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基於安卓手機的FPGA藍牙通信技術智能電子鎖控制系統

電子設計 2020-11-27 14:59 次閲讀

作者:柏佳,魏鑫,朱廣,成都理工大學信息科學與技術學院,來源:2019年電子技術應用第8期

摘要:隨着人們安防意識的不斷增強和智能技術的持續發展,針對用户對安全係數高的智能電子鎖的需求,使用FPGA藍牙通信技術設計了基於FPGA藍牙通信技術的智能電子鎖系統。通過手機APP直接控制電子鎖,對電子鎖進行雙重加密處理,具有開鎖、修改密碼,管理員控制用户開鎖信息表,增添和刪除能開鎖的用户信息等功能。經測試,系統使用方便,動態靈活,安全可靠。

0引言

智能家居日趨火熱,而智能電子鎖是其重要組成部分。傳統的機械鎖安全性能不強,容易出現翻找鑰匙的麻煩情況和忘帶鑰匙或丟失鑰匙的尷尬情況[1]。一般的智能電子鎖加密性不強,基於FPGA藍牙通信技術的智能電子鎖保密性強、靈活性好、安全係數高、功能多樣化,可以讓人們的生活變得更安全,更便捷,更智能[2-4]。

1智能電子鎖系統總體設計

1.1智能電子鎖系統架構

智能電子鎖系統使用支持藍牙4.0的手機與FPGA板卡上的藍牙模塊建立連接,通過手機APP發送命令,通過串口發送和串口接收模塊來完成與藍牙模塊的數據傳輸。通過命令解析模塊與命令響應模塊來對簡單的串口命令進行解析、識別和判斷及執行,進而控制與FPGA板卡連接的繼電器的通斷,來實現電子鎖的開關功能。FPGA在接收到藍牙模塊傳輸進來的串口數據後,會將相應數據以及命令響應通過藍牙模塊發送給手機APP,在這個過程中採用FIFO來存儲所需要發送的數據。智能電子鎖系統架構如圖1所示。

1.2智能電子鎖設計

若將此智能電子鎖應用於辦公室,鎖A是辦公室大門,鎖1、鎖2、鎖3是用户1、用户2、用户3的儲物櫃。若用户輸入的手機號存在於該系統中,則辦公室大門打開,再輸入密碼,若用户和密碼與某一個儲物櫃匹配,則該儲物櫃打開,如圖2所示。該系統的電子鎖對應的用户密碼信息保存在一張動態表中,如表1所示(初始化的用户密碼信息表)。此表會隨着管理員增添用户、刪除用户以及成員管理員修改密碼而實時更新[2]。

2智能電子鎖系統具體設計

2.1藍牙模塊

藍牙無線技術是使用範圍最廣泛的全球短距離無線標準之一。系統的藍牙模塊是基於TI公司CC2541芯片的藍牙4.0模塊,具有256KB配置空間,遵循V4.0BLE藍牙規範。本系統中的藍牙模塊出廠默認設置為通過串口協議與FPGA進行通信,按照UART串口通信協議來處理髮送與接收的數據。

UART串口協議是將傳輸數據每一個字符一位一位地傳輸。UART的數據幀格式為起始位1位,數據位5~8位,奇偶校驗位1位或無校驗,停止位1位、1.5位或2位。UART的數據幀格式如圖3所示。為了加快開發進程,本系統沒有設置奇偶校驗位。採用的幀格式為1位起始位、8位數據位、無奇偶校驗位、1位停止位[5]。

2.2電子鎖設計

此係統具有開鎖、增添開鎖用户信息、刪除開鎖用户信息、修改密碼四個功能。用户分管理員和成員兩個級別。管理員擁有全部的功能,而成員只擁有開鎖和修改密碼兩個功能。四個功能的具體過程如下。

2.2.1開鎖

開鎖的具體過程如下:

(1)用户輸入手機號,系統判斷手機號是否為全0,如果是全0,不開鎖A,更不會開鎖1、鎖2、鎖3。如果不是全0,則在表1查找,若輸入的手機號存在於此表中,則鎖A開,否則不開鎖A,更不會開鎖1、鎖2、鎖3。

(2)如果步驟(1)中鎖A開,用户可再輸入密碼,系統則用輸入的密碼與表中該用户對應的密碼比較,若匹配鎖1的手機號和密碼,則開鎖1;若匹配鎖2的手機號和密碼,則開鎖2;若匹配鎖3的手機號的密碼,則開鎖3;否則,不開鎖1、鎖2、鎖3。

2.2.2增添用户信息

增添用户信息具體過程:管理員輸入增添的手機號和密碼,系統尋找表中手機號和密碼為全0的用户,然後將該用户的手機號和密碼用輸入的手機號和密碼代替。比如輸入23456789和2345,則表1更新為表2。

2.2.3刪除用户信息

刪除用户信息具體過程:管理員輸入刪除的手機號,系統尋找表中手機號與輸入的手機號相同的用户,然後將該用户的手機號和密碼用全0代替。比如輸入23456789,則表2更新為表3。

2.2.4修改用户密碼

修改用户密碼具體過程:用户輸入手機號、舊密碼和新密碼,系統尋找表中手機號與輸入的手機號相同且密碼相同的用户,然後將該用户的密碼用新密碼代替。比如輸入23456789、2345、2346,則表2更新為表4。

3智能電子鎖系統功能測試

基於FPGA藍牙通信技術的智能電子鎖系統的功能實現,測試過程如下:

(1)在安裝BLE藍牙串口終端APP,並打開手機藍牙,與FPGA板卡上的藍牙模塊進行連接配對。

(2)在APP中輸入對應的命令來完成開鎖、增添用户信息、刪除用户信息、修改用户密碼四個功能。

(3)如圖4所示,輸入用户手機號存在於系統中,辦公室大門鎖A開(LED全亮);輸入密碼正確則儲物櫃1開(數碼管顯示00000001)。

備註:*Wxxxxxxxx:輸入手機號(開鎖),*Nxxxx:輸入密碼(開鎖),*Rxxxx:輸入新密碼(修改用户密碼),*Sxxxx:輸入手機號(增添用户信息),*Pxxxx:輸入密碼(增添用户信息),*Gxxxxxxxx:輸入手機號(刪除用户信息)。

4結論

此係統是基於安卓手機的智能電子鎖控制系統,FPGA對手機APP中輸入的信息進行數據接收,以此數據作為雙重加密數據,控制電子鎖的打開,安全性高,加密性強,靈活性好。而且此係統功能多樣化,動態化,在打開辦公室大門鎖的基礎上,不同的用户打開不同的儲物櫃鎖,在公共環境又擁有私密空間。不僅可以為空的儲物櫃分配新的用户,而且可以刪除用户信息騰出儲物櫃以便他人使用,用户可以修改儲物櫃的開鎖密碼,實時更新儲物櫃的佔用情況和開鎖條件。

參考文獻

[1]熊軍洲.基於FPGA的電子密碼鎖控制電路設計[J].石家莊職業技術學院學報,2018,30(6).

[2]趙靜芬,阮海鵬,李境學.基於FPGA手機控制智能密碼鎖的設計與實現[J].計算機光盤軟件與應用,2013(2):228.

[3]崔巖,吳國興,顧媛媛,等.基於FPGA的紅外遙控密碼鎖的設計[J].電子技術應用,2013,39(11):44-46.

[4]朱航江,潘振福,朱永利.“互聯網+”智能門禁控制系統[J].電子技應用,2017,43(3):124-126,131.

[5]劉博.基於FPGA的UART模塊設計與實現[J].無線電工程,2018,48(5):433-438.

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TMP411 ±1°C Programmable Remote/Local Digital Out Temperature Sensor

TMP468 具有引腳可編程的總線地址的高精度遠程和本地温度傳感器

TMP468器件是一款使用雙線制SMBus或I 2 C兼容接口的多區域高精度低功耗温度傳感器。除了本地温度外,還可以同時監控多達八個連接遠程二極管的温度區域。聚合系統中的温度測量可通過縮小保護頻帶提升性能,並且可以降低電路板複雜程度。典型用例為監測服務器和電信設備等複雜系統中不同處理器(如MCU,GPU和FPGA)的温度。該器件將諸如串聯電阻抵消,可編程非理想性因子,可編程偏移和可編程温度限值等高級特性完美結合,提供了一套精度和抗擾度更高且穩健耐用的温度監控解決方案。 八個遠程通道(以及本地通道)均可獨立編程,設定兩個在測量位置的相應温度超出對應值時觸發的閾值。此外,還可通過可編程遲滯設置避免閾值持續切換。 TMP468器件可提供高測量精度(0.75°C)和測量分辨率(0.0 625°C)。該器件還支持低電壓軌(1.7V至3.6V)和通用雙線制接口,採用高空間利用率的小型封裝(3mm×3mm或1.6mm×1.6mm),可在計算系統中輕鬆集成。遠程結支持-55°C至+ 150°C的温度範圍。 特性 8通道遠程二極管温度傳感器精度:±0.75&...
發表於 09-18 16:05 154次 閲讀
TMP468 具有引腳可編程的總線地址的高精度遠程和本地温度傳感器