智能门禁系统控制方法的分析与设计

时间：2024-09-03

程瑶，孙霞，孙朝鹏

(安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽淮南 232001)

20世纪90年代，麻省理工学院首次提出物联网的概念，30年间物联网技术得到了长久地发展。生活水平的提高使人们更加注重安全意识，传统的门禁系统线路易老化、成本过高，安全性低等问题逐渐暴露，设计新型智能门禁系统大势所趋。目前，国内智能化门禁技术的起步较晚，但每年的市场增长速度较快，未来必定有足够的市场[1]。

1 系统总体设计

智能门禁控制系统主要由终端门禁节点、无线访问节点、云平台服务器和远程控制平台组成，系统结构图如图1所示。用户借助手机或者PC机可以监测控制终端门禁系统。旨在通过OneNET云平台访问和连接设备，允许用户建立帐户注册云平台的管理界面。智能门禁系统通过互联网连接的WiFi通信模块，访问OneNET云平台API，收集的数据发送到服务器，终端门禁节点同时接收和响应远端控制平台的命令[2]。

图1 智能门禁控制系统结构图

2 硬件设计

2.1 系统的硬件组成

本系统由STC15主控芯片，超声波范围测距模块，光照强度检测模块，WiFi的实时通信模块和多开关控制模块构成，STC15模块成为主芯片。系统设计的结构框图如图2所示。

图2 智能门禁控制系统硬件框图

2.2 各模块设计

2.2.1 主控芯片

本设计主控芯片采用STC15F2K60S2。所选用该单片微控制器具有计算能力强、能耗低、处理数据精准等特点。

2.2.2 WiFi通信模块

WiFi通信模块采用的是ESP8266芯片，通过此芯片可以使智能门禁系统与Android手机终端之间实现通信[3]。ESP8266的数据接收端RXD和数据发送端TXD分别与STC15F2K60S2上的TXD3和RXD3引脚相连，从而完成了数据的交换[4]。

2.2.3 超声波测距模块

HC-RS04超声波距离测量模块是具有广角测量和测量结果准确性的隔空感应目标传感器。超声波模块使用微控制器I/O端口触发范围，模块自动发送方位波，I/O端口保持高电平，传感器接收障碍物信息时转移到低电平，高电平的持续时间在信号发送过程中[5]。超声波测距公式：

(1)

式中：s是测量范围；v是声音传播速率；t是高电平维持的时间。

当超声波测距模块检测到有障碍物靠近且距离小于所设置的阈值时，表明有人即将通过门禁系统。此时，光强检测模块检测环境光线亮度，如果达到照明所预设的阈值条件，门禁系统将打开灯光照明。

2.2.4 光强检测模块

光强检测模块是用来检测环境光线亮度。光强检测模块的D0口输出的高低电平根据光源强度而变化[6]。单片机直接与D0口连接，通过检测高低电平来感知环境的光线变化[7]。光强检测模块检测到的光强数值到达预先设置的阈值时，说明此时周围环境较暗，在测距模块达到预设阈值的条件下，门禁系统打开灯光照明。

3 软件设计

3.1 系统软件设计

软件设计主要实现对系统终端门禁节点的状态进行数据采集，并且能够结合相关的应用进行控制[8]。先判断串口的缓存区是否有收到数据，收到数据后把数据存进数组变量，清空缓存区后，判断密码是否正确。若正确，则判断是开锁指令还是关锁指令。若为开锁指令，则打开电控锁并点亮LED提示灯，提醒用户记得关门；否则，复位电控锁关闭LED提示灯。控制器软件流程图如图3所示。

图3 控制器软件流程图

3.2 手机发送端APP

移动电话连到室内WiFi上，再用手机小程序监听该WiFi下设定的服务端，实现了移动电话与无线模块之间信息的交互[10]。二维码开发界面如图4所示。

图4 二维码开发界面图

用户如需办理微信小程序“通行证”需先与管理人员提交申请，管理人员会根据用户申请信息，在云平台数据库中会生成相应的用户信息，微信账户将是用户进行注册和辨别身份的标识。门禁系统的显示屏上会一直显示着该此处门禁系统的微信小程序二维码，用户只需微信扫取二维码，系统即可在后台判断该微信是否已在数据库中登记。若系统发现该微信号数据已在数据库中登记，小程序页面跳转到匹配身份信息成功界面，允许此用户进入。如果该用户信息无法与数据库匹配，如果改用户信息无法与数据库匹配，则不允许用户进入，小程序跳转界面。