CN110288747A - 基于rfid远距离感应智能门锁系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RFID远距离感应智能门锁系统，包括设置在门上的锁体、锁体内的锁芯马达、外把手、嵌在所述外把手中的触摸传感器、射频感应模块以及主控芯片，所述主控芯片置于所述锁体内，所述射频感应模块包括RFID阅读器和RFID标签，所述RFID标签内置有用于与RFID阅读器连接的射频通信芯片；所述RFID阅读器置于锁体内且与所述主控芯片相连，所述锁芯马达控制锁体中的锁芯的解锁/锁定状态。本发明通过RFID远距离识别技术，可将RFID标签嵌入到使用者随身携带的物品中，无需使用者手持IC卡靠近感应装置，当使用者手中携带多个物品时，避免了开门找卡的问题，同时也可以与小区大门门禁、单元门门禁、电梯具有类似的射频设备连接，提高小区智能化成度，方便住户，也可以与交通卡系统对接。

Description

基于RFID远距离感应智能门锁系统

技术领域

本发明涉及一种智能门锁系统技术领域，具体涉及一种基于RFID远距离感应智能门锁系统。

背景技术

传统IC刷卡型智能门锁，该种方式的刷卡方式需要使用者将卡片放置感应位置才能开锁，近几年，也有人采用中距离感应智能门锁，用于门锁的感应开启，但存在不少问题，首先：(1)只采用RFID感应模块会导致关门后，当使用者在门口射频范围内会出现重复开锁或误开门；(2)由于远距离感应功率较大，使用电池供电工作时间较短，频繁更换电池，系统耗电，影响使用者体验；(3)在紧急情况时，没有预留特殊权限开门功能，在遇到小孩、老人在家中遇到紧急情况需要救助以及火警消防时，只能通过破窗和破门进行救援，造成财产损失，甚至由于耽搁时间造成悲剧；(4)RFID标签的安全性能低。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于RFID远距离感应智能门锁系统，该装置可以解决现有技术中的技术问题。

技术方案：本发明所述的基于RFID远距离感应智能门锁系统，包括设置在门上的锁体、锁体内的锁芯马达、外把手、嵌在所述外把手中的触摸传感器、射频感应模块以及主控芯片，所述主控芯片置于所述锁体内，所述射频感应模块包括RFID阅读器和RFID标签，所述RFID标签内置有用于与RFID阅读器连接的射频通信芯片；所述RFID阅读器置于锁体内且与所述主控芯片相连，所述锁芯马达控制锁体中的锁芯的解锁/锁定状态；

当用户触摸到触摸传感器，所述触摸传感器通过所述主控芯片触发所述RFID阅读器进行身份识别，如识别成功，则主控芯片驱动所述锁体中锁芯马达进行解锁操作，否则，所述锁体处于锁定状态。

进一步地，包括：

所述RFID标签具体为RFID加密标签。

进一步地，包括：

所述RFID加密标签采用的加密算法为DESL算法、HIGHT算法和XXTEA算法中的任一种。

进一步地，包括：

所述触摸传感器置于所述外把手连接部的拇指按压处或所述外把手握持部对应的手掌按压处。

进一步地，包括：

所述主控芯片还与房内的紧急按钮相连，实现紧急救援，步骤包括：

S1所述主控芯片中存储若干组ID且设定所述ID在固定时间段ΔT内有效，初始化紧急按钮被触发的次数；

S2当紧急按钮被触发，被触发的次数加一，主控芯片接收触发信号，释放一组ID给控制中心，并开始计时，此时时间记为T₁；

S3控制中心接收到触发信号，将所述ID写入备用RFID标签中；

S4所述触摸传感器被触发，并记录此时的时间T₂，备用RFID标签通过主控芯片与所述RFID阅读器进行身份识别，若识别成功，且紧急按钮被触发T₂-T₁≤ΔT，则进行解锁，否则，不进行解锁，所述控制中心为采集存储使用该门锁系统的相关用户信息并进行信息数据处理的中心。

进一步地，包括：

所述门锁系统还包括无线传输模块，所述无线传输模块采用WIFI模块、4G模块以及5G模块中的一种或多种。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、本发明通过RFID远距离识别技术，可将RFID标签嵌入到使用者随身携带的物品中，无需使用者手持IC卡靠近感应装置，当使用者手中携带多个物品时，避免了开门需从口袋或包里找卡片的问题；2、本发明通过在外门把手上安装触摸传感器，可以避免使用者在门口附近导致的重复开锁的问题，实用性更强；3、本发明采用门把手上安装触摸传感器，而RFID阅读器在用户不接触触摸传感器时为不工作状态，大大减少了耗电，从而延长了系统的工作时间，更加节能；4、本发明与房内的紧急按钮联动，当使用者触发报警按钮，在遇到紧急情况时提供开门许可，使得该门锁系统更加智能和人性化；5、本发明采用RFID加密标签，提高系统的安全性；6、本发明所述的门锁系统同时也可以与小区大门门禁、单元门门禁、电梯具有类似的射频设备连接，提高小区智能化成都，方便住户，也可以与交通卡系统对接；7、一张FRID标签可以存储多个信息，对今后的居家养老服务和实施管理，避免了社区服务工作人员需携带多把钥匙的问题。

附图说明

图1是本发明一实施例所述的门锁系统结构示意图；

图2是本发明一实施例所述的外把手的结构示意图；

图3是本发明一实施例所述的触摸传感器的工作原理图；

图4是本发明一实施例所述的主控芯片的引脚图；

图5是本发明一实施例所述的触摸按钮的电路图；

图6是本发明一实施例所述的WIFI模块对应芯片的电路图；

图7是本发明一实施例所述的4G模块对应的芯片引脚图；

图8是本发明一实施例所述的4G模块电压转换电路的电路图；

图9是本发明一实施例所述的锁芯马达的电路图；

图10是本发明一实施例所述的RFID阅读器的电路图；

图11是本发明一实施例所述的紧急按钮的电路图；

图12是本发明一实施例所述的解锁过程流程图；

图13是本发明一实施例所述的紧急救援实现算法流程图；

图14是本发明另一实施例所述的紧急救援实现算法流程图。

图中包括：触摸传感器1，射频感应模块2，RFID阅读器21，RFID标签22，主控芯片3，无线传输模块4，锁体5，锁芯马达51，外把手52，连接部521，握持部522。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

实施例1

射频识别，RFID(Radio Frequency Identification)技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

从概念上来讲，RFID类似于条码扫描，对于条码技术而言，它是将已编码的条形码附着于目标物并使用专用的扫描读写器利用光信号将信息由条形磁传送到扫描读写器；而RFID则使用专用的RFID读写器及专门的可附着于目标物的RFID标签，利用频率信号将信息由RFID标签传送至RFID读写器。

从结构上讲RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器和很多应答器组成。

最初在技术领域，应答器是指能够传输信息回复信息的电子模块，近些年，由于射频技术发展迅猛，应答器有了新的说法和含义，又被叫做智能标签或标签。RFID电子标签的阅读器通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

RFID由三部分组成：应答器，其由天线，耦合元件及芯片组成，一般来说都是用标签作为应答器，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象、阅读器，其由天线，耦合元件，芯片组成，读取标签信息的设备，可设计为手持式RFID读写器或固定式读写器、应用软件系统，其为应用层软件，主要是把收集的数据进一步处理，并为人们所使用。

参阅图1所示，本发明公开一种基于RFID远距离感应智能门锁系统，适用于安装智能电子锁的小区或酒店等环境，包括：电子锁本体，电子锁本体包括锁体5，锁体5内包括锁芯、锁芯马达51和外把手52，锁芯包括斜锁舌，外把手52和斜锁舌通过传动结构连接，当锁芯马达51驱动传动结构，使外把手52和斜锁舌联动，则锁芯处于解锁状态，手握住外把手52即可打开门，当锁芯马达51不工作，外把手52和斜锁舌无法联动，此时锁芯处于空转状态，门处于锁定状态。

参阅图9所示，为本实施例所述的锁芯马达的电路图，输入PA8与主控芯片中的引脚100PA8对应连接。

该门锁系统还包括：嵌在所述外把手52中的触摸传感器1、射频感应模块以及主控芯片3，主控芯片3置于所述锁体5内，所述射频感应模块包括RFID阅读器21和RFID标签22，所述RFID标签22内置有用于与RFID阅读器21连接的射频通信芯片；所述RFID阅读器21置于锁体5内且与所述主控芯片3相连，所述RFID阅读器21与所述主控芯片3相连，可通过串口或者I2C接口连接。

射频感应模块的识别距离1m-2m，可将RFID标签做成手表、手环、内嵌皮带、贴在手机上或其他随身携带装饰品内部，且该RFID标签为加密标签，提高了该系统的安全性，采用的加密算法可为加密算法为DESL算法、HIGHT算法和XXTEA算法中的任一种。

参阅图10所示，RFID阅读器对应电路的I2C SDA与主控芯片对应的10号引脚SDA对应连接，I2C SCL与主控芯片对应的11号引脚SCL连接。

在本实施例中，采用型号为STM32F407ZGT6的单片机作为主控芯片3，STM32F4是由ST，即意法半导体开发的一种高性能微控制器，其采用了90纳米的NVM工艺和自适应实时存储器加速器，参阅图4所示。

触摸传感器1置于所述外把手52连接部521的拇指按压处或所述外把手52握持部522对应的手掌按压处，如图2所示。当用户触摸把手，触摸传感器1通过主控芯片3触发RFID阅读器21进行身份识别，如识别成功，则主控芯片3驱动所述锁体5中锁芯马达51进行解锁操作，解锁之后，用户只需握住把手即可开门，否则，所述主控芯片3不驱动所述锁体5中的锁芯马达51，锁芯处于锁定状态，无法通过外把手52开门。参阅图12所示，本实施例中，A＝1：触碰手把，A＝0：未触碰手把，B＝1：RFID信息识别成功，B＝0：RFID信息识别失败，则触碰把手，则触发RFID工作，判定身份信息是否识别成功，若成功则解锁，否则不进行解锁，若没有触碰把手，即A＝1不成立，则所述主控芯片3解除RFID阅读器的工作状态，锁芯进行上锁，即门锁处于空档状态，其他人触摸外把手无法打开门，保证了用户的安全。

本实施例采用TTP223的触摸传感器，其是一个基于触摸检测IC(TTP223B)的电容式点动型触摸开关模块。常态下，模块输出低电平，模式为低功耗模式；当用手指触摸相应位置时，模块会输出高电平，模式切换为快速模式；当持续12秒没有触摸时，模式又切换为低功耗模式，只要触摸的位置正确，即可做成隐藏在墙壁、桌面等地方的按键。

该模块可以免除常规按压型按键的烦恼，参阅图3所示，图3A为未触碰，充电时间为Tcs，图3B为手触碰时，充电时间为Tcs+Tcx，利用外部上拉电阻给电容充电，开启定时输入捕获，检测上升沿，若检测到上升沿就说明充电完成，通过定时，可检测充电时间。参阅图5所示，触摸按钮的接口TPAD与主控芯片3的41号引脚TPAD相连。

当使用者用手触摸该触摸传感器1并随身携带RFID标签22，触摸传感器1传输信号给主控芯片3，主控芯片3触发RFID阅读器21进行身份识别，若识别成功，则主控芯片3输出DO信号控制锁体5的锁芯马达51进行解锁操作，若身份识别失败，则主控芯片3不进行解锁；因此，只有当用户触摸到触摸传感器1时，才开启工作状态，在用户不接触触摸传感器1时，其为不工作状态，大大减少了耗电，从而延长了系统的工作时间，更加节能。

本实施例中，还包括无线传输模块4，其采用4G模块或WIFI模块为实现小区、酒店等区域的智能化管理提供通信接口，本实施例中的无线传输模块也可加入5G模块，更加实用和方便。本发明不对传输模块进行具体限制。

具体的，WIFI模块采用工业级WIFI模块USR-C322，USR-C322是一款工业级、低功耗的WIFI模块，实现嵌入式系统连接WIFI无线网络模块。模块采用TI的CC3200方案，通过该模块，可以将物理设备连接到Wi-Fi网络上，从而实现物联网的控制与管理。

参阅图6所示，各个引脚的连接关系为14个GPIO分别对应称为：WIFI_GPIO1～WIFI_GPIO14分别对应连接主控芯片上名称一致的引脚，名称为WIFIUARTI_RX、WIFIUARTI_TX、WIFI UARTO_CTS、WIFI UARTO_RTS、WIFIUARTO_TX、WIFI UARTO_RX的引脚分别对应主控芯片上引脚为129UART6_TX、124UART6_RX、80UART3_CTS、81UART3_RTS、77UART3_TX、78UART3_RX。

4G模块可采用4G透传模块5模13频WH-G405tf，WH-G405tf是一款五模十三频4G模块，适用于需要高速数据传输及大数据量稳定传输的用户，支持移动/联通2G、3G、4G和电信4G网络高速接入。

参阅图7和图8所示，由于4G模块的输出电压为1.8v，将其采用电压转换电路转为3.3v的，电压转换电路主要元器件为型号为MMBT3904的开关三极管，并以合适的电阻配合，与主控芯片相连的每个信号引脚都需采用电压转换电路进行电压转换，电压转换电路的输出与主控芯片的对应引脚连接，具体的：转换电路的输出UART4_TX与主控芯片的引脚34UART4_TX对应连接，转换电路的输出UART4_RX与主控芯片的引脚35UART4_RX对应连接，转换电路的输出UART2_RX与主控芯片的引脚37UART2_RX对应连接，转换电路的输出UART2_TX与主控芯片的引脚36UART2_TX对应连接，4G芯片的BOOT引脚对应转换电路的PA9，转换电路的输出PA9与主控芯片的引脚101PA9对应连接，4G芯片的RST引脚对应转换电路的PA10，转换电路的输出PA10与主控芯片的引脚102PA10对应连接。

本实施例中，所述主控芯片还与房内的紧急按钮相连，实现紧急救援，参阅图11所示，步骤包括：

S1所述主控芯片中存储若干组ID且设定所述ID在固定时间段ΔT内有效，初始化紧急按钮被触发的次数；

S2当紧急按钮被触发，被触发的次数加一，主控芯片接收触发信号，释放一组ID给控制中心，并开始计时，此时时间记为T₁；

S3控制中心接收到触发信号，将所述ID写入备用RFID标签中；

S4所述触摸传感器被触发，并记录此时的时间T₂，备用RFID标签通过主控芯片与所述RFID阅读器进行身份识别，若识别成功，且紧急按钮被触发T₂-T₁≤ΔT，则进行解锁，否则，不进行解锁，所述控制中心为采集存储使用该门锁系统的相关用户信息并进行信息数据处理的中心，本实施例中，为小区物业管理中心或酒店管理中心。

具体的，参阅图13所示，MY_time：本机时间；Emergency_ID_info.number：CPU预留紧急情况ID卡号；CARD_number：卡号信息存储器；CARD_time：卡允许进入时间段信息存储器。读取ID信息；CARD_number＝ID卡号；CARD_time＝ID卡允许进入时间段；若CARD_number＝＝Emergency_ID_info.number，则判断MY_time是否在CARD_time时间段内，若是在卡允许进入的时间段内，则进行开锁。

本发明所述的门锁系统还包括电源模块，采用的电源模块型号为MP2359，其内置上端开关的导通电阻为0.35Ω，能提供最大为1.2A的电流，这款芯片由振荡电路、PWM控制电路、内部电压调节器、开关等组成，外部器件用到电感、电阻、二极管、电容，所有这些构成完整的降压DC/DC转换器，由于MP2359的电流限流模式工作时并不需要检测电阻，所以能高速高效的实现其功能。输出电容选择陶瓷电容。开关频率有内部固定为1.4MHz。

实施例2

与实施例1不同之处在于，有些小区或酒店内的紧急按钮是与控制中心连接的，当用户按动紧急按钮，控制中心收到是哪户需要救援。此时，主控芯片3与比较模块相连，比较模块可为比较器，控制中心向备用RFID标签22中写入ID和允许使用时间段，救援人员触摸该用户外把手52上的触摸传感器1后，比较模块对ID和使用时间段进行比较，若符合预设值，则通知主控芯片3进行锁芯解锁，否则，锁芯仍为锁定状态，无法进入。

参阅图14所示，A＝1：紧急按钮按下，A＝0：紧急按钮未按下；B＝1：RFID阅读器信息识别成功，B＝0：RFID阅读器信息识别失；Times：紧急按钮按下次数；time：计时器；Emergency_ID[10][4]：10组紧急ID卡号。控制中心判断紧急按钮是否按下，若已按下，则Times++；将Emergency_ID[Times][4]加入RFID信息比对中；time进行计时，判断times是否超过预设的有效时间段，若没超过且RFID阅读器信息识别成功，则进行解锁，否则不进行解锁操作。

基于相似构思，也可在小区管理中心或酒店管理中心安装人脸识别装置，当用户丢失RFID标签22，可去管理中心通过人脸识别装置进行身份识别，若识别为本小区的业主或本酒店的客户，则身份识别成功，可提供临时RFID标签22给该用户，该临时RFID标签22可进行解锁开门。

工作原理：本发明的使用方法包括以下步骤：

S100当使用者到达门口，手触摸门把手上的触摸传感器1，触摸传感器1发送信号给主控芯片3，主控芯片3接收指令，并触发RFID阅读器21和RFID标签22工作，RFID阅读器21进行身份识别，若识别成功，则主控芯片3驱动锁芯马达51进行解锁操作，若身份识别失败，则不进行解锁操作；

S110使用者进入房间后，主控芯片解除对RFID阅读器的工作状态，锁芯处于锁定状态，即门锁处于空档状态，其他人触摸外把手无法打开门，保证了用户的安全。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于RFID远距离感应智能门锁系统，其特征在于，包括设置在门上的锁体、锁体内的锁芯马达、外把手、嵌在所述外把手中的触摸传感器、射频感应模块以及主控芯片，所述主控芯片置于所述锁体内，所述射频感应模块包括RFID阅读器和RFID标签，所述RFID标签内置有用于与RFID阅读器连接的射频通信芯片；所述RFID阅读器置于锁体内且与所述主控芯片相连，所述锁芯马达控制锁体中的锁芯的解锁/锁定状态；

当用户触摸到触摸传感器，所述触摸传感器通过所述主控芯片触发所述RFID阅读器进行身份识别，如识别成功，则主控芯片驱动所述锁体中锁芯马达进行解锁操作，否则，所述锁体处于锁定状态。

2.根据权利要求1所述的基于RFID远距离感应智能门锁系统，其特征在于，所述RFID标签具体为RFID加密标签。

3.根据权利要求2所述的基于RFID远距离感应智能门锁系统，其特征在于，所述RFID加密标签采用的加密算法为DESL算法、HIGHT算法和XXTEA算法中的任一种。

4.根据权利要求1所述的基于RFID远距离感应智能门锁系统，其特征在于，所述触摸传感器置于所述外把手连接部的拇指按压处或所述外把手握持部对应的手掌按压处。

5.根据权利要求1所述的基于RFID远距离感应智能门锁系统，其特征在于，所述主控芯片还与房内的紧急按钮相连，实现紧急救援，步骤包括：

S1所述主控芯片中存储若干组ID且设定所述ID在固定时间段ΔT内有效，初始化紧急按钮被触发的次数；

S2当紧急按钮被触发，被触发的次数加一，主控芯片接收触发信号，释放一组ID给控制中心，并开始计时，此时时间记为T₁；

S3控制中心接收到触发信号，将所述ID写入备用RFID标签中；

S4所述触摸传感器被触发，并记录此时的时间T₂，备用RFID标签通过主控芯片与所述RFID阅读器进行身份识别，若识别成功，且紧急按钮被触发T₂-T₁≤ΔT，则进行解锁，否则，不进行解锁，所述控制中心为采集存储使用该门锁系统的相关用户信息并进行信息数据处理的中心。

6.根据权利要求1所述的基于RFID远距离感应智能门锁系统，其特征在于，所述门锁系统还包括无线传输模块，所述无线传输模块包括WIFI模块、4G模块以及5G模块中的一种或多种。