基于ZigBee的无线联网门锁设计

黎红飞　王亚晶

摘要：本文提出一种基于ZigBee的无线联网门锁设计，在该系统中利用无线网络将门锁与小区物业联通，在安全运行的同时还具备实时监控机制。

关键词：ZigBee；无线联网；门锁

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）01-0031-01

目前，有线门禁系统仍占据市场较大份额，但由于成本高、维护困难且安全性较低，逐渐被淘汰。物联网技术的发展大大丰富了安防监控、智慧城市以及智能家居等领域，而无线联网门锁作为物联网技术的一种，具有十分明显的优势。利用门禁系统实时监控功能，有助于融合终端搜集数据，有助于人员考勤、重点监控以及进出流量，极为适合用于酒店、办公楼以及出租房等场所。

1 ZigBee技术概述

ZigBee技术是在IEEE802.15.4的基础上无线通信技术的一个标准，主要分布于868MHz、915MHz以及2.4GHz频带中。ZigBee技术能够促使网络设备长期处于休眠状态，从而降低功耗，即使是在两节电池的条件下也可以工作很长时间。ZigBee技术特点主要包括如下三个方面[1]：

（1）大容量。ZigBee网络理论容量高达60000以上，且只要满足ZigBee协议标准的网络，还能够进行不同网络之间的网间通信，从而提高ZigBee网络容量。（2）高安全。ZigBee不仅选用AES-128加密算法，还提供CRC完整检查数据包，提供鉴权和认证，确保不同应用满足自身安全特性。（3）可靠性高。选用物理跳频技术，若网络通信拥堵难以正常手法数据，那么ZigBee网络可以切换到空闲信道中，从而提高抗干扰性。APS实现应答回复功能，若没有得到应答，则需要重新传送。

2 系统设计

无线联网门锁系统设备包括发卡器、无线联网门锁、无线基站以及上位机等，具体的系统结构如图1所示，主要分为三个部分，第一部分是门禁管理软件终端、无线基站和上位機之间的有线网络，通过TCP/IP协议通信，第二部分是门锁和基站之间的无线网络，统一接口，整合系统平台，快速获取所需数据，提高通信效率，第三部分是移动终端和上机位之间的wifi网络，通过wifi网络相互连接，并完成管理、查询等工作。

3 硬件设计

3.1 基站设计

作为重要的数据中转站，无线基站起到枢纽的作用，实现ZigBee无线网络和TCP/IP网络对转换，具备通信协议转换、数据交互以及无线组网等功能，具体包括储存模块、电源模块、微控制器以及以太网转串口模块。无线基站向下作为ZigBee无线网络的构建，主要用于负责数据的收发工作，向上作为上机位的通信渠道，获取管理系统命令，并发送到无线门锁，上传进出记录、状态等信息，确保管理软件可以对无线门锁状况予以实时监控[2]。

3.2 无线联网门锁设计

可以说，无线联网门锁不仅要涵盖机械门锁的功能，还应该兼具数据通信功能，为此，无线门锁硬件组成主要包括指示模块、电机驱动模块、储存模块、RFID读卡模块、RTC实时时钟模块、电源模块、微控制器等，具体如图2所示。

无线联网门锁供电选择4节干电池，模块应用HT7333芯片，负责系统供电工作。RFID读卡模块选择MFRC522高集成度芯片，具有低功耗、低成本、低电压的特点。电机驱动模块运用程序控制端口，实现驱动电机的输电工作，通过锁芯转轴，完成开关门任务。为了尽可能的降低功耗，其中，下桥三极管选用NPN，上桥三极管选用PNP，因为微控制器最高输出电压为3.3V，难以完全截止PNP三极管，为此，本设计再加设NPN三极管，基于对其NPN控制而实现对PNP的控制，CC2530微控制器选用2.4GHz短天线和2.4G射频模块，于锁具中密封保存，确保门锁结构紧凑的同时发射功率不受影响。RTC实时时钟选用PCF8563日历芯片，供电来源为纽扣电池，用过计时功能，并定时中断输出，对CPU予以唤醒，尽可能的降低功耗。除此之外，微控制器还可以利用SDA数据线和SCL时钟线对其予以通信。储存模块为EEPROM，实现重要数据的保存，包括进出记录、卡片信息等，其中，指示模块涵盖LED等和蜂鸣器，针对实际的情况发出不同的信息[3]。

电源管理中的CC2530，共计有五种运行模式，主要包括PM1、PM2、PM3、空闲模式以及主动模式。结合不同的使用需求，切换不同的运行模式，以期达到更好的系统功能。主动模式是最常见的模式，PM3为功耗最低模式，切换不同的运行模式后，外设模块将会暂时关闭，提高系统性能。优化程序算法用于缩短唤醒时间，降低功耗。例如无线通信过程中，寄存器PCON=0x00，唤醒工作，实现数据数据交互，完成指定动作，结束后，更改为PCON=0x01，进入休眠模式，等待唤醒。

4 结语

综上所述，本文在分析了ZigBee技术之后，提出了基于ZigBee的无线联网门锁设计，具有安全性高、稳定性好等诸多优势，并在此基础上，大大降低系统功耗，能有效提升系统的服务质量，具有十分可观的发展前景。

参考文献

[1]王鑫，周孝华，李冬阳，等.基于ZigBee无线通讯技术的智能门锁设计[J].计算机光盘软件与应用，2015，（3）：304-305.

[2]熊磊，董奎勇，钱炜，等.基于ZigBee的无线网络系统的设计与实现[J].计算机技术与发展，2009，（4）：242-245.

[3]李鸿.ZigBee和GPRS双网家居智能门锁控制系统[J].自动化技术与应用，2017，（3）：44-48.