作者 沈凡 席飞 杭磊 陈城 淮阴工学院 电子信息工程学院(江苏 淮安223001)
摘要：本文介绍了依据Zigbee通讯协议的智能门锁，从低本钱、低功耗的视点动身，规划了一种具有有用价值的智能门锁操控终端，智能门锁操控终端以CC2530作为处理器，以Zigbee协议栈为通讯载体，规划了相应外围电路，如门锁驱动电路、液晶显现电路、键盘输入电路和RFID读卡器电路。完成了以RFID读取卡号与暗码输入的方法收集身份信息，将身份信息发送至上位操控机进行身份核实，上位操控器回来核实信息成果，智能门锁操控终端依据核实后的成果进行开关门操作及液晶显现页面的更新。
0 导言
现代人的日子越来越信息化，人们关于日子质量的要求也越来越高，家庭房子安全就变成头等大事，现在的犯罪分子偷盗手法也在日益前进，入室偷盗也是频频产生，关于偷盗问题现在还很难做到彻底根绝，只能够经过进步家庭安防技能，来进步安全系数。现在市场上的一些智能门锁设备，都是自带处理功用的，很难抵挡不法分子的偷盗手法。所以无线通讯方法操控的智能门锁应运而生，他的长处在于不进行数据比照处理，只做数据收集以及数据传输，更为安全可靠，并且无线智能门锁运用较为便利，不需求许多布线;并且能够和智能家居操控体系相结合，以进步家庭安防功能 [1-2]。
1 Zigbee技能
1.1 Zigbee无线通讯技能
Zigbee技能是一种短间隔、低功耗的无线网络通讯技能，其选用了IEEE802.15.4协议标准，具有低数据速率、低功耗、低本钱、安全可靠，具有自组网和自恢复才能等长处。本文选用的是TI公司的第二代片上体系CC2530，比较曾经的产品，CC2530具有更优越的RF功能，支撑多种协议如ZigbeePRO、ZigbeeRF4CE等。本文介绍的智能门锁操控终端运用到CC2530作为处理器，用来驱动液晶显现电路、AD模仿键盘以及RFID读取操控电路，以到达优化智能门锁的意图，然后降低本钱。
1.2 Zigbee无线传输优势与其他方法的比较
本文选用Zigbee技能进行无线通讯，是因为比较于蓝牙技能而言Zigbee传输间隔比蓝牙远的多， WiFi比较Zigbee传输速率快可是耗电量较高，WiFi合适快速发送数据，而Zigbee比较于蓝牙尽管传输速率慢，可是功耗比蓝牙低，经过电池供电就能保持较长时刻，合适传输数据量不大、传输不频频的设备。正因为Zigbee的功耗低和数据传输不频频的特色，所以选用Zigbee无线传输技能。
2 体系结构
2.1 智能门锁操控终端体系结构
本文智能门锁操控终端内部包含：ZigbeeCC2530通讯模块、RFID阅读器、按键键盘和19232显现液晶，体系结构图如图1所示。
运用ZigbeeCC2530读取RFID卡号与键盘输入的暗码数据，将读取的RFID卡号数据或暗码数据打包成数据包，经过Zigbee通讯模块无线传输数据，将数据传输至终端设备，终端设备回来数据比照信息至智能门锁操控终端，用于是否进行开门操作。液晶的首要是用于显现运用者的当时操作状况。详细规划制造产品如图2所示。
2.2 硬件规划
1)Zigbee处理器电路
本文选用TI公司最新Zigbee芯片CC2530F256作为处理器，以Zigbee协议栈为通讯载体，此芯片射频组是在2.4GHz频段，电路图如图3所示。
CC2530芯片是最有用的片上体系首选，不只本钱低并且功耗也很小，是TI公司专门规划依据IEEE 802.15.4协议的Zigbee芯片，这块芯片上集成了8051内核，带有256 KB的内存和8 KB的RAM，足以供给智能门锁操控终端的信息处理与操控操作[4]。
2)门锁操控电路
本文智能门锁操控终端所运用的机械门锁为灵性锁，灵性锁运用的是步进电机进行锁芯的弹性操控，因为步进电机的作业电压是直流12 V，而CC2530的驱动电压为直流3.3 V，所以本文选用一个复合管电路进行门锁的操控，电路图如图4所示。
门锁驱动端口接CC2530的P2_0端口，作用是CC2530能够经过P2_0驱动门锁电路,发送一个低电压信号就可操控12 V驱动电机作业。低电压信号操控高电压信号也能够选用继电器来进行驱动，可是本文为了门锁功耗、安全功能与门锁规划体积的考虑，选用复合管电路进行门锁驱动操控。
3)RFID读卡接口电路
本文选用的RFID读卡器电路为RC522读卡器电路，射频辨认技能是不需求触摸就能够完成数据通讯，它首要是经过交变的电磁场进行通讯。RC522读卡器电路是由阅读器、天线、应答器三大部分组成。阅读器首要是用来读取应答器的信息;天线是在应答器与阅读器之间进行数据的传递;应答器首要由耦合电路元件和芯片组成，每一个应答器都有一个绝无仅有的ID码，这个码在芯片制造的时分就储存在芯片的ROM中，无法进行更改，智能门锁规划中首要便是运用这个编码来承认应答器的身份。RFID读卡器与CC2530接口电路图如图5所示。
RC522读卡器部分只用了5个接口衔接到CC2530芯片处理器，SDA是RC522的数据接口用来传输数据，衔接在CC2530芯片上的P1_7口;SCK是RC522的时钟接口，衔接在芯片的P0_1口;MOSI是RC522的主输出从输入，衔接在芯片上的P1_2口;MISO是RC522的主输入从输出，衔接在芯片上的P0_4接口;RST为RC522的复位接口，衔接在芯片上的P1_3口用来复位电路。
4)模仿键盘电路
本文为了节约端口数量，所运用的按键选用了分压式模仿，电路图如图6所示。
当不同的按键被按下后，输出不同的电压信号，运用Zigbee自带的AD转化器，收集电压信号，依据不同的电压值来断定不同的按键。依据核算可得，二极管胁迫了大约0.6 V电压，总共13个200 Ω电阻，抱负情况下，大约每个电阻分的0.2 V电压，经过CC2530芯片P0_0端口运用AD转化器功用将模仿信号转化为数字信号辨认按键。
4)液晶显现电路
本文中运用的液晶为19232液晶显现器，液晶显现器与CC2530之前选用的是串行传输的方法，硬件电路衔接只需求3根线，与CC2530数据传输也只需求3个IO口，占用芯片的引脚少，接口6是液晶显现屏的使能端，与CC2530芯片的P0_7引脚衔接;接口5是液晶显现屏的数据输入端，与芯片的P0_6引脚衔接;接口4是液晶显现屏的时钟输入端，与芯片的P0_5引脚衔接。并且能够经过调理RT可变电阻能够调理液晶的的比照度，使液晶显现屏上的字愈加明晰。
2.3 软件规划
1)主流程规划
在体系软件程序规划时，挑选IAR公司的IAR Embedded Workbench作为开发环境，智能门锁操控端作为Zigbee无线传输网络中的一个终端节点，终端设备作为一个和谐器来作业。主程序流程图如图7所示。
首要进行各个部分的初始化操作，如将液晶进行初始化以及RFID读卡器进行形式设置等一些操作，初始化完成后;调用液晶显现子函数，显现欢迎光临页面，接着液晶会依据不同的状况而实际不同的页面。接着调用RFID读卡程序与按键检测程序，一起检测读取RFID卡号与暗码键入，当读取到RFID卡号或4位暗码后，发送身份审阅数据包，并且等候上位终端回来审阅成果，以履行门锁驱动操作。
2)RFID读卡流程规划
RFID读卡流程图如图8所示。
RFID射频卡放到读卡器上时，则进入读卡程序。首要是开端寻觅RFID卡，读取RFID序列号，为了RFID的读卡安稳，在程序中规划了两次寻卡进程，当两次读卡号为相一起则会保存下来。一起为了防止多张射频卡一起放在读卡器上面时会数据磕碰，在寻卡完毕后会进行防抵触检测，当经过防抵触检测后，则承以为有用卡号，并将卡号打包成数据包后加密发送至上位操控器审阅身份，等候回来信息，以回来信息来判别是否进行开门操作[5-6]。
3)键值读取流程规划
按键读取程序程序规划由CC2530处理器不断检测按键AD端口的数据，判别转化的数据是否在有用键值内的数据，假如是则将数据保存下来，假如接连保存下16个相同的有用键值后，则能够承以为按下了一个有用按键，等候4位暗码输入完成后，将4位暗码打包成数据包加密后发送给上位操控器，等候审阅信息，进行开关门操作。
3 依据暗码本的数据加密技能
本文中为了进步安全功能，所运用的无线传输数据包是需求数据加密的，所选用的数据加密方法是依据一般加密方法上的一种升级版，是为了添加安防的可靠性而规划的，将Zigbee传输的串口ASCLL码数据进行加密，在咱们实际日子中，一般的加密方法有许多，比方：移位加密、DES和CC2530自带的AES等;本文采纳的数据加密方法中心是依据同或及异或的一种加密方法，咱们经过将数据所需加密的数据进行必定的加密;所需加密的数据能够查询暗码本得到，暗码本内数据是经过外部软件随机取得，写入到ROM中，为了使加密的数据能够到达更高等级安全系数，暗码本的数据能够愈加具有随机性，或许能够进行屡次加密核算。
本文中所传输中的数据包是一个具有16位的字符型数据的数组，格局如图9所示;其间包含5位发送者ID位、8位数据位、2位加密位和1位完毕位(0xff)，加密位便是将5位发送者ID和8位数据位加密，加密程序如图10所示，2位加密位本文中规划的是前者为同或加密，后者为异或加密，详细进程为：首要将同或加密位数据在暗码本中查找到真实的有用数据，本文选用的是两层提取的方法提取数据，比方同或位为0时，咱们在暗码表中查得数据为0x67，此刻再次查找0x67方位的数据便是真实的有用同或数据，将有用数据与数据相同或后，再运用同种方法将后者的异或加密的有用数据取出，将同或后的数据再进行异或操作。操作完成后，便是加密后所需传输的数据。解密方法即与加密方法是个相同操作，即可将数据复原。
本次暗码加密规划能够多种方法来进步安全功能，比方经过更改暗码本中数据方位进步安全功能，暗码本中总共有256个数据，即0x00～0xff;经过电脑软件Excel将256个数据随机摆放，制造成暗码本，256个数据摆放次序有256256的数据摆放方法。还能够经过添加加密位来进步安全功能，本次规划只履行了同或和异或两次运算，如添加加密位，再进行相应运算，能够在同或与异或的基础上增加加减移位等一系列核算，会使加密更为安全。
4 定论
本文规划了完成暗码或许射频卡翻开门锁，为了能让它低功耗又能削减糟蹋资源，所以在硬件规划时运用Zigbee与终端设备进行通讯衔接，运用便利简略，只需求对它软件进行规划，将Z-Stack协议栈导入到Zigbee中心芯片CC2530中，节点与和谐器之间会完成主动组网，即可驱动液晶显现与RFID读卡器进行显现与读卡，并且依据分压原理制造的AD式输入键盘，长处在于只需求一根线即可检测键值，削减了不必要的资源糟蹋。还有智能门锁运用频率较低，无线信号传输的速率无需太频频，Zigbee无线传输足以满足要求。
参考文献：
[1]邱凌.浅谈智能家居[J].网络信息技能使用与主动化，2008，(5)：01-02.
[2]秦旺盛. 依据Zigbee的智能家居体系规划[D].太原理工大学,2011.
[3]孙华,李扬.热释电红外传感器原理及其使用[J].内江科技,2010,31(12):116+160.
[4]孙静,陈佰红.Zigbee协议栈及使用完成[J].通化师范学院学报,2007(04):35-37.
[5]高金转,彭旭锋,张会新,等.依据Zigbee无线传感网络的环境监测体系的规划[J].电子器件,2016,39(3):546-550.
[6]罗凯. 依据Zigbee的智能家居操控节点规划与完成[D].电子科技大学,2013.
本文来源于《电子产品世界》2018年第11期第46页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
