一種基于可見光通信的門禁系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于可見光通信的門禁系統(tǒng)，包括光鑰匙模塊和光控鎖模塊；通過所述光鑰匙來發(fā)出開鎖密碼，把密碼信息加載到所述光鑰匙的LED燈上，通過自由空間，將信息傳遞到所述光控鎖的光電接收器上，通過比對(duì)信息來控制門鎖的關(guān)閉和開啟。該系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保，安全性高，可以廣泛的應(yīng)用于賓館、寫字樓等應(yīng)用場(chǎng)合。
【專利說明】
一種基于可見光通信的門禁系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及可見光通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于可見光通信的門禁系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，門禁系統(tǒng)是一種對(duì)出入口進(jìn)行管理的系統(tǒng)。門禁系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)很長(zhǎng)的過程，從早期的機(jī)械門鎖一直發(fā)展到現(xiàn)在基于無(wú)線射頻的電子門鎖。機(jī)械門鎖是一個(gè)典型的純粹的機(jī)械裝置，不管設(shè)計(jì)的多么精巧，使用的材質(zhì)多么的堅(jiān)硬，人們總是可以通過外力把它打開。而且，機(jī)械門鎖不方便進(jìn)行鑰匙的管理。在人流量較多的辦公室、酒店等，如果有一個(gè)人丟失了鑰匙，那么就要進(jìn)行門鎖的更換，十分麻煩。出于這些問題的考慮，人們研制了電子磁卡鎖和電子密碼鎖。電子磁卡鎖和電子密碼鎖能很好的解決了上面的問題，使門禁系統(tǒng)發(fā)展到了一個(gè)全新的高度。但是，它們也暴露出了很多缺點(diǎn)和問題。比如，電子磁卡鎖的讀卡機(jī)和卡片的磨損比較大，卡片上的開鎖信息容易被復(fù)制，在安全方面有著很大的隱患。電子密碼鎖的在安全性方面的問題就更加的突出，由于它是基于無(wú)線技術(shù)，密碼特別容易被泄露，安全問題不容忽視。目前，無(wú)線門禁系統(tǒng)主要采用無(wú)線射頻技術(shù)，該技術(shù)有很好的穿透性，然而這一特性又使得無(wú)線射頻信號(hào)容易被電磁干擾，被截獲復(fù)制，造成開鎖的信息泄漏而導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)損失。
[0003]隨著白光LED器件的發(fā)展，可見光通信技術(shù)得到了越來越多的重視?？梢姽鉄o(wú)線通信系統(tǒng)主要由光信號(hào)發(fā)射端和光信號(hào)接收端組成。在發(fā)送端，電信號(hào)經(jīng)放大、濾波等處理后，調(diào)制到LED器件上實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換。在接收端，通過光電檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，并經(jīng)過相關(guān)信號(hào)處理單元還原出原始信息。
[0004]目前的無(wú)線門禁系統(tǒng)容易被電磁干擾，傳輸?shù)姆较虿豢煽?，密碼容易被截獲。然而可見光通信是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸模式，具有保密性好的優(yōu)點(diǎn)。因此，可以將可見光通信技術(shù)與門禁技術(shù)相結(jié)合，具有廣闊的運(yùn)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的發(fā)明目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)方法的不足，提供了一種節(jié)能環(huán)保，安全性高，可以廣泛的應(yīng)用于賓館、寫字樓等應(yīng)用場(chǎng)合，將將可見光通信技術(shù)與門禁技術(shù)相結(jié)合的基于可見光通信的門禁系統(tǒng)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，提出了如下技術(shù)方案:
[0007]—種基于可見光通信的門禁系統(tǒng)，包括光鑰匙模塊和光控鎖模塊;通過所述光鑰匙來發(fā)出開鎖密碼，把密碼信息加載到所述光鑰匙的LED燈上，通過自由空間，將信息傳遞到所述光控鎖的光電接收器上，通過比對(duì)信息來控制門鎖的關(guān)閉和開啟；
[0008]所述光鑰匙模塊包括密鑰控制模塊、處理器模塊、LED驅(qū)動(dòng)模塊、白光LED;所述密鑰控制模塊控制處理器模塊產(chǎn)生秘鑰信息，信號(hào)通過LED驅(qū)動(dòng)模塊，把信號(hào)加載到LED燈上。所述光控鎖模塊包括光電檢測(cè)模塊、信號(hào)處理模塊、處理器模塊、光鎖受控模塊，所述光電檢測(cè)模塊接收到光信號(hào)，對(duì)光信號(hào)進(jìn)行處理，把信號(hào)送入處理器模塊，處理器模塊對(duì)密鑰信息進(jìn)行匹配檢測(cè)，從而產(chǎn)生受控信號(hào)控制光鎖的開啟或閉合。
[0009]所述基于可見光通信的無(wú)線門禁系統(tǒng)采用STC12C2052AD高速單片機(jī)做為主控芯片，利用單片機(jī)串口通信原理，實(shí)現(xiàn)光鑰匙模塊控制光密碼鎖模塊，從而實(shí)現(xiàn)門鎖的開啟或關(guān)閉。
[0010]本技術(shù)方案中待發(fā)送密鑰為TTL電平信號(hào)，S卩+5V表示高電平〃1〃，OV表示低電平〃0〃。由于STC12C2052AD單片機(jī)I/O 口驅(qū)動(dòng)能力有限，無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)LED實(shí)現(xiàn)密鑰(TTL電平)信息發(fā)送。因此，需設(shè)計(jì)LED驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到光信號(hào)的轉(zhuǎn)換?；赥TL信號(hào)電平特點(diǎn)，選用低成本、小體積PNP型貼片三極管S8550及其相關(guān)外圍器件，構(gòu)成了LED驅(qū)動(dòng)電路。
[0011]光鑰匙是基于單片機(jī)STC12C2052AD設(shè)計(jì)的一種發(fā)送端。光鑰匙可以發(fā)送不同的密鑰，通過不同的密鑰不僅可以打開門鎖，還可以實(shí)現(xiàn)其他的功能。所述光鑰匙模塊不是一個(gè)簡(jiǎn)單的一對(duì)一的裝置，而是一個(gè)一對(duì)多的裝置。
[0012]所述光鎖受控模塊包括光電接收模塊、譯碼判決模塊、處理器模塊、光鎖受控模塊、電源模塊;其中，光電檢測(cè)器來接收攜帶數(shù)據(jù)信息的光束，通過光電轉(zhuǎn)換把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，通過前置放大模塊對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大，電信號(hào)經(jīng)過譯碼判決模塊，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)輸入到處理器STC12C2052AD進(jìn)行處理。
[0013]所述光電檢測(cè)器為PIN光電二極管。成本較低，而且易于實(shí)現(xiàn)。
[0014]該發(fā)明的有益效果:
[0015]本發(fā)明中所述基于可見光通信的無(wú)線門禁系統(tǒng)采用STC12C2052AD高速單片機(jī)做為主控芯片，利用單片機(jī)串口通信原理，實(shí)現(xiàn)光鑰匙模塊控制光密碼鎖模塊，從而實(shí)現(xiàn)門鎖的開啟或關(guān)閉。和傳統(tǒng)的51單片機(jī)相比，STC12C2052AD具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)性價(jià)比高，STC12C2052AD的電路比較簡(jiǎn)單，價(jià)格相對(duì)比較低廉；(2)STC 12C2052AD采用單時(shí)鐘/機(jī)器周期的模式，一些指令的執(zhí)行和51單片機(jī)相比，速度是51單片機(jī)的3?24倍；(3)對(duì)于傳統(tǒng)51單片機(jī)編寫的程序可以直接用于STC12C2052AD單片機(jī)，不需要重新進(jìn)行編寫程序。
[0016]光鑰匙可以發(fā)送不同的密鑰，通過不同的密鑰不僅可以打開門鎖，還可以實(shí)現(xiàn)其他的功能。所述光鑰匙模塊不是一個(gè)簡(jiǎn)單的一對(duì)一的裝置，而是一個(gè)一對(duì)多的裝置。
【附圖說明】
[0017]圖1是基于可見光通信的門禁系統(tǒng)框圖；
[0018]圖2是處理器模塊電路圖；
[0019]圖3是LED驅(qū)動(dòng)電路圖；
[0020]圖4是人機(jī)交互電路圖；
[0021]圖5是電源電路；
[0022]圖6是光電檢測(cè)模塊電路圖；
[0023]圖7是電壓比較電路圖；
[0024]圖8是門鎖及LED驅(qū)動(dòng)電路；
[0025]圖9是電壓轉(zhuǎn)化電路；
[0026]圖10是反壓電路。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一種基于可見光通信的門禁系統(tǒng)作進(jìn)一步詳盡描述:
[0028]如圖1所示，一種基于可見光通信的門禁系統(tǒng)，包括光鑰匙模塊和光控鎖模塊;通過所述光鑰匙來發(fā)出開鎖密碼，把密碼信息加載到所述光鑰匙的LED燈上，通過自由空間，將信息傳遞到所述光控鎖的光電接收器上，通過比對(duì)信息來控制門鎖的關(guān)閉和開啟；所述光鑰匙模塊包括密鑰控制模塊、處理器模塊、LED驅(qū)動(dòng)模塊、白光LED;所述密鑰控制模塊控制處理器模塊產(chǎn)生秘鑰信息，信號(hào)通過LED驅(qū)動(dòng)模塊，把信號(hào)加載到LED燈上。所述光控鎖模塊包括光電檢測(cè)模塊、信號(hào)處理模塊、處理器模塊、光鎖受控模塊，所述光電檢測(cè)模塊接收到光信號(hào)，對(duì)光信號(hào)進(jìn)行處理，把信號(hào)送入處理器模塊，處理器模塊對(duì)密鑰信息進(jìn)行匹配檢測(cè)，從而產(chǎn)生受控信號(hào)控制光鎖的開啟或閉合。
[0029]如圖2所示，所述基于可見光通信的無(wú)線門禁系統(tǒng)采用STC12C2052AD高速單片機(jī)做為主控芯片，STC12C2052AD共有20個(gè)管腳，VCC(20管腳)和+5V電源相連，GND(10管腳)接參考低。處于設(shè)計(jì)方便的目的，其余管腳全部通過標(biāo)號(hào)引出，相同標(biāo)號(hào)表示兩者之間具有相同的電氣連接。C5，Y1，C6組成晶振電路，它產(chǎn)生單片機(jī)所需要的時(shí)鐘頻率。Cl，R1組成復(fù)位電路和STC12C2052AD的Rst管腳(I管腳)相連接。下載接口與USB轉(zhuǎn)TTL(PL2303/CH340)下載線相連，便于向單片機(jī)燒寫程序時(shí)使用。
[0030]P3.0/Rx D(2管腳)為串口數(shù)據(jù)的輸入端I/O接口。
[0031]P3.1/Tx D(3管腳)為串口數(shù)據(jù)輸出端I/O接口。P3.2/INT0(管腳6)為外部中斷01/O 口。P3.3/INT1 (管腳7)為外部中斷11/0 口。P3.4/T0(8管腳)為外計(jì)算器外部時(shí)鐘輸入腳/定時(shí)器和計(jì)數(shù)器O外部時(shí)鐘輸入I/O 口。Ρ3.5/Τ1(管腳9)為脈沖調(diào)制輸出I/可編程門陣列輸入腳/定時(shí)器和計(jì)數(shù)器I外部時(shí)鐘輸入I/O 口。
[0032]Pl.0?Pl.7為標(biāo)準(zhǔn)I/O口 /AD轉(zhuǎn)換通道。
[0033]發(fā)射端電路信號(hào)主要是通過STC12C2052AD進(jìn)行處理，通過P3.1/Tx D(3管腳)口把處理好的信號(hào)發(fā)出，然后通過驅(qū)動(dòng)電路，把信號(hào)加載到LED燈上發(fā)出。
[0034]如圖3所示，S8550L基極管腳(I腳)通過限流電阻R2與單片機(jī)P3.1(Tx D)管腳相連。其發(fā)射極管腳(2腳)與LED光源低電平輸入管腳相連。電容C4起濾波作用，濾除電源高頻噪聲。集電極管腳(3腳)接地。當(dāng)Ρ3.1 口輸出高電平時(shí)，三極管S8550L處于截止?fàn)顟B(tài)，S卩LED滅，輸出為〃 0〃。當(dāng)Ρ3.1 口輸出為低電平時(shí)，三極管S8550L處于飽和狀態(tài)，即LED亮，輸出為〃1〃。此種方式設(shè)計(jì)，是因?yàn)镾TC12C2052AD的Tx D(p3.1) 口默認(rèn)為高電平，使用這種PNP型的三極管方式進(jìn)行設(shè)計(jì)能夠很有效的降低功率。
[0035]如圖4所示，人機(jī)互動(dòng)電路包括開關(guān)按鍵、電阻和74LVC1G11GW芯片；組成。三個(gè)開關(guān)按鍵，SI和單片機(jī)STC12C2052AD的Pl.0 口相連;S2和單片機(jī)STC12C2052AD的Pl.1 口相連；S3和單片機(jī)STC12C2052AD的Pl.2 口相連。電阻主要起到一個(gè)限流的功能。74LVC1G1IGW芯片可以提供一個(gè)三輸入與門，工作在1.65V到5.5V的電壓范圍上。將按鍵SI，S2，S3分別和芯片74LVC1G11GW的1、3、6腳相連，組成了一個(gè)三輸入的與門電路。單片機(jī)STC12C2052AD的中斷O(P3.2)與芯片74LVC1G11的4腳相連，實(shí)現(xiàn)S1、S2、S3任意按鍵都可以觸發(fā)外部中斷O，來喚醒單片機(jī)。通過上述電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)光鑰匙的不同用途，極大的節(jié)省了資源。
[0036]如圖5所示電源電路，不僅實(shí)現(xiàn)了升壓的功能，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓄電池的充電功能。當(dāng)K開關(guān)打到I上時(shí)，可以對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。當(dāng)開關(guān)K打到3上時(shí)，可以對(duì)3.8V電壓進(jìn)行5V升壓。升壓電路主要由CE8301芯片、電感L1、二極管D2以及電容Cl，C2組成的。LI主要用來升壓，二極管的作用是防止電流回流，兩個(gè)電容作為濾波器件來使用。通過電路在CE8301的2端口可以得到5V的電壓，來對(duì)單片機(jī)STC12C2052AD和三極管S8550L進(jìn)行供電，保證器件的正常運(yùn)行。
[0037]如圖6所示，光電檢測(cè)模塊主要由前置跨阻放大電路、高通濾波器和主放大電路組成。0PA658是一種超寬帶，低功耗，底電流反饋的運(yùn)算放大器，具有高轉(zhuǎn)換率和低差分增益/相位誤差的優(yōu)點(diǎn)。選用0PA658組成前置跨阻放大電路，通過反饋電阻R6和補(bǔ)償電容C9實(shí)現(xiàn)微弱光電流信號(hào)到電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換。電容C12和R8構(gòu)成高通濾波器，用于濾除電壓信號(hào)中的直流分量和低頻背景光噪聲。低噪聲0P37運(yùn)放采用同向放大，構(gòu)成主放大器。電阻R6、R4控制放大倍數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的放大作用，便于譯碼判決模塊準(zhǔn)確還原出原始信息。
[0038]如圖7所示，電壓比較電路由LM311芯片、電容、電阻組成。LM311引腳2和電阻R9和Rll相連，確定了門限電壓即Rll端分的的電壓，約為200mv。當(dāng)引腳3輸入的電壓大于200mv時(shí)，就把它設(shè)置為O電平。當(dāng)引腳3輸入的電壓小于200mv時(shí)，就把它設(shè)置為I電平。"1〃電平和〃0〃電平從引腳7輸出。電容C16和電阻R13構(gòu)成高通濾波器，濾除輸入電壓信號(hào)中的直流分量。電阻R10，是一個(gè)上拉電阻，起穩(wěn)定電壓輸出作用。通過這個(gè)電路，可以把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，然后把轉(zhuǎn)換好的信號(hào)，輸入到單片機(jī)的Rx D(P3.0) 口對(duì)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理。
[0039]如圖8所示，單片機(jī)Pl.1 口為開鎖信號(hào)輸出管腳，其通過一限流電阻R2與三極管S2(S8550L)基極相連，繼電器2腳、5腳控制其4腳、6腳的導(dǎo)通。二極管D1(1N4148)為續(xù)流二極管，保障繼電器的穩(wěn)定工作。P6(電控鎖接口)1腳與電控鎖正極相連。當(dāng)Pl.1 口為低電平時(shí)，三極管S8550L導(dǎo)通，繼電器4、6腳導(dǎo)通，即電控鎖閉合，實(shí)現(xiàn)開鎖功能。當(dāng)Pl.1 口為高電平時(shí)，三極管S8550L截止，繼電器4、6腳斷開，即電控鎖釋放，實(shí)現(xiàn)關(guān)鎖功能。為實(shí)現(xiàn)I把光鑰匙控制多把鎖或多個(gè)用電器的功能，在原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，除實(shí)現(xiàn)光秘鑰開門鎖的演示功能外，還同時(shí)設(shè)計(jì)了光鑰匙發(fā)送不同光密鑰信息打開不同的LED燈功能。圖中Pl.0 口、Pl.2 口分別通過三極管S8550L控制LED的亮或滅。
[0040]如圖9所示，12V轉(zhuǎn)5V電路主要由amslll7-5.0芯片，以及相關(guān)的電容組成。輸入12V電壓接311181117-5.0的3腳，電容03工4實(shí)現(xiàn)濾波功能(^11181117-5.0的1腳接地(^11181117-5.0的2腳輸出5V電壓，電容Cl、C2起濾波作用。
[0041 ] 如圖10所示，反壓電路由TC7662芯片、電容組成。反壓芯片(TC7662)的8腳和正的5V電壓相接，2腳和4腳之間接上一個(gè)1uf的電容(Cll)，3腳和5腳接地，C8、C12兩個(gè)10nF的電容做濾波電容使用，輸出引腳(5腳)就可以輸出-5V的電壓。這個(gè)-5V的電壓，可以用來給opa658和比較器LM311進(jìn)行供電。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于可見光通信的門禁系統(tǒng)，其特征在于，包括光鑰匙模塊和光控鎖模塊;通過所述光鑰匙來發(fā)出開鎖密碼，把密碼信息加載到所述光鑰匙的LED燈上，通過自由空間，將信息傳遞到所述光控鎖的光電接收器上，通過比對(duì)信息來控制門鎖的關(guān)閉和開啟，所述光鑰匙模塊包括密鑰控制模塊、處理器模塊、LED驅(qū)動(dòng)模塊、白光LED;所述密鑰控制模塊控制處理器模塊產(chǎn)生秘鑰信息，信號(hào)通過LED驅(qū)動(dòng)模塊，把信號(hào)加載到LED燈上;所述光控鎖模塊包括光電檢測(cè)模塊、信號(hào)處理模塊、處理器模塊、光鎖受控模塊，所述光電檢測(cè)模塊接收到光信號(hào)，對(duì)光信號(hào)進(jìn)行處理，把信號(hào)送入處理器模塊，處理器模塊對(duì)密鑰信息進(jìn)行匹配檢測(cè)，從而產(chǎn)生受控信號(hào)控制光鎖的開啟或閉合，所述基于可見光通信的無(wú)線門禁系統(tǒng)采用STC12C2052AD高速單片機(jī)做為主控芯片，利用單片機(jī)串口通信原理，實(shí)現(xiàn)光鑰匙模塊控制光密碼鎖模塊，從而實(shí)現(xiàn)門鎖的開啟或關(guān)閉，待發(fā)送密鑰為TTL電平信號(hào)，S卩+5V表示高電平“I”，OV表示低電平“O” ；所述LED驅(qū)動(dòng)模塊包括PNP型貼片三極管S8550及其相關(guān)外圍器件，用于實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到光信號(hào)的轉(zhuǎn)換； 所述光鑰匙模塊是一個(gè)一對(duì)多的裝置;光鑰匙是基于單片機(jī)STC12C2052AD設(shè)計(jì)的一種發(fā)送端； 所述光鎖受控模塊包括光電接收模塊、譯碼判決模塊、處理器模塊、光鎖受控模塊、電源模塊;其中，光電檢測(cè)器來接收攜帶數(shù)據(jù)信息的光束，通過光電轉(zhuǎn)換把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，通過前置放大模塊對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大，電信號(hào)經(jīng)過譯碼判決模塊，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)輸入到處理器STC12C2052AD進(jìn)行處理； 所述光電檢測(cè)器為PIN光電二極管。
【文檔編號(hào)】G07C9/00GK205451233SQ201620183246
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月10日
【發(fā)明人】李群星, 萬(wàn)瀟熠, 周午賢
【申請(qǐng)人】文成縣刀鋒科技有限公司