基于云安全的多方式識(shí)別門禁系統(tǒng)控制端設(shè)計(jì)

申澤生，王曉晨，古昕玥，黃海

哈爾濱理工大學(xué) 軟件學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080

門禁系統(tǒng)作為新型現(xiàn)代化民用安全管理系統(tǒng)，集微機(jī)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和現(xiàn)代化安全管理措施為一體，它涉及電子、機(jī)械、光學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、生物技術(shù)等諸多新技術(shù)，是解決重要出入口實(shí)現(xiàn)安全防范管理的有效措施。但是隨著門禁系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用其安全和可靠方面暴露的問(wèn)題尤為突出，提高其安全性與可靠性迫在眉睫。本文所設(shè)計(jì)的門禁系統(tǒng)結(jié)合云安全和無(wú)線供電技術(shù)，支持指紋開(kāi)鎖、手機(jī)開(kāi)鎖、藍(lán)牙開(kāi)鎖多種開(kāi)鎖方式，在保證安全性的前提下極大提高了門禁系統(tǒng)的實(shí)用性和靈活性。

1 門禁系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案

文獻(xiàn)[1-2]中對(duì)各類門禁系統(tǒng)的分類和研究，并調(diào)查當(dāng)代門禁系統(tǒng)的特點(diǎn)及其發(fā)展方向，進(jìn)行了如下分析總結(jié)：

1)密碼識(shí)別式，即通過(guò)驗(yàn)證輸入密碼是否正確來(lái)控制識(shí)別其進(jìn)出門，目前較多用于酒店等公共場(chǎng)合[3]。其優(yōu)點(diǎn)是操作方便，用戶只需輸入密碼即可實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)門等操作，且成本低。其缺點(diǎn)是密碼容易泄露，外置設(shè)備可被暴力損壞或破解，安全性很差。

2)卡片識(shí)別式，又分為磁卡式、射頻卡式等。目前國(guó)內(nèi)外門禁使用最為廣泛的是基于RFID射頻卡識(shí)別方式的門禁系統(tǒng)。其原理是當(dāng)感應(yīng)卡接近讀卡機(jī)時(shí),系統(tǒng)讀取到合法的卡信號(hào)后,繼電器工作使門控鎖自動(dòng)打開(kāi)[4]。該方式具有操作方便、數(shù)據(jù)保密性強(qiáng)以及可靠性水平高等多個(gè)方面的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)[5]。但是該識(shí)別方式的門禁系統(tǒng)進(jìn)出門必需攜帶卡片，且卡片一旦丟失或被復(fù)制，會(huì)使其安全性大大降低。

3)網(wǎng)絡(luò)載體性識(shí)別式，即采用局域網(wǎng)、公網(wǎng)、藍(lán)牙或短信等傳輸方式的門禁[6]，該類識(shí)別方式的門禁系統(tǒng)大多使用智能手機(jī)為識(shí)別方式，使用方便；通訊部分采用各類算法加密，安全性較高，還可基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，管理方便；但其對(duì)條件要求較高，在網(wǎng)絡(luò)通信不良或無(wú)網(wǎng)絡(luò)通信的情況下無(wú)法運(yùn)行。

4)生物特征識(shí)別式，該方式采用了人體生物特征進(jìn)行身份認(rèn)證的一種生物識(shí)別技術(shù)[7]。其原理是通過(guò)各類傳感器，采集人體固有的生理特征，運(yùn)用計(jì)算機(jī)等工具進(jìn)行數(shù)字化處理，并將數(shù)字信號(hào)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。目前國(guó)內(nèi)外門禁系統(tǒng)主要使用指紋、虹膜、人臉、掌紋等識(shí)別方式[8-10]。生物識(shí)別技術(shù)是當(dāng)今社會(huì)數(shù)字化時(shí)代中最高級(jí)的安全密鑰技術(shù)，使用該識(shí)別方式，安全性極好；無(wú)須攜帶設(shè)備，識(shí)別方便高效；不易復(fù)制。但其對(duì)環(huán)境要求較高，在照明不良的情況無(wú)法識(shí)別，或者在指紋掌紋受損時(shí)無(wú)法識(shí)別。且采用該類識(shí)別方式成本普遍較高。

現(xiàn)有的門禁系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)有：受地域限制，只能在門禁系統(tǒng)安裝處附近執(zhí)行權(quán)限操作；受時(shí)域限制，無(wú)法查詢長(zhǎng)期的門禁進(jìn)出記錄；采用RFID、指紋、密碼等單一識(shí)別技術(shù)，存在發(fā)生遺失、被盜、復(fù)制、泄露的風(fēng)險(xiǎn)；受市電和后備電源的限制，長(zhǎng)時(shí)間斷電且無(wú)法及時(shí)恢復(fù)市電供應(yīng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致無(wú)法操作；室外存在常駐型信息輸入設(shè)備，易因暴力破環(huán)、非法盜竊而造成損失；忘帶識(shí)別卡，遺忘開(kāi)鎖密碼等情況下會(huì)為用戶增加不必要的麻煩；室內(nèi)無(wú)人且室內(nèi)漏電保護(hù)器斷開(kāi)情況下，會(huì)導(dǎo)致門禁系統(tǒng)無(wú)電力供應(yīng)而門禁鎖死會(huì)門禁失效。種種問(wèn)題表明現(xiàn)有門禁系統(tǒng)需要一個(gè)可行的方案來(lái)提高門禁系統(tǒng)的安全性與可靠性。

為解決上述的問(wèn)題，業(yè)界也做出了努力。最新的解決方案被應(yīng)用在私人住所方面，該方案以指紋識(shí)別和RFID為主要識(shí)別方案，可以以短信的方式遠(yuǎn)程授權(quán)臨時(shí)密碼供臨時(shí)限時(shí)或限次出入；在緊急斷電的極端問(wèn)題上采用了預(yù)留Micro USB接口，用戶可以通過(guò)該接口臨時(shí)提供5 V電源；在門禁記錄查詢上采用了互聯(lián)網(wǎng)傳輸至用戶APP的方式，使用戶可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下查詢門禁記錄；同時(shí)為進(jìn)一步提高可靠性，該方案還保留了以機(jī)械鑰匙開(kāi)鎖的方式。這個(gè)解決方案較大幅度地提高門禁系統(tǒng)的安全性和可靠性，也在私人住所方面體現(xiàn)了較高的適用性，但同時(shí)暴露出很多問(wèn)題。這種多方式識(shí)別增加了用戶對(duì)身份信息管理的負(fù)擔(dān)和遺失的風(fēng)險(xiǎn)。室外仍然存在常駐型信息采集設(shè)備，且緊急外部供電使用功率較小的電源設(shè)備使其在驅(qū)動(dòng)大型電子門鎖時(shí)表現(xiàn)為供電不足。

鑒于現(xiàn)有門禁系統(tǒng)及其現(xiàn)存解決方案的以上現(xiàn)狀，本文將時(shí)下最熱的云安全技術(shù)和移動(dòng)支付技術(shù)與門禁系統(tǒng)相結(jié)合，同時(shí)摒棄應(yīng)用較廣的幾種識(shí)別方案，將手機(jī)這個(gè)融入人們生活、并逐漸成為人們寸步不離的智能電子設(shè)備作為主要識(shí)別方案。在緊急供電方面，前瞻性的將無(wú)線輸電技術(shù)應(yīng)用于門禁系統(tǒng)，真正的做到了室外無(wú)常駐設(shè)備，顯著地提高了門禁系統(tǒng)的安全性和可靠性。而得益于智能手機(jī)的發(fā)展，用戶在管理門禁系統(tǒng)時(shí)能夠做到不受時(shí)間和空間的限制，提高對(duì)門禁系統(tǒng)的掌控能力。

該門禁系統(tǒng)主要分為物理控制端和云服務(wù)器端兩部分，本文將主要介紹物理控制端的設(shè)計(jì)。

門禁系統(tǒng)物理控制端設(shè)計(jì)主要由4部分組成，如圖1所示分別為門禁終端、云安全服務(wù)器、客戶端載體和無(wú)線供電與指紋識(shí)別模塊。根據(jù)每部分的通訊需求，兩兩之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙和蜂窩數(shù)據(jù)3種方式中的一種或多種互聯(lián)。

圖1 門禁系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

該門禁系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了如下幾種開(kāi)鎖方式：1)首選：使用智能手機(jī)APP因特網(wǎng)開(kāi)鎖，通過(guò)智能手機(jī)、云服務(wù)器、門禁主控3部分因特網(wǎng)連接實(shí)現(xiàn)。2)次選：在手機(jī)無(wú)網(wǎng)絡(luò)連接或主控?zé)o網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，可通過(guò)電腦登錄服務(wù)器遠(yuǎn)程控制開(kāi)鎖；或使用手機(jī)APP藍(lán)牙開(kāi)鎖，該方式通過(guò)手機(jī)和門禁主控通過(guò)藍(lán)牙連接實(shí)現(xiàn)。3)特殊情況：在沒(méi)有攜帶手機(jī)、室內(nèi)斷網(wǎng)斷電時(shí)，可選擇無(wú)線供電的指紋設(shè)備開(kāi)鎖；使用時(shí)，將該設(shè)備放在門的特定位置，即可實(shí)現(xiàn)室外向室內(nèi)供電，并通過(guò)指紋判斷使用者權(quán)限進(jìn)行開(kāi)鎖。

2 門禁系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 門禁終端的硬件設(shè)計(jì)

針對(duì)門禁終端的任務(wù)量、IO需求、性價(jià)比，文中選用基于ARM核心的32位微控制器STM32 F103 C8T6作為門禁終端的主控芯片。其硬件設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

圖2 門禁終端硬件設(shè)計(jì)

1)門鎖電路設(shè)計(jì)

門禁終端有常開(kāi)型和常閉型門鎖輸出，可提供最大12 V/5 A的門鎖驅(qū)動(dòng)電流。常開(kāi)型門鎖接口連接到繼電器的ON端，常閉型門鎖接口則連接到NC端，以適用用戶自行根據(jù)安裝情況購(gòu)置的磁吸門鎖或電磁門鎖。

主控芯片通過(guò)GPIO驅(qū)動(dòng)ULN2003復(fù)合晶體管陣列放大電流，進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)2個(gè)單刀雙擲繼電器。雙繼電器設(shè)計(jì)是為了提高門禁系統(tǒng)可靠性，起到一個(gè)備份作用。繼電器的輸出端電壓跳變會(huì)通過(guò)雙路光耦進(jìn)行光電隔離后反饋到主控芯片。正常情況下由繼電器1執(zhí)行開(kāi)啟關(guān)閉操作，當(dāng)繼電器1沒(méi)有做出相應(yīng)的操作時(shí)，主控芯片會(huì)操縱繼電器2執(zhí)行操作并發(fā)出異常警報(bào)。

2)接近傳感器和震動(dòng)傳感器

接近傳感器用于檢測(cè)出入口是否關(guān)閉，震動(dòng)傳感器用于檢測(cè)出入口劇烈震動(dòng)以判斷是否有人暴力開(kāi)鎖。這些被檢測(cè)到的信息和上述繼電器電平跳變等，即為門禁終端需定時(shí)上報(bào)云安全服務(wù)器的出入口安全狀況。接近傳感器也用于出入口開(kāi)啟后提醒用戶及時(shí)關(guān)閉。室內(nèi)開(kāi)關(guān)用于出入口內(nèi)無(wú)驗(yàn)證開(kāi)啟出入口。接近傳感器、震動(dòng)傳感器通過(guò)GPIO口為主控和芯片提供數(shù)字信號(hào)，室內(nèi)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作則會(huì)引起主控芯片的一個(gè)中斷。

3)網(wǎng)絡(luò)通信模塊

網(wǎng)絡(luò)通信部分采用ESP8266 WIFI芯片，其高集成度、低功耗和易用性在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域獲得了肯定,是實(shí)現(xiàn)基于WIFI遠(yuǎn)程控制的最好選擇[11]。ESP8266具有SoftAP和Station共2種工作方式，可使用AT指令對(duì)其配置。在門禁系統(tǒng)初次安裝運(yùn)行時(shí)，采用其SoftAP模式，使用手機(jī)連接ESP8266對(duì)門禁進(jìn)行主控入網(wǎng)配置和初始化等操作；在系統(tǒng)非初次運(yùn)行中，使用其Station模式連接來(lái)自路由器或其他信號(hào)源的WIFI熱點(diǎn)信號(hào)，采用TCP/IP協(xié)議與服務(wù)器數(shù)據(jù)通信。ESP8266通過(guò)串口2與主控連接。在實(shí)際運(yùn)行中，ESP8266實(shí)時(shí)接收主控的數(shù)據(jù)并上傳到云服務(wù)器，同時(shí)會(huì)接收來(lái)自云服務(wù)器的指令(例如開(kāi)關(guān)門)，然后通過(guò)串口發(fā)送給門禁主控，進(jìn)行相應(yīng)指令操作。

4)藍(lán)牙通信模塊

藍(lán)牙通訊部分采用具有安全加密的較為成熟的HC-05藍(lán)牙模塊[12]，通過(guò)串口3與主控連接，該藍(lán)牙模塊作從機(jī)使用。HC藍(lán)牙具有命令工作模式和自動(dòng)連接工作模式。首先在命令工作模式下使用AT指令對(duì)HC-05 藍(lán)牙串口通訊模塊配置，將主機(jī)與從機(jī)藍(lán)牙地址匹配，實(shí)現(xiàn)特定的2個(gè)藍(lán)牙地址的互聯(lián)。然后再自動(dòng)連接工作模式，最終實(shí)現(xiàn)門禁終端和智能手機(jī)、門禁終端和無(wú)線電指紋模塊的藍(lán)牙通信需求。

2.2 指紋識(shí)別模塊的硬件設(shè)計(jì)

指紋識(shí)別模塊同樣采用STM32 F103 C8T6微控制器作為主控芯片，通過(guò)USART和SPI分別連接HC05藍(lán)牙2.0芯片和ATK-AS608光學(xué)指紋識(shí)別模塊，其硬件設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

圖3 無(wú)線供電與指紋識(shí)別模塊硬件設(shè)計(jì)

1)指紋識(shí)別模塊

ATK-AS608光學(xué)指紋識(shí)別模塊集成了高精度指紋算法，具有識(shí)別時(shí)間小于0.3 s、拒識(shí)率(false reject rate, FRR)小于1%、誤識(shí)率(false accept rate, FAR)小于0.001%且能存儲(chǔ)300枚指紋等優(yōu)良特性[13]。其原理是通過(guò)光學(xué)發(fā)射裝置將光線射出，然后用CMOS或CCD陣列攝取反射光，經(jīng)圖像處理等算法后以獲得指紋數(shù)據(jù)，通過(guò)與提前錄入的指紋比對(duì)來(lái)判斷指紋是否匹配成功[14]。

2)藍(lán)牙通信模塊

該部分的HC05藍(lán)牙芯片與門禁終端藍(lán)牙芯片相同，作從機(jī)使用。與門禁終端的藍(lán)牙芯片從機(jī)完成數(shù)據(jù)傳輸。

2.3 無(wú)線供電的電路設(shè)計(jì)

由于門禁終端所需功率參數(shù)要求較高，故采取磁耦合共振技術(shù)，該設(shè)計(jì)方式具有轉(zhuǎn)換效率高、噪聲串?dāng)_小、對(duì)人體健康安全損害小等優(yōu)點(diǎn)[15]。整體設(shè)計(jì)分為發(fā)射端和接收端2部分。

1)頻率產(chǎn)生電路

如圖4所示。發(fā)射端通過(guò)配置LTC6900選頻震蕩電路，產(chǎn)生一個(gè)固定的300 kHz震蕩矩形波。外圍電路需使用60 kΩ的RSET，以達(dá)到300 kHz的設(shè)計(jì)要求；本設(shè)計(jì)采用精密電位器構(gòu)成，方便調(diào)節(jié)。L1電感是避免后級(jí)電路信號(hào)對(duì)振蕩器產(chǎn)生干擾，使振蕩器輸出波形混亂。

圖4 頻率產(chǎn)生電路

2)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

如圖5所示，震蕩矩形波經(jīng)過(guò)74LS86雙輸入四異或門，得到2路完全互補(bǔ)的PWM波。圖6為全橋驅(qū)動(dòng)電路，相比于半橋具有更高的驅(qū)動(dòng)VPP。本設(shè)計(jì)采用了TPS28225單輸入MOS管驅(qū)動(dòng)器。電路工作時(shí)MOS管Q1和Q2會(huì)交替導(dǎo)通，使中間輸出PWM波形。

圖5 產(chǎn)生反向PWM波

圖6 全橋驅(qū)動(dòng)電路

3)發(fā)射電路設(shè)計(jì)

發(fā)射電路由圖6的電容C10和輸電電感線圈L2構(gòu)成。由于電感與線圈長(zhǎng)度成正比、與走線寬度成反比，而以上參數(shù)又與實(shí)際線圈占用面積成正比。因此在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，取得一個(gè)既符合系統(tǒng)功率要求又能使電路大小較為美觀的線圈長(zhǎng)度和走線寬度的平衡值至關(guān)重要。本設(shè)計(jì)電路在正常情況下電感線圈應(yīng)為6～15匝，我們選用了半徑15 cm、線徑0.25 mm、10匝的線圈，可實(shí)現(xiàn)在最大12 cm的距離完成功率為15 W的無(wú)線輸電。

4)接收電路設(shè)計(jì)

接收端電路與發(fā)射端類似，其受電電感線圈與輸電電感線圈相同，電流經(jīng)橋式電路整流和穩(wěn)壓模塊后，分別得到15、5、3.3 V直流電壓供系統(tǒng)所需。因?yàn)轭l率較高，所以本設(shè)計(jì)的橋式整流電路中，采用了頻率和功率等參數(shù)較大的肖特基整流二極管。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 門禁終端的軟件設(shè)計(jì)

門禁終端作為門禁系統(tǒng)中安裝在出入口的7×24 h工作的一部分，除丟失電能外不會(huì)自動(dòng)結(jié)束程序。以C語(yǔ)言編寫，開(kāi)發(fā)環(huán)境為Keil uVision 5。

1)系統(tǒng)首次使用

門禁系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行后，首先初始化系統(tǒng)并檢測(cè)是否初次安裝使用，初次使用將指引用戶對(duì)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，然后在云安全服務(wù)器建立新的賬戶并配置和關(guān)聯(lián)門禁終端到賬戶，還需要錄入指紋等操作。其流程如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)初始化流程

2)系統(tǒng)主函數(shù)設(shè)計(jì)

門禁系統(tǒng)初始化檢測(cè)完成后，進(jìn)入正常工作模式，循環(huán)判斷各傳感器和模塊的標(biāo)識(shí)變量，并對(duì)標(biāo)識(shí)變量進(jìn)行相應(yīng)的處理判斷。其流程圖如圖8所示。

圖8 主函數(shù)循環(huán)流程

當(dāng)判斷有開(kāi)門指令下達(dá)時(shí)，進(jìn)行開(kāi)門操作，并上傳到云服務(wù)器；將定時(shí)器2的3 s計(jì)時(shí)中斷打開(kāi)，以實(shí)現(xiàn)3 s自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)震動(dòng)標(biāo)識(shí)變量被配置時(shí)，蜂鳴器警報(bào)處理，并上報(bào)給云安全服務(wù)器應(yīng)急處理。當(dāng)云服務(wù)器無(wú)響應(yīng)時(shí)，將數(shù)據(jù)存取EEPROM，在數(shù)據(jù)連接后再發(fā)送給云服務(wù)器。其中斷優(yōu)先級(jí)如表1所示。

表1 各中斷觸發(fā)配置

3)系統(tǒng)中斷設(shè)計(jì)

中斷設(shè)計(jì)如表1所示。門禁系統(tǒng)中斷正常使用室內(nèi)供電，當(dāng)系統(tǒng)使用外部無(wú)線供電時(shí)，會(huì)觸發(fā)外部中斷，并配置無(wú)線供電標(biāo)識(shí)變量。室內(nèi)開(kāi)關(guān)會(huì)觸發(fā)外部中斷，并配置室內(nèi)開(kāi)關(guān)標(biāo)識(shí)變量。常開(kāi)型紅外接近傳感器在檢測(cè)到有物體遮擋時(shí)會(huì)觸發(fā)外部中斷，并配置接近傳感器標(biāo)識(shí)變量。震動(dòng)傳感器在檢測(cè)到有暴力開(kāi)鎖等巨大震動(dòng)時(shí)，會(huì)觸發(fā)外部中斷，并將配置震動(dòng)傳感器標(biāo)識(shí)變量。當(dāng)外部手機(jī)藍(lán)牙連接或指紋藍(lán)牙模塊連接時(shí)，連接藍(lán)牙的USART3的接收中斷在收到正確密鑰指令后，會(huì)配置相應(yīng)的手機(jī)藍(lán)牙或指紋藍(lán)牙標(biāo)識(shí)變量。 門禁主控每3 s向云服務(wù)器上傳一次心跳包，由定時(shí)器3控制，當(dāng)其3 s中斷觸發(fā)后，會(huì)配置心跳包上傳標(biāo)識(shí)變量。ESP8266連接USART2，門禁收到云安全服務(wù)器的密鑰后會(huì)觸發(fā)USART2接收中斷，此時(shí)驗(yàn)證數(shù)據(jù)并解析，若為開(kāi)門指令則配置服務(wù)器開(kāi)門標(biāo)識(shí)變量；各類中斷配置完相應(yīng)的標(biāo)識(shí)變量后退出中斷，并進(jìn)入主程序循環(huán)判斷。

3.2 指紋識(shí)別模塊的軟件設(shè)計(jì)

該無(wú)線供電與指紋識(shí)別模塊的主控芯片與門禁終端相同，其開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)環(huán)境也與門禁終端相同，其流程如圖9所示。模塊開(kāi)啟后，該模塊主控系統(tǒng)通過(guò)本模塊的藍(lán)牙，自動(dòng)連接門禁終端的藍(lán)牙，連接成功后進(jìn)入待機(jī)模式，該模式下將一直檢測(cè)是否有指紋放置在指紋傳感器的識(shí)別器上；當(dāng)合法指紋放置時(shí)，進(jìn)入指紋中斷并且標(biāo)識(shí)變量被配置，該模塊主控通過(guò)該模塊藍(lán)牙發(fā)送密鑰給室內(nèi)主控藍(lán)牙；信息發(fā)送完畢后返回待機(jī)模式。

圖9 中斷觸發(fā)流程

4 門禁系統(tǒng)的整體驗(yàn)證

4.1 門禁主控實(shí)物圖

圖10為門禁主控實(shí)物圖，集成了WIFI傳輸、藍(lán)牙通信、震動(dòng)傳感器、LED屏幕等模塊，裝置在室內(nèi)。圖11為指紋識(shí)別與無(wú)線供電實(shí)物圖，上面的部分為無(wú)線供電模塊，主要由2個(gè)線圈及其電路構(gòu)成，其中一個(gè)線圈放置于室內(nèi)用于接收無(wú)線電；下面的部分為指紋識(shí)別模塊，包含指紋傳感器和藍(lán)牙模塊，用于在室外操作門鎖狀態(tài)，操作進(jìn)程可通過(guò)OLED顯示屏查看。

圖10 門禁主控

圖11 指紋識(shí)別與無(wú)線供電

4.2 門禁主控與指紋模塊測(cè)試

在軟件開(kāi)發(fā)時(shí)，我們分別測(cè)試了服務(wù)器開(kāi)門指令，藍(lán)牙開(kāi)門指令，接近傳感器開(kāi)門指令等操作，并將測(cè)試結(jié)果通過(guò)調(diào)試串口打印出來(lái)。如圖12所示，測(cè)試結(jié)果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

圖12 主控測(cè)試結(jié)果

4.3 無(wú)線供電測(cè)試

對(duì)于無(wú)線供電方面，我們使用示波器、直流穩(wěn)壓電源、電能表等工具進(jìn)行測(cè)試和檢驗(yàn)。在15 V的直流穩(wěn)壓電壓下，使用DS1052示波器測(cè)得發(fā)射端諧振頻率和電壓幅值與計(jì)算預(yù)期基本吻合。如圖13所示。

圖13 無(wú)線供電測(cè)試

5 門禁系統(tǒng)的性能測(cè)試

完成門禁系統(tǒng)的整體硬件和軟件設(shè)計(jì)后，首先使用了分部調(diào)試法對(duì)每一部分存在的設(shè)計(jì)缺陷進(jìn)行了修補(bǔ)完善。為測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行正常，還需進(jìn)一步使用整體調(diào)試法進(jìn)行整體驗(yàn)證。測(cè)試環(huán)境為門禁終端WIFI連接家用路由器，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為20 M寬帶。

為模擬各種情況下的用戶實(shí)際使用狀態(tài)，我們進(jìn)行了如表2的多個(gè)應(yīng)用情景測(cè)試，測(cè)試指標(biāo)為開(kāi)啟指令下達(dá)到出入口開(kāi)啟耗時(shí)(精確度為1 s)。

表2 門禁系統(tǒng)應(yīng)用情景測(cè)試表

6 結(jié)論

本系統(tǒng)將時(shí)下最前沿的無(wú)線供電技術(shù)、云安全技術(shù)結(jié)合到門禁系統(tǒng)上，輔以藍(lán)牙近場(chǎng)通訊、WIFI無(wú)線通訊和指紋識(shí)別，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)高可靠性、高安全性的門禁系統(tǒng)。

1)將該系統(tǒng)與移動(dòng)支付軟件結(jié)合，用戶可實(shí)現(xiàn)線上無(wú)現(xiàn)金定期房屋出租，與即時(shí)通訊軟件結(jié)合可實(shí)現(xiàn)出入口安全信息訂閱推送。

2)以客戶端載體尤其是以智能手機(jī)為主要驗(yàn)證方式極大限度方便了用戶對(duì)身份信息的管理，而手機(jī)本身的Touch ID和Face ID解鎖認(rèn)證方式能夠保證門禁系統(tǒng)的安全性。

3)云安全服務(wù)器的信息分析與應(yīng)對(duì)建議為用戶節(jié)省了管理門禁系統(tǒng)所耗費(fèi)的精力，使門禁系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單易用。

4)通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)使得出入口外無(wú)門禁系統(tǒng)組成部分，將脆弱的電子設(shè)備保護(hù)于堅(jiān)韌的安全門內(nèi)，使門禁系統(tǒng)免遭非法破壞。

上述優(yōu)點(diǎn)使得本系統(tǒng)能夠靈活運(yùn)用于住所、工廠、倉(cāng)庫(kù)、實(shí)驗(yàn)室等具有民用安全管理需求的地方，同時(shí)對(duì)其他的安全防范管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也具有一定的指導(dǎo)作用。