CN109412787A - 一种基于Lora的加密门禁系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于Lora的加密门禁系统,其包括LoRa门锁、LoRa个人标识卡、LoRa管理终端;所述LoRa门锁包括处理器、用于检测用户LoRa个人标识卡以及与LoRa管理终端进行通信的LoRa模块、用于存储所配对的LoRa个人标识卡的秘钥的存储模块、第一数字时钟芯片。所述LoRa个人标识卡包括具有唯一身份标识的LoRa终端节点,所述LoRa管理终端对LoRa个人标识卡与LoRa门锁进行配对和时间校准。本发明的技术方案,采用非接触式方式开锁,大大增加了便捷性;而且采用加密的配对消息传输方式,保证安全性,不存在伪造消息的可能;且成本低。
Description
技术领域
本发明属于物联网技术领域,尤其涉及一种基于Lora的加密门禁系统。
背景技术
随着电子信息的快速发展,开门方式从钥匙开门发展到采用NFC卡片、指纹识别、人脸识别等技术进行开门,而这些技术都要直接接触的方式。然而无论是采用钥匙、刷卡或生物识别技术开门都需要一定的时间,比较耗时,另外对于如小孩、老人、残疾人等群体来说,开起门来可能不太方便,而且安全性不高,容易被克隆。
发明内容
针对以上技术问题,本发明公开了一种基于Lora的加密门禁系统,使用方便,大大增加了便捷性,而且可保证安全性,避免卡片被克隆。
对此,本发明采用的技术方案为:
一种基于Lora的加密门禁系统,其包括LoRa门锁、LoRa个人标识卡、LoRa管理终端;
所述LoRa门锁包括电源模块、处理器、用于检测用户LoRa个人标识卡以及与LoRa管理终端进行通信的LoRa模块、用于存储所配对的LoRa个人标识卡的秘钥的存储模块、电机驱动模块、第一数字时钟芯片,所述LoRa模块、存储模块、门锁电机驱动模块、第一数字时钟芯片分别与处理器连接;
所述LoRa个人标识卡包括具有唯一身份标识的LoRa终端节点、MCU、电池、第二数字时钟芯片、开锁按键、驱动LoRa模块和驱动数字时钟芯片的接口,所述LoRa终端节点、第二数字时钟芯片、开锁按键、接口分别与MCU连接;
所述LoRa管理终端对LoRa个人标识卡与LoRa门锁进行配对和时间校准;
按下开锁按键,所述LoRa个人标识卡识别第二数字时钟芯片的时间信息,加密后通过LoRa终端节点发出;LoRa门锁在收到消息后,通过存储模块中的秘钥进行解密,解密成功且收到的时间信息与第一数字时钟芯片的时间在时间设定值内,则识别成功。
进一步的,所述LoRa管理终端包括管理终端LoRa模块、micro USB或Type-c接口。
作为本发明的进一步改进,所述LoRa门锁的处理器包含测距算法程序,所述测距算法程序估测LoRa标识卡与门锁的距离。
作为本发明的进一步改进,识别成功后, LoRa门锁的测距算法程序根据当前LoRa个人标识卡的无线信号强度估算LoRa个人标识卡与门锁之间距离,如果两者距离满足设定距离范围内,门锁便会打开;
作为本发明的进一步改进,所述基于Lora的加密门禁系统采用以下步骤进行开锁:
步骤S101,按下开锁按键,所述LoRa个人标识卡识别第二数字时钟芯片的时间信息,并将识别的时间信息利用自己的秘钥进行加密,通过LoRa终端节点发出;
步骤S102,LoRa门锁收到信息后,利用存储模块中的秘钥进行解密;
步骤S103,如果解密出时间信息,则读取第一数字时钟芯片的时间,如果解密出的时间与第一数字时钟芯片的时间差值小于时间设定值,所述LoRa门锁通过测距算法程序估测LoRa标识卡与门锁的距离,如果距离小于距离设定值,LoRa门锁的处理器给门锁电机驱动模块发出驱动信号。
作为本发明的进一步改进,所述测距算法程序为RSSI测距算法程序。
采用此技术方案,利用LoRa技术、加密的配对消息、无线测距算法等结合,实现更加安全的开锁,而且LoRa的低功耗、距离远、成本低,在保证安全性、可靠性的同时也降低了该系统的成本。
作为本发明的进一步改进,还包括用户终端,所述用户终端包括用户终端管理程序,用户通过用户终端管理程序将LoRa个人标识卡与LoRa门锁进行配对,以及对LoRa个人标识卡与LoRa门锁进行时间校准。
作为本发明的进一步改进,所述LoRa管理终端和用户终端采用以下步骤进行配对:
步骤S201,将LoRa管理终端与用户终端连接,在用户终端管理程序中添加LoRa门锁的秘钥和个人标示卡的秘钥;
步骤S202,用户终端的用户终端管理程序将LoRa个人标识卡的秘钥利用LoRa门锁的秘钥进行加密;用户终端的用户终端管理程序将加密后的消息通过LoRa管理终端发出;
步骤S203, LoRa门锁采用自己的秘钥解出LoRa个人标识卡的秘钥,并将其储存在存储模块中。
作为本发明的进一步改进,所述秘钥为通过AES加解密算法获得的秘钥。
作为本发明的进一步改进,所述第一数字时钟芯片、第二数字时钟芯片为ds3231、DS1302或其他高精度时钟芯片。
作为本发明的进一步改进,所述处理器为8位、16位或32位单片机;所述存储模块为EEPROM或FLASH,所述电机驱动模块为舵机驱动模块或步进电机驱动模块。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明的技术方案,采用非接触式方式开锁,大大增加了便捷性;而且本发明的技术方案采用两层AES加密的配对消息传输方式,可保证安全性,避免卡片被克隆;LoRa标识卡和门锁之间发送的消息为动态时间消息,并且有效时间很短,即使无线信号在空中被拦截,在对方不知道LoRa个人标识卡和LoRa管理终端AES秘钥的情况下,将不存在伪造消息的可能。而且LoRa的功耗低、成本低,可在保证通信质量的情况下大大缩减成本。
附图说明
图1是本发明一种基于Lora的加密门禁系统的示意图。
图2是本发明一种基于Lora的加密门禁系统的LoRa门锁的功能框图。
图3是本发明一种基于Lora的加密门禁系统的LoRa个人标识卡的功能框图。
图4是本发明一种基于Lora的加密门禁系统的配对过程中消息传输示意图。
图5是本发明一种基于Lora的加密门禁系统的配对流程图。
图6是本发明一种基于Lora的加密门禁系统的开锁流程图。
具体实施方式
下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
如图1~图4所示,一种基于Lora的加密门禁系统,其包括LoRa门锁、LoRa个人标识卡、LoRa管理终端和用户手机终端。所述LoRa门锁包括电源模块、处理器、用于检测用户LoRa个人标识卡以及与LoRa管理终端进行通信的LoRa模块、用于存储所配对的LoRa个人标识卡的秘钥的存储模块、电机驱动模块、第一数字时钟芯片,所述LoRa模块、存储模块、门锁电机驱动模块、第一数字时钟芯片分别与处理器连接;所述处理器为MCU。其中,电源模块可以是各类电池或是交直流转换电路;处理器为MCU,可以是8位、16位、32位单片机;存储模块可以是EEPROM、FLASH闪存等存储设备;电机驱动模块可以选用舵机驱动模块也可以选用步进电机驱动模块,第一数字时钟芯片主要为系统提供实时时间可以选用ds3231、也可以选择DS1302或是其他高精度时钟芯片。
所述LoRa个人标识卡包括具有唯一身份标识的LoRa终端节点、MCU、电池、第二数字时钟芯片、开锁按键、驱动LoRa模块和驱动数字时钟芯片的接口,所述LoRa终端节点、第二数字时钟芯片、开锁按键、接口分别与MCU连接。其中电池为mini锂电池,此LoRa个人标识卡既可以做成卡片形状也可以做成手环等其他形状,对LoRa个人标识卡的MCU选型并无特别要求,只要具有驱动LoRa模块和驱动数字时钟芯片的接口即可,普通8位MCU便可满足要求。
所述LoRa管理终端包括管理终端LoRa模块、micro USB或Type-c接口。所述LoRa管理终端对LoRa个人标识卡与LoRa门锁进行配对和时间校准。
用户手机终端包括用户终端管理程序,即用户APP,用户APP主要有两大功能,一是用于将LoRa个人标识卡与LoRa门锁进行配对,二是进行LoRa个人标识卡与LoRa门锁的时间校准。
在LoRa加密门禁系统中,需要先将LoRa个人标识卡与LoRa门锁进行配对和时间校准(对同一标识卡来说配对只需要进行一次,后面使用时无须重复操作。时间校准的周期则取决于数字时钟芯片的精度和设定的所允许的最大时间差值)。配对和时间校准需要将LoRa管理终端通过micro USB接口或Type-c接口与手机连接并结合手机APP完成。
如图5所示,所述LoRa管理终端和用户终端采用以下步骤进行配对:
步骤S201,将LoRa管理终端与用户终端连接,在用户终端管理程序中添加LoRa门锁的AES秘钥和个人标示卡的AES秘钥;
步骤S202,用户终端的用户终端管理程序将LoRa个人标识卡的AES秘钥利用LoRa门锁的AES秘钥进行加密;用户终端的用户终端管理程序将加密后的消息通过LoRa管理终端发出;
步骤S203, LoRa门锁采用自己的秘钥解出LoRa个人标识卡的AES秘钥,并将其储存在存储模块中。
其中在配对时,要求输入LoRa个人标识卡独有的AES秘钥和LoRa门锁独有的AES秘钥。在输入完成后,APP会将LoRa个人标识卡的AES秘钥这一明文信息利用LoRa门锁的AES秘钥加密后通过LoRa管理终端发送给LoRa门锁。LoRa门锁拿到消息并解密后,将解密后的LoRa个人标识卡的AES秘钥存储到存储设备,至此便完成配对工作。配对成功后,按下时间校准按钮,即可将LoRa门锁和LoRa个人标识卡的时钟调节至与手机当前时间一致的时间(时间校准的周期则取决于数字时钟芯片的精度和设定的所允许的最大时间差值。)。
在配对完成后,便可以用LoRa个人标识卡进行开门操作了。如图6所示,具体包括以下步骤:
步骤S101,按下开锁按键,所述LoRa个人标识卡识别第二数字时钟芯片的时间信息,并将识别的时间信息利用自己的秘钥进行加密,通过LoRa终端节点发出;
步骤S102,LoRa门锁收到信息后,利用存储模块中的秘钥进行解密;
步骤S103,如果解密出时间信息,则读取第一数字时钟芯片的时间,如果解密出的时间与第一数字时钟芯片的时间差值小于设定值,所述LoRa门锁通过测距算法程序估测LoRa标识卡与门锁的距离,如果距离小于距离设定值(设定为近距离),LoRa门锁的处理器给门锁电机驱动模块发出驱动信号。其中所述测距算法程序为RSSI测距算法程序。
在LoRa个人标识卡上有一个开门按钮,当用户按下开门按钮时,LoRa个人标识卡会读取一次当前时间这一明文信息,并利用自身的AES秘钥进行加密操作。随后,通过LoRa模块将加密后的消息发出。LoRa门锁在收到消息后,会尝试用已经存储的秘钥进行解密,如果解密成功,并且时间与当前时间相差在误差允许范围内,则认为识别成功,随后LoRa门锁会根据当前标识卡的无线信号强度估算LoRa标识卡与门锁的距离,如果满足两者近距离这个条件,门锁便会打开。否则,即使识别成功也不会开锁。
采用此技术方案,利用LoRa技术、加密的配对消息、无线测距算法等结合,实现更加安全的开锁,而且LoRa的低功耗、距离远、成本低,在保证安全性、可靠性的同时也降低了该系统的成本。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于Lora的加密门禁系统,其特征在于:其包括LoRa门锁、LoRa个人标识卡、LoRa管理终端;
所述LoRa门锁包括电源模块、处理器、用于检测用户LoRa个人标识卡以及与LoRa管理终端进行通信的LoRa模块、用于存储所配对的LoRa个人标识卡的秘钥的存储模块、电机驱动模块、第一数字时钟芯片,所述LoRa模块、存储模块、门锁电机驱动模块、第一数字时钟芯片分别与处理器连接;
所述LoRa个人标识卡包括具有唯一身份标识的LoRa终端节点、MCU、电池、第二数字时钟芯片、开锁按键、驱动LoRa模块和驱动数字时钟芯片的接口,所述LoRa终端节点、第二数字时钟芯片、开锁按键、接口分别与MCU连接;
所述LoRa管理终端对LoRa个人标识卡与LoRa门锁进行配对和时间校准;
按下开锁按键,所述LoRa个人标识卡识别第二数字时钟芯片的时间信息,加密后通过LoRa终端节点发出;LoRa门锁在收到消息后,通过存储模块中的秘钥进行解密,解密成功且收到的时间信息与第一数字时钟芯片的时间之差在时间设定值内,则识别成功。
2.根据权利要求1所述的基于Lora的加密门禁系统,其特征在于:所述LoRa门锁的处理器包含测距算法程序,所述测距算法程序估测LoRa标识卡与门锁的距离。
3.根据权利要求2所述的基于Lora的加密门禁系统,其特征在于:识别成功后, LoRa门锁的测距算法程序根据当前LoRa个人标识卡的无线信号强度估算LoRa个人标识卡与门锁之间距离,如果两者距离满足设定距离范围内,门锁便会打开。
4.根据权利要求3所述的基于Lora的加密门禁系统,其特征在于:其采用以下步骤进行开锁:
步骤S101,按下开锁按键,所述LoRa个人标识卡识别第二数字时钟芯片的时间信息,并将识别的时间信息利用自己的秘钥进行加密,通过LoRa终端节点发出;
步骤S102,LoRa门锁收到信息后,利用存储模块中的秘钥进行解密;
步骤S103,如果解密出时间信息,则读取第一数字时钟芯片的时间,如果解密出的时间与第一数字时钟芯片的时间差值小于时间设定值,所述LoRa门锁通过测距算法程序估测LoRa标识卡与门锁的距离,如果距离小于距离设定值,LoRa门锁的处理器给门锁电机驱动模块发出驱动信号。
5.根据权利要求4所述的基于Lora的加密门禁系统,其特征在于:所述测距算法程序为RSSI测距算法程序。
6.根据权利要求1所述的基于Lora的加密门禁系统,其特征在于:还包括用户终端,所述用户终端包括用户终端管理程序,用户通过用户终端管理程序将LoRa个人标识卡与LoRa门锁进行配对,以及对LoRa个人标识卡与LoRa门锁进行时间校准。
7.根据权利要求6所述的基于Lora的加密门禁系统,其特征在于:所述LoRa管理终端和用户终端采用以下步骤进行配对:
步骤S201,将LoRa管理终端与用户终端连接,在用户终端管理程序中添加LoRa门锁的秘钥和个人标示卡的秘钥;
步骤S202,用户终端的用户终端管理程序将LoRa个人标识卡的秘钥利用LoRa门锁的秘钥进行加密;用户终端的用户终端管理程序将加密后的消息通过LoRa管理终端发出;
步骤S203, LoRa门锁采用自己的秘钥解出LoRa个人标识卡的秘钥,并将其储存在存储模块中。
8.根据权利要求7所述的基于Lora的加密门禁系统,其特征在于:所述秘钥为通过AES加解密算法获得的秘钥。
9.根据权利要求1~8任意一项所述的基于Lora的加密门禁系统,其特征在于:所述第一数字时钟芯片、第二数字时钟芯片为ds3231或DS1302。
10.根据权利要求1~8任意一项所述的基于Lora的加密门禁系统,其特征在于:所述处理器为8位、16位或32位单片机;所述存储模块为EEPROM或FLASH,所述电机驱动模块为舵机驱动模块或步进电机驱动模块。
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