CN214067863U - 一种基于LoRa无线通信协议的指纹门禁系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于LoRa无线通信协议的指纹门禁系统，包括门禁主控端和楼层终端，所述门禁主控端包括第一主控单元MCU，所述第一主控单元MCU双向电连接有继电器模块，所述第一主控单元MCU的输入端单向电连接于电源模块的输出端，所述第一主控单元MCU的调试接口双向电连接有调试串口，所述第一主控单元MCU双向电连接有第一蜂鸣器，所述第一主控单元MCU的RS接口双向电连接有第一无线传输模块，所述楼层终端包括第二主控单元MCU，本实用新型采用无线LORA通信技术，降低了施工难度；该方案的思路也可应用到其他远距离低功耗的设计应用当中，极大降低了设计难度和维护成本，具有前瞻性研究指导意义。

Description

一种基于LoRa无线通信协议的指纹门禁系统

技术领域

本实用新型涉及门禁系统技术领域，具体领域为一种基于LoRa无线通信协议的指纹门禁系统。

背景技术

智慧城市、智能安防在当今社会飞速发展，尤其现代的小区都已经安装智能控制系统，智能控制系统广泛为小区居民带来方便。然而老的小区如果重新投入智能控制系统，其成本巨大，居民也无法接受，目前大部分小区都安装了简易门禁系统，只是无法做到门禁入门每层楼房控制、或多或少带来不便，而且以前小区楼层结构复杂，对于接收灵敏度不够强的无线方案，例如Wifi技术，往往会出门禁失灵或者无法工作的难题，如果选择接收灵敏度高的方案，其功耗比较大，需要提供额外的供电系统，增加设备使用难度，所以一种低功耗、高接收灵敏度、低成本的门禁系统尤其重要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于LoRa无线通信协议的指纹门禁系统，以解决上述背景技术中提出的目前大部分小区都安装了简易门禁系统，只是无法做到门禁入门每层楼房控制、或多或少带来不便，而且以前小区楼层结构复杂，对于接收灵敏度不够强的无线方案，例如Wifi技术，往往会出门禁失灵或者无法工作的难题，如果选择接收灵敏度高的方案，其功耗比较大，需要提供额外的供电系统，增加设备使用难度的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于LoRa无线通信协议的指纹门禁系统，包括门禁主控端和楼层终端，所述门禁主控端包括第一主控单元MCU，所述第一主控单元MCU双向电连接有继电器模块，所述第一主控单元MCU的输入端单向电连接于电源模块的输出端，所述第一主控单元MCU的调试接口双向电连接有调试串口，所述第一主控单元MCU双向电连接有第一蜂鸣器，所述第一主控单元MCU的RS接口双向电连接有第一无线传输模块，所述楼层终端包括第二主控单元MCU，所述第二主控单元MCU双向电连接有电压监控模块，所述第二主控单元MCU的输入端单向电连接于电池供电模块的输出端，所述第二主控单元MCU双向电连接有按键操作模块，所述第二主控单元MCU双向点连接有第二蜂鸣器，所述第二主控单元MCU的RS接口双向电连接有第二无线传输模块，所述第一无线传输模块双向无线电连接所述第二无线传输模块。

优选的，所述第一主控单元MCU和所述第二主控单元MCU内的微控制器芯片均采用自带仿真内核的STM8L151R6系列低功耗单片机。

优选的，所述第一主控单元MCU与所述电源模块连接处的电源输入端使用AO3401耗尽型mos管。

优选的，所述电源模块的电源稳压电路采用HT7333稳压芯片。

优选的，所述第一无线传输模块和所述第二无线传输模块均为采用LORA远程调制解调器的SX1276收发器，所述第一无线传输模块和所述第二无线传输模块的发生功率均为+20dBm，所述第一无线传输模块和所述第二无线传输模块的接收功率均为-148dBm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的一种基于LoRa无线通信协议的指纹门禁系统包含门禁主控设备和楼层终端设备。该系统主要优点在于无需外部供电、使用电池供电，降低了取电施工难度，极大降低了人工维护成本；通信接收灵敏度高，可靠性大大提高，本实用新型采用无线LORA通信技术，降低了施工难度；该方案的思路也可应用到其他远距离低功耗的设计应用当中，极大降低了设计难度和维护成本，具有前瞻性研究指导意义。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中：1-第一主控单元MCU、2-继电器模块、3-电源模块、4-调试串口、5-第一蜂鸣器、6-第一无线传输模块、7-第二主控单元MCU、8-电压监控模块、9-电池供电模块、10-按键操作模块、11-第二蜂鸣器、12-第二无线传输模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型提供一种基于LoRa无线通信协议的指纹门禁系统技术方案：一种基于LoRa无线通信协议的指纹门禁系统，包括门禁主控端和楼层终端，门禁主控端包括第一主控单元MCU1，第一主控单元MCU1双向电连接有继电器模块2，第一主控单元MCU1的输入端单向电连接于电源模块3的输出端，第一主控单元MCU1的调试接口双向电连接有调试串口4，第一主控单元MCU1双向电连接有第一蜂鸣器5，第一主控单元MCU1的RS232接口双向电连接有第一无线传输模块6，远距离无线传输技术，例如GPRS、3G、4G，虽然抗干扰能力强，但是高额的费用是用户无法接受的，而且只需要多个终端和门禁主控建立网络，也无需该技术；对于短距离，例如ZigBee，433M，虽然可以自组网，也是免费的网络，但是该技术接受灵敏度太低，会出现丢包和通信异常的问题；目前远距离高灵敏度的物联网技术主流有NB-IOT和LORA技术，两者都可以应用到智能门禁系统中，但NB-IOT是国内刚推出的标准，而且后期可能涉及到收费问题，这里选择低功耗、高接收灵敏度、低成本的LORA技术，解决了距离和抗干扰和功耗的问题，楼层终端包括第二主控单元MCU7，第二主控单元MCU7双向电连接有电压监控模块8，第二主控单元MCU7的输入端单向电连接于电池供电模块9的输出端，楼层终端主要安装在楼道中，为降低系统复杂度，设计不采用外部供电，而采用电池供电模块9供电。使用平均电流方式衡量使用寿命，平均电流公式：I＝H*N/T，其中I表示平均需要的电流量，以ma为单位；H表示每节电池容量，单位为毫安时，N表示使用的电池数量，T表示所使用寿命等效后的时间，单位为小时，硬件系统需要能稳定工作在3.3V的电源供电，最佳方案采用3节干电池，电池满电的时候电压输出4.5～5.1V电压，并选择一款电量2500mah、电量下降到5％时电压任能保持在1.2v的电池。假设电池需要工作3年，使用3节电池，平均每小时不超过电量，带入平均电流公式中：I＝2500*3/(3*365*24)＝0.285mA，所设计的系统电流量不能大于0.285mA，电池工作过程中需要实时测量系统电量，在电压下降到一定时，通过灯闪烁提醒需要更换电池。该电路采用电阻分压后送入ADC转换，STM8L151R6单片机内部自带ADC，有效减少外围电路设计，在不工作的情况下，MCU输出3.3V，此时电池电压和3.3V输出电压在30K电阻上产生的电流功耗很少，通过内部定时器唤醒单片机，此时IO电平输出低电压，通过ADC采样后测量电压，随后进入低功耗模式，如果电压过低，输出LED的IO口，告警指示，第二主控单元MCU7双向电连接有按键操作模块10，第二主控单元MCU7双向点连接有第二蜂鸣器11，第二主控单元MCU7的RS232接口双向电连接有第二无线传输模块12，第一无线传输模块6双向无线电连接第二无线传输模块12。

具体而言，第一主控单元MCU1和第二主控单元MCU7内的微控制器芯片均采用自带仿真内核的STM8L151R6系列低功耗单片机，该单片机可以工作在低功耗模式，在休眠模式下只需要6uA电流，满足低功耗设计要求。

具体而言，第一主控单元MCU1与电源模块3连接处的电源输入端使用AO3401耗尽型mos管。

具体而言，电源模块3的电源稳压电路采用HT7333稳压芯片。

具体而言，第一无线传输模块6和第二无线传输模块12均为采用LORA远程调制解调器的SX1276收发器，第一无线传输模块6和第二无线传输模块12的发生功率均为+20dBm，第一无线传输模块6和第二无线传输模块12的接收功率均为-148dBm。

工作原理：本实用新型工作时，门禁主控通过电源模块3上电后进入持续查询过程，也叫半双工模式，查询过程由第一主控单元MCU1控制，通过第一无线传输模块6和第二无线传输模块12与楼层终端进行通信，查询到有楼层按键操作模块10运作，并做信息交互，正确后由第一主控单元MCU1控制继电器模块2动作，实行开门操作，第一主控单元MCU1控制第一蜂鸣器5做信息提醒使用，第一主控单元MCU1通过RS232与调试串口进行通信，做信息交互及在线升级，门禁终端上电后直接进入低功耗模式，保证静态工作小于3uA，定时器在1个小时后查询电池供电模块9的电压是否下降，下降到工作报警电压值会提示更换电池，实行按键操作，第二主控单元MCU7唤醒，第二无线传输模块12进入上电模式等待控端发送查询命令，收到命令后通过按键操作模块10回复有按键操作，等待门禁主控端确认信号，成功通信后再进入低功耗模式；在10秒内没有收到回应后，强制进入低功耗模式，再确认到门禁主控端发送的信息后，启动第二蜂鸣器11后开门。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于LoRa无线通信协议的指纹门禁系统，包括门禁主控端和楼层终端，其特征在于：所述门禁主控端包括第一主控单元MCU(1)，所述第一主控单元MCU(1)双向电连接有继电器模块(2)，所述第一主控单元MCU(1)的输入端单向电连接于电源模块(3)的输出端，所述第一主控单元MCU(1)的调试接口双向电连接有调试串口(4)，所述第一主控单元MCU(1)双向电连接有第一蜂鸣器(5)，所述第一主控单元MCU(1)的RS232接口双向电连接有第一无线传输模块(6)，所述楼层终端包括第二主控单元MCU(7)，所述第二主控单元MCU(7)双向电连接有电压监控模块(8)，所述第二主控单元MCU(7)的输入端单向电连接于电池供电模块(9)的输出端，所述第二主控单元MCU(7)双向电连接有按键操作模块(10)，所述第二主控单元MCU(7)双向点连接有第二蜂鸣器(11)，所述第二主控单元MCU(7)的RS232接口双向电连接有第二无线传输模块(12)，所述第一无线传输模块(6)双向无线电连接所述第二无线传输模块(12)。

2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线通信协议的指纹门禁系统，其特征在于：所述第一主控单元MCU(1)和所述第二主控单元MCU(7)内的微控制器芯片均采用自带仿真内核的STM8L151R6系列低功耗单片机。

3.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线通信协议的指纹门禁系统，其特征在于：所述第一主控单元MCU(1)与所述电源模块(3)连接处的电源输入端使用AO3401耗尽型mos管。

4.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线通信协议的指纹门禁系统，其特征在于：所述电源模块(3)的电源稳压电路采用HT7333稳压芯片。

5.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线通信协议的指纹门禁系统，其特征在于：所述第一无线传输模块(6)和所述第二无线传输模块(12)均为采用LORA远程调制解调器的SX1276收发器，所述第一无线传输模块(6)和所述第二无线传输模块(12)的发生功率均为+20dBm，所述第一无线传输模块(6)和所述第二无线传输模块(12)的接收功率均为-148dBm。

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