应用有限。

另外WiFi的组网能力低，扩展空间受限制。目前WiFi网络的实际规模一般不超过16个设备，显然基于WiFi技术的应用系统可以连接的设备数量非常有限，未来发展空间受限。

2、ZigBee技术虽然有其优点，但也存在一些不足：

但ZigBee传输距离短，组网需要增加路由等设备，并且受使用环境限制，信息传输不够稳定。

3、LoRa协议的优势：

物联网的快速发展对无线通信技术提出了更高的要求，专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计的LPWAN(low-power Wide-Area Network，低功耗广域网)也快速兴起。LoRa是其中的典型代表，也是最有发展前景的低功耗广域网通信技术。

LoRa技术具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少等特点，适合低功耗物联网应用。

LoRa：易于建设和部署的低功耗广域物联技术

2013年8月，Semtech公司向业界发布了一种新型的基于1GHz以下的超长距低功耗数据传输技术(Long Range，简称LoRa)的芯片。其接受灵敏度达到了惊人的-148dbm，与业界其他先进水平的sub-GHz芯片相比，最高的接收灵敏度改善了20db以上，这确保了网络连接可靠性。

它使用线性调频扩频调制技术，即保持了像FSK(频移键控)调制相同的低功耗特性，又明显地增加了通信距离，同时提高了网络效率并消除了干扰，即不同扩频序列的终端即使使用相同的频率同时发送也不会相互干扰，因此在此基础上研发的集中器/网关(Concentrator/Gateway)能够并行接收并处理多个节点的数据，大大扩展了系统容量。

LoRa是第一个用于商业用途的低成本实现。随着LoRa的引入，嵌入式无线通信领域的局面发生了彻底的改变。这一技术改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量、低成本的通讯系统。

LoRa主要在全球免费频段运行(即非授权频段)，包括433、868、915MHz等。LoRa网络主要由终端(内置LoRa模块)、网关(或称基站)、服务器和云四部分组成，应用数据可双向传输。

LoRa的优势主要体现在以下几个方面：

(1)大大的改善了接收的灵敏度，降低了功耗

高达157db的链路预算使其通信距离可达15公里(与环境有关)。其接收电流仅10mA，睡眠电流200nA，这大大延迟了电池的使用寿命。

(2)基于该技术的网关/集中器支持多信道多数据速率的并行处理，系统容量大。

每个网关每天可以处理500万次各节点之间的通信(假设每次发送10Bytes，网络占用率10％)。如果把网关安装在现有移动通信基站的位置，发射功率20dBm(100mW)，那么在建筑密集的城市环境可以覆盖2公里左右，而在密度较低的郊区，覆盖范围可达10公里。

(3)基于终端和集中器/网关的系统可以支持测距和定位。

LoRa对距离的测量是基于信号的空中传输时间而非传统的RSSI(ReceivedSignal Sterngth Ind-ication)，而定位则基于多点(网关)对一点(节点)的空中传输时间差的测量。其定位精度可达5m(假设10km的范围)。

这些关键特征使得LoRa技术非常适用于要求功耗低、距离远、大量连接以及定位跟踪等的物联网应用，如智能抄表、智能停车、车辆追踪、宠物跟踪、智慧农业、智慧工业、智慧城市、智慧社区等等应用和领域。

表：LoRa关键特性和优势

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种可以生物特征识别，防止假冒身份；能随时快速添加授权人、删除授权人、记录使用人等操作；基于LoRa技术的无线网络，无需对现有网络进行升级改造，即可安全传输指纹信息的的宾馆指纹门禁系统及其应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种基于LoRa无线通信协议的宾馆指纹门禁系统，宾馆客房门外设置有指纹模块，宾馆客房门内设置有LoRa模块、单片机控制模块，所述指纹模块至LoRa模块单向信号传递，所述LoRa模块至单片机控制模块单向信号传递，所述LoRa模块双向连接在LoRa网关上，所述LoRa网关双向连接在LoRa网络服务器上，所述LoRa网络服务器与宾馆服务中心相连接。

进一步的，所述单片机控制模块包括单片机，所述LoRa模块至单片机单向信号传递，所述单片机通过端口至电磁门锁和声光报警模块单向信号传递。

一种基于LoRa无线通信协议的宾馆指纹门禁系统的应用，步骤包括：

(1)客人在服务中心办理入住手续时采集指纹并存储，然后给客人分配房间；

(2)客人到达房间，按指纹模块，将采集的指纹信息依次通过LoRa模块、LoRa网关和LoRa网络服务器传输至服务中心，并与已存储的指纹信息比对，若相符则将开锁信号经LoRa网络服务器、LoRa网关及LoRa模块传输到电磁门锁开关，打开房门允许进入房间，否则重新执行步骤(2)，再不符合则声光报警模块发出警示音；

(3)客人退房后将房间号对应的指纹特征值删除，此时客人将不能再次比对成功，即无法再次进入房间。

相比于现有技术，本发明的优点在于：房客可以不再担心房卡的失窃，或者冒用他人身份进房的可能，自己的指纹就是开房间的钥匙，在给房客带来方便的同时，也进一步提高了安全性能，提升了酒店的档次；将极大改善宾馆、酒店的住宿环境，巨大地提升其安全性，将产生巨大的经济和社会效益。

1)前台集中管理控制。服务台管理电脑可在顾客登记住宿时录入指纹信息直接录入、退房时从门禁管理系统中删除顾客的指纹信息，并能对任意指纹的存取进行远程控制。同时系统可记录指纹开门时间并传至前台管理系统，并能生成客户消费帐单信息，更加便于管理。

2)监控室授权人工干预功能

当发生某些特殊事件时，例如：火灾、绑架、抓捕小偷等，监控中心可直接授权控制各个门禁点的开关，以便灵活处理紧急事件，保证用户争取更多的时间、减小损失等。

另外由于身份信息与指纹的对应关系，对假冒身份证住宿也有巨大的威慑作用，有不良记录的顾客如果身份信息与指纹不符将自动产生报警信号。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明单片机控制模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

如图1所示，一种基于LoRa无线通信协议的宾馆指纹门禁系统，宾馆客房门外设置有指纹模块，宾馆客房门内设置有LoRa模块、单片机控制模块，所述指纹模块至LoRa模块单向信号传递，所述LoRa模块至单片机控制模块单向信号传递，所述LoRa模块双向连接在LoRa网关上，所述LoRa网关双向连接在LoRa网络服务器上，所述LoRa网络服务器与宾馆服务中心相连接。

如图2所示，所述单片机控制模块包括单片机，单片机型号为STC89C52RC，所述LoRa模块至单片机单向信号传递，所述单片机通过端口至电磁门锁和声光报警模块单向信号传递。

一种基于LoRa无线通信协议的宾馆指纹门禁系统的应用，步骤包括：

(1)客人在服务中心办理入住手续时采集指纹并存储，然后给客人分配房间；

(2)客人到达房间，按指纹模块，将采集的指纹信息依次通过LoRa模块、LoRa网关和LoRa网络服务器传输至服务中心，并与已存储的指纹信息比对，若相符则将开锁信号经LoRa网络服务器、LoRa网关及LoRa模块传输到电磁门锁开关，打开房门允许进入房间，否则重新执行步骤(2)，再不符合则声光报警模块发出警示音；

(3)客人退房后将房间号对应的指纹特征值删除，此时客人将不能再次比对成功，即无法再次进入房间。

服务台可控制相应房间指纹信息的存储与删除，也可设置特殊开启模式，如发生安全事件时需破门而入等情形。

利用QT开发平台设计管理系统界面：主要功能包括客人入住信息登记，将采集的指纹特征值以房间号为关键字生成记录上传至服务器，并将指纹特征值与房间号匹配。

终端单片机控制程序：客房指纹模块处于等待状态，当客房指纹模块接收到指纹信息时，房间号+指纹特征值形成数据包。接着启动串行通讯，唤醒LoRa模块发送该数据包到LoRa网络服务器。然后与同房间号的指纹特征值进行比对，比对成功则返回一个开启电磁锁信号，否则发出比对不成功信号。将比对结果通过网关与LoRa模块点对点发送至单片机控制模块，LoRa模块进入休眠等待状态。

Claims (3)

1.一种基于LoRa无线通信协议的宾馆指纹门禁系统，其特征在于宾馆客房门外设置有指纹模块，宾馆客房门内设置有LoRa模块、单片机控制模块，所述指纹模块至LoRa模块单向信号传递，所述LoRa模块至单片机控制模块单向信号传递，所述LoRa模块双向连接在LoRa网关上，所述LoRa网关双向连接在LoRa网络服务器上，所述LoRa网络服务器与宾馆服务中心相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线通信协议的宾馆指纹门禁系统，其特征在于所述单片机控制模块包括单片机，所述LoRa模块至单片机单向信号传递，所述单片机通过端口至电磁门锁和声光报警模块单向信号传递。

3.一种基于LoRa无线通信协议的宾馆指纹门禁系统的应用，其特征在于步骤包括：

(1)客人在服务中心办理入住手续时采集指纹并存储，然后给客人分配房间；

(2)客人到达房间，按指纹模块，将采集的指纹信息依次通过LoRa模块、LoRa网关和LoRa网络服务器传输至服务中心，并与已存储的指纹信息比对，若相符则将开锁信号经LoRa网络服务器、LoRa网关及LoRa模块传输到电磁门锁开关，打开房门允许进入房间，否则重新执行步骤(2)，再不符合则声光报警模块发出警示音；

(3)客人退房后将房间号对应的指纹特征值删除，此时客人将不能再次比对成功，即无法再次进入房间。