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，通過比對信息來控制門鎖的關閉和開啟。該系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保，安全性高，可以廣泛的應用于賓館、寫字樓等應用場合。
【專利說明】
一種基于可見光通信的門禁系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及可見光通信技術領域，尤其是一種基于可見光通信的門禁系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]眾所周知，門禁系統(tǒng)是一種對出入口進行管理的系統(tǒng)。門禁系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了一個很長的過程，從早期的機械門鎖一直發(fā)展到現(xiàn)在基于無線射頻的電子門鎖。機械門鎖是一個典型的純粹的機械裝置，不管設計的多么精巧，使用的材質(zhì)多么的堅硬，人們總是可以通過外力把它打開。而且，機械門鎖不方便進行鑰匙的管理。在人流量較多的辦公室、酒店等，如果有一個人丟失了鑰匙，那么就要進行門鎖的更換，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)展到了一個全新的高度。但是，它們也暴露出了很多缺點和問題。比如，電子磁卡鎖的讀卡機和卡片的磨損比較大，卡片上的開鎖信息容易被復制，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，由于它是基于無線技術，密碼特別容易被泄露，安全問題不容忽視。目前，無線門禁系統(tǒng)主要采用無線射頻技術，該技術有很好的穿透性，然而這一特性又使得無線射頻信號容易被電磁干擾，被截獲復制，造成開鎖的信息泄漏而導致財產(chǎn)損失。
[0003]隨著白光LED器件的發(fā)展，可見光通信技術得到了越來越多的重視?？梢姽鉄o線通信系統(tǒng)主要由光信號發(fā)射端和光信號接收端組成。在發(fā)送端，電信號經(jīng)放大、濾波等處理后，調(diào)制到LED器件上實現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換。在接收端，通過光電檢測器實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，并經(jīng)過相關信號處理單元還原出原始信息。
[0004]目前的無線門禁系統(tǒng)容易被電磁干擾，傳輸?shù)姆较虿豢煽兀艽a容易被截獲。然而可見光通信是一種點對點的傳輸模式，具有保密性好的優(yōu)點。因此，可以將可見光通信技術與門禁技術相結合，具有廣闊的運用前景。

【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，可以廣泛的應用于賓館、寫字樓等應用場合，將將可見光通信技術與門禁技術相結合的基于可見光通信的門禁系統(tǒng)。
[0006]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，提出了如下技術方案:
[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，通過比對信息來控制門鎖的關閉和開啟；
[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，信號通過LED驅(qū)動模塊，把信號加載到LED燈上。所述光控鎖模塊包括光電檢測模塊、信號處理模塊、處理器模塊、光鎖受控模塊，所述光電檢測模塊接收到光信號，對光信號進行處理，把信號送入處理器模塊，處理器模塊對密鑰信息進行匹配檢測，從而產(chǎn)生受控信號控制光鎖的開啟或閉合。
[0009]所述基于可見光通信的無線門禁系統(tǒng)采用STC12C2052AD高速單片機做為主控芯片，利用單片機串口通信原理，實現(xiàn)光鑰匙模塊控制光密碼鎖模塊，從而實現(xiàn)門鎖的開啟或關閉。
[0010]本技術方案中待發(fā)送密鑰為TTL電平信號，S卩+5V表示高電平〃1〃，OV表示低電平〃0〃。由于STC12C2052AD單片機I/O 口驅(qū)動能力有限，無法直接驅(qū)動LED實現(xiàn)密鑰(TTL電平)信息發(fā)送。因此，需設計LED驅(qū)動電路實現(xiàn)電信號到光信號的轉(zhuǎn)換?；赥TL信號電平特點，選用低成本、小體積PNP型貼片三極管S8550及其相關外圍器件，構成了LED驅(qū)動電路。
[0011]光鑰匙是基于單片機STC12C2052AD設計的一種發(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，還可以實現(xiàn)其他的功能。所述光鑰匙模塊不是一個簡單的一對一的裝置，而是一個一對多的裝置。
[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)換把光信號轉(zhuǎn)換成模擬電信號，通過前置放大模塊對電信號進行放大，電信號經(jīng)過譯碼判決模塊，把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號輸入到處理器STC12C2052AD進行處理。
[0013]所述光電檢測器為PIN光電二極管。成本較低，而且易于實現(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線門禁系統(tǒng)采用STC12C2052AD高速單片機做為主控芯片，利用單片機串口通信原理，實現(xiàn)光鑰匙模塊控制光密碼鎖模塊，從而實現(xiàn)門鎖的開啟或關閉。和傳統(tǒng)的51單片機相比，STC12C2052AD具有以下優(yōu)點:(1)性價比高，STC12C2052AD的電路比較簡單，價格相對比較低廉；(2)STC 12C2052AD采用單時鐘/機器周期的模式，一些指令的執(zhí)行和51單片機相比，速度是51單片機的3?24倍；(3)對于傳統(tǒng)51單片機編寫的程序可以直接用于STC12C2052AD單片機，不需要重新進行編寫程序。
[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，還可以實現(xiàn)其他的功能。所述光鑰匙模塊不是一個簡單的一對一的裝置，而是一個一對多的裝置。
【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)動電路圖；
[0020]圖4是人機交互電路圖；
[0021]圖5是電源電路；
[0022]圖6是光電檢測模塊電路圖；
[0023]圖7是電壓比較電路圖；
[0024]圖8是門鎖及LED驅(qū)動電路；
[0025]圖9是電壓轉(zhuǎn)化電路；
[0026]圖10是反壓電路。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本發(fā)明的一種基于可見光通信的門禁系統(tǒng)作進一步詳盡描述:
[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，通過比對信息來控制門鎖的關閉和開啟；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，信號通過LED驅(qū)動模塊，把信號加載到LED燈上。所述光控鎖模塊包括光電檢測模塊、信號處理模塊、處理器模塊、光鎖受控模塊，所述光電檢測模塊接收到光信號，對光信號進行處理，把信號送入處理器模塊，處理器模塊對密鑰信息進行匹配檢測，從而產(chǎn)生受控信號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線門禁系統(tǒng)采用STC12C2052AD高速單片機做為主控芯片，STC12C2052AD共有20個管腳，VCC(20管腳)和+5V電源相連，GND(10管腳)接參考低。處于設計方便的目的，其余管腳全部通過標號引出，相同標號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)生單片機所需要的時鐘頻率。Cl，R1組成復位電路和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，便于向單片機燒寫程序時使用。
[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)為外計算器外部時鐘輸入腳/定時器和計數(shù)器O外部時鐘輸入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/定時器和計數(shù)器I外部時鐘輸入I/O 口。
[0032]Pl.0?Pl.7為標準I/O口 /AD轉(zhuǎn)換通道。
[0033]發(fā)射端電路信號主要是通過STC12C2052AD進行處理，通過P3.1/Tx D(3管腳)口把處理好的信號發(fā)出，然后通過驅(qū)動電路，把信號加載到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Ρ3.1 口輸出高電平時，三極管S8550L處于截止狀態(tài)，S卩LED滅，輸出為〃 0〃。當Ρ3.1 口輸出為低電平時，三極管S8550L處于飽和狀態(tài)，即LED亮，輸出為〃1〃。此種方式設計，是因為STC12C2052AD的Tx D(p3.1) 口默認為高電平，使用這種PNP型的三極管方式進行設計能夠很有效的降低功率。
[0035]如圖4所示，人機互動電路包括開關按鍵、電阻和74LVC1G11GW芯片；組成。三個開關按鍵，SI和單片機STC12C2052AD的Pl.0 口相連;S2和單片機STC12C2052AD的Pl.1 口相連；S3和單片機STC12C2052AD的Pl.2 口相連。電阻主要起到一個限流的功能。74LVC1G1IGW芯片可以提供一個三輸入與門，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，組成了一個三輸入的與門電路。單片機STC12C2052AD的中斷O(P3.2)與芯片74LVC1G11的4腳相連，實現(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。通過上述電路設計，實現(xiàn)了一個光鑰匙的不同用途，極大的節(jié)省了資源。
[0036]如圖5所示電源電路，不僅實現(xiàn)了升壓的功能，還實現(xiàn)了對蓄電池的充電功能。當K開關打到I上時，可以對蓄電池進行充電。當開關K打到3上時，可以對3.8V電壓進行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，來對單片機STC12C2052AD和三極管S8550L進行供電，保證器件的正常運行。
[0037]如圖6所示，光電檢測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。選用0PA658組成前置跨阻放大電路，通過反饋電阻R6和補償電容C9實現(xiàn)微弱光電流信號到電壓信號的轉(zhuǎn)換。電容C12和R8構成高通濾波器，用于濾除電壓信號中的直流分量和低頻背景光噪聲。低噪聲0P37運放采用同向放大，構成主放大器。電阻R6、R4控制放大倍數(shù)，實現(xiàn)對信號的放大作用，便于譯碼判決模塊準確還原出原始信息。
[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。當引腳3輸入的電壓大于200mv時，就把它設置為O電平。當引腳3輸入的電壓小于200mv時，就把它設置為I電平。"1〃電平和〃0〃電平從引腳7輸出。電容C16和電阻R13構成高通濾波器，濾除輸入電壓信號中的直流分量。電阻R10，是一個上拉電阻，起穩(wěn)定電壓輸出作用。通過這個電路，可以把模擬信號轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)字信號，然后把轉(zhuǎn)換好的信號，輸入到單片機的Rx D(P3.0) 口對信號進行相應的處理。
[0039]如圖8所示，單片機Pl.1 口為開鎖信號輸出管腳，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Pl.1 口為低電平時，三極管S8550L導通，繼電器4、6腳導通，即電控鎖閉合，實現(xiàn)開鎖功能。當Pl.1 口為高電平時，三極管S8550L截止，繼電器4、6腳斷開，即電控鎖釋放，實現(xiàn)關鎖功能。為實現(xiàn)I把光鑰匙控制多把鎖或多個用電器的功能，在原型系統(tǒng)設計中，除實現(xiàn)光秘鑰開門鎖的演示功能外，還同時設計了光鑰匙發(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，以及相關的電容組成。輸入12V電壓接311181117-5.0的3腳，電容03工4實現(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1uf的電容(Cll)，3腳和5腳接地，C8、C12兩個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-5V的電壓，可以用來給opa658和比較器LM311進行供電。
【主權項】
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，通過比對信息來控制門鎖的關閉和開啟，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，信號通過LED驅(qū)動模塊，把信號加載到LED燈上;所述光控鎖模塊包括光電檢測模塊、信號處理模塊、處理器模塊、光鎖受控模塊，所述光電檢測模塊接收到光信號，對光信號進行處理，把信號送入處理器模塊，處理器模塊對密鑰信息進行匹配檢測，從而產(chǎn)生受控信號控制光鎖的開啟或閉合，所述基于可見光通信的無線門禁系統(tǒng)采用STC12C2052AD高速單片機做為主控芯片，利用單片機串口通信原理，實現(xiàn)光鑰匙模塊控制光密碼鎖模塊，從而實現(xiàn)門鎖的開啟或關閉，待發(fā)送密鑰為TTL電平信號，S卩+5V表示高電平“I”，OV表示低電平“O” ；所述LED驅(qū)動模塊包括PNP型貼片三極管S8550及其相關外圍器件，用于實現(xiàn)電信號到光信號的轉(zhuǎn)換； 所述光鑰匙模塊是一個一對多的裝置;光鑰匙是基于單片機STC12C2052AD設計的一種發(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)換把光信號轉(zhuǎn)換成模擬電信號，通過前置放大模塊對電信號進行放大，電信號經(jīng)過譯碼判決模塊，把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號輸入到處理器STC12C2052AD進行處理； 所述光電檢測器為PIN光電二極管。
【文檔編號】G07C9/00GK205451233SQ201620183246
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月10日
【發(fā)明人】李群星, 萬瀟熠, 周午賢
【申請人】文成縣刀鋒科技有限公司