CN104103111B - 基于手机蓝牙通信的自动门禁系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于手机蓝牙通信的自动门禁系统及其实现方法。自动门禁系统包括安装在出入口的门禁控制器，手机及门禁程序，和远程管理服务器等。其中门禁控制器内部包括蓝牙通讯模块和数据处理单元及继电器控制电路。使用者的手机安装了门禁程序后，会获得管理服务器根据用户身份提供的授权和钥匙信息。在用户位于蓝牙门禁控制器附近时，手机与门禁控制器通过蓝牙信号发生通信。蓝牙门禁控制器通过通信内容，判断能否开门，如果可以开门，则门禁控制器通过控制继电器自动开门，或者激活开门开关，用户按下开关即可控制继电器开门；如果通信内容不符合该蓝牙门禁控制器的设定，则不作反应。从而实现完全免操作开启门禁，方便用户的使用。

Description

基于手机蓝牙通信的自动门禁系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种基于手机蓝牙通信功能的自动门禁系统及其实现方法。

背景技术

目前主流的门禁系统普遍采用诸如密码或者射频卡，再或者蓝牙卡等作为用户开启门禁的方式，其中的密码和射频卡主要用于居民住宅楼的门禁，蓝牙卡则主要用于车库的门禁。这些门禁系统或者需要用户的复杂操作如输入密码，或者需要携带额外的设备如蓝牙卡，又或者如射频卡既需要携带额外的设备还需要一定的操作动作，即从口袋里找出该卡，然后放在读卡器前刷卡。这其中，蓝牙卡门禁使用最为简单，无需用户任何操作，到达门禁的蓝牙控制器附近一定范围内即可，但是其固化的蓝牙信息很容易在传输过程中被监听复制，目前通过这种方法复制蓝牙门禁卡已经非常普遍，造成安全隐患；另一方面该系统有效开启门禁的距离过远，用在小区人员出入口等位置很容易导致门禁失控，因而不适合楼宇、小区的门禁使用。最近几年随着采用蓝牙技术的智能手机逐渐普遍，又有了基于智能手机蓝牙的门禁系统出现，其使用方法是用户安装特定门禁程序后，可以在与门禁控制器处于蓝牙通讯范围内时，通过打开该门禁程序后，该程序与蓝牙门禁建立数据连接，通过某种加密方式得到蓝牙门禁的认证，然后就可以通过该应用程序的操作，打开对应门禁锁。这种设计解决了需要额外携带设备的问题，只需要一般用户本来就会随身携带的手机即可打开门禁，同时利用了手机的运算处理能力，解决了蓝牙信息传输加密的问题。但是这种设计有一个主要的问题，就是对用户而言操作非常麻烦，需要用户拿出手机，还要打开应用程序之后，才能通过操作打开门禁，复杂程度远超过现有常用方式，这直接导致目前的手机蓝牙门禁产品很难推广，此外蓝牙设备建立通信连接在实际使用环境中，通常只能同时连接很少数量设备，且建立连接的速度较慢，如果用在大量人员进出的场合，出现多人同时使用的话，很有可能发生堵塞，一个或几个用户占用连接却不打开的话，所有人都无法进入，以上种种问题使得此类蓝牙门禁从未普及。为解决这个问题而且利用智能手机管理门禁，最近又出现一种基于新近出现的智能手机的NFC功能的门禁管理系统，使用智能手机的NFC近场通信功能与门禁通信，其运行原理与传统射频卡相同，而且可以由智能手机上的应用程序进行灵活管理，同时因为NFC的操作需要近距离接触，不会出现远程监听、多设备同时连接等情况，因而其安全和稳定问题容易控制，实现相对简单，因此该系统已经有很多实际应用；但一方面该系统仍需要用户掏出手机进行刷手机的操作，相对射频卡而言并不方便太多，另一方面NFC功能只有部分手机配备，因而目前并未大范围普及。

发明内容

本发明的目标是基于早已在智能设备领域全面普及的蓝牙技术，提供一种基于手机蓝牙通信的自动门禁系统及其实现方法，利用蓝牙具备的一定距离传输能力，提供比射频卡、密码门禁、NFC门禁、传统蓝牙门禁等更灵活更方便的自动门禁系统。

本发明是通过如下方式实现的：

一种基于手机蓝牙通信的自动门禁系统，包括：远程管理服务器、手机、门禁控制器、电控锁，出入口设有所述的门禁控制器及电控锁，门禁控制器内包含数据处理控制模块，数据处理控制模块存储有每个门禁控制器独有的公开识别编码信息及用于验证运算的隐藏信息； 远程管理服务器存储及管理所述的门禁控制器的公开识别编码信息及对应的钥匙信息；手机安装有门禁程序，该程序在联网状态会主动根据用户的身份信息从远程管理服务器获得得到授权的门禁控制器的最新的识别编码信息与对应的钥匙信息，清除没有授权的识别编码信息与对应的钥匙信息。

所述的门禁控制器包括数据处理控制模块，蓝牙通信模块、对外开关、门禁状态指示灯、继电器；其中蓝牙通信模块与数据处理控制模块通过数据线路连接，对外开关与数据处理控制模块相连作为一个信号输入源，门禁状态指示灯可由数据处理控制模块控制产生不同的门禁状态提示，继电器由数据处理控制模块控制通断切换，同时继电器对外的线路接口与所述的电控锁的控制电路相连。

所述的数据处理模块设有一个内部时钟，数据处理模块存储的识别编码信息和用于验证运算的隐藏信息或保持不变，或通过外部指令进行被动更新，或根据内部时钟的时间和预设存储信息定期进行主动更新，相应地远程管理服务器也利用相同机制进行同步更新。

一种所述的自动门禁系统的实现方法， 在本系统的运行中，门禁控制器不断通过蓝牙对外广播包含自身的识别编码信息和随机产生的问询信息的信号，该随机产生的问询问题每隔一段时间主动进行更换，并且该广播信息内还包含了用户位于该门禁应当响应的最远距离时，用户所持的手机能接收到的门禁控制器的蓝牙广播信号强度数据信息；

用户使用的安装有门禁程序的手机，在每次用户携带该手机走到蓝牙门禁控制器附近，接收到该广播信号时，手机上安装的门禁程序会对该广播信号进行响应，首先检索从远程管理服务器获得授权的所有公开识别编码，如果没有检索到收听到的这个公开识别编码，就不做回应，如果检索到了，则继续判断该信号的强度是否大于等于接收到的信号中包含的蓝牙信号强度数据信息，如果否，则先不做回应，如果是，则根据此前检索到的钥匙信息和接收到的问询信息，经运算产生回复信息进行回复，回复时根据具体情况，直接广播回复信息即可处理门禁开门的情况，或通过建立蓝牙数据连接的方式进行数据传输； 当门禁控制器接收到符合回复内容格式的信号时，首先判断此时门禁是否已经打开，如果已经打开就不做反应，如果没有打开就通过数据处理控制模块根据当前问询问题和内部隐藏信息对该信号内容进行验证运算，如果通过验证，则视为可以打开此门，由数据处理控制模块控制门禁状态指示灯变换为可开门指示状态，并接通对外开关一段时间。

所述的接通对外开关一段时间内，

1）如果对外开关的按钮被按下，就控制继电器发生动作，控制电控锁的控制电路打开门禁允许用户进出（开放时间可以按需调节）；或者

2）跳过对外开关等待用户按下的步骤，直接控制继电器发生动作，控制电控锁的控制电路打开门禁允许用户进出。

所述的门禁控制器内的数据处理控制模块，还可以在通过蓝牙通信模块与手机的门禁程序的通信过程中，进行时间校准、系统设定，或对内部程序进行升级。

所述的手机上的门禁程序，可以根据需要记录每次门禁控制器与其通信的信息和时间以及系统的其他信息，并能够在手机与互联网连接时提交给远程管理服务器，其中时间根据需要可以分别记录数据处理控制模块的内部时钟时间和手机上的时间。

本发明的有益效果：

本发明的用户在日常使用中，打开门禁时既不需要像现有的蓝牙门禁系统那样要求用户对手机进行操作，也不需要像NFC门禁系统那样需要用户找出手机凑近感应器进行刷卡式操作，而只需要用户携带安装了本发明的门禁程序的手机，走到安装了本发明门禁控制器的门禁附近，并且该门禁为用户已经得到授权的门禁时，门禁即可或者自动打开，或者接通开门按钮等待用户按键就可打开门禁； 同时利用智能机均具备上网功能的特性，将门禁的授权管理统一放置到网络上的管理服务器中，通过智能手机必然具备的无线网络功能对用户智能手机中的门禁程序集中进行授权和管理，减少了管理的工作量。此外通过增加内部时钟等功能，还可以通过此套系统完成诸如考勤和自动更换门禁认证信息等任务，加强安全性和实用性。并且其运行机制绝大多数情况都不需要耗时且有一定独占性的建立蓝牙连接的步骤，在有大量用户靠近时，不会发生阻塞问题，延迟情况也会比较不明显。

另外，门禁控制器中不必存储用户信息，因而每个门禁对应的授权用户数量没有上限，可以用于楼宇入口、小区入口等用户数量庞大的门禁管理；同时在门禁控制器发生故障时，可以马上更换，只需把原门禁控制器的公开识别编码信息和用于验证的内部隐藏信息写入新门禁控制器即可，不必导入更多数据即可使用，也不必从故障门禁控制器导出数据。此外，使用该门禁控制器的场合也不必需有网络环境，而是只要求用户的手机在任意场合有时候能够上网即可，因而使用更加灵活。

附图说明

附图1为本发明基于手机蓝牙通信的自动门禁系统的一个实施例的结构示意图,

图中，1为远程管理服务器，2为手机，3为门禁控制器，4为数据处理控制模块，5为通信模块，6为对外开关，7为数据连接指示灯，8为继电器，9为其他类型的门禁控制器，10为电控锁。

附图2为本发明中，门禁控制器进行对外广播的运行流程。

附图3为本发明中，用户使用的手机上安装的门禁程序在接收到门禁控制器发出的广播格式信息后进行响应的运行流程。

附图4为本发明中，门禁控制器在接收到用户端广播或数据连接传送的回复信息。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1所示，门禁系统的构成主体硬件包括位于网络上的远程管理服务器1、位于出入口的门禁控制器3，和用户使用的手机2（一般为通常意义上的智能手机），以及门禁控制器3控制的电控锁10，其中门禁控制器3内部又包括数据处理控制模块4，和与数据处理控制模块4通过数据线路相连的蓝牙通信模块5、对外开关6、门禁状态指示灯7、继电器8，对外开关6与数据处理控制模块4相连作为一个信号输入源，门禁状态指示灯7可由数据处理控制模块4控制产生不同的门禁状态提示，继电器8由数据处理控制模块4控制通断切换，同时继电器8对外的线路接口与电控锁10的控制电路相连。

远程管理服务器1存储及管理所有系统内的门禁控制器3的公开识别编码信息及对应的钥匙信息，如果设定某门禁控制器为定时更换公开识别编码信息及对应的钥匙信息的话，则远程管理服务器1也必须存储了该更换的算法或者全部更换内容。这里的远程管理服务器并不一定是指物理上的远程，只要是可以联网的管理服务器，能从远程进行管理即可。

手机2安装有门禁程序，该程序在联网状态会主动根据用户的身份信息从远程管理服务器1获得其得到授权的所有门禁控制器3的最新的识别编码信息与对应的钥匙信息，清除没有授权的识别编码信息与对应的钥匙信息。

电控锁10可以为现在市场上的主流门禁电控锁，此类电控锁通常都可由其外接的控制线通过继电器进行控制，并且该控制线通常为常断设置，可以并联多个不同门禁控制器的继电器，使这些门禁控制器均可对开门动作进行控制；少量电控锁该控制线为常通设置，则可以串联多个不同门禁控制器的继电器。本发明在实际安装时，可以通过这种方式与原有的任何形式的门禁控制器同时使用，不影响没有智能机的原有用户使用。

本发明系统关于门禁开门的实现方式为三个独立运行互不干扰但又相互产生作用的流程：

第一个流程是门禁控制器3不断按照一定时间间隔，例如每秒30次，通过蓝牙对外广播包含自身的识别编码信息和随机产生的问询信息的信号，该随机产生的问询问题每隔一段时间或者重复一定次数后主动进行更换，并且该广播信息内还包含了并且该广播信息内还包含了用户位于该门禁应当响应的最远距离时，用户所持的手机2能接收到的门禁控制器3的蓝牙广播信号强度数据信息；

第二个流程是用户使用的安装有门禁程序的手机2，在每次用户携带该手机走到蓝牙门禁控制器附近，接收到第一个流程广播的本发明格式的广播信号时，该手机2上安装的门禁程序会对该广播信息进行响应，首先检索其从远程管理服务器1获得授权的所有公开识别编码，如果没有检索到收听到的这个公开识别编码，就不做回应，如果检索到了，则继续判断该信号的强度是否大于等于接收到的信号中包含的蓝牙信号强度数据信息，如果否，则先不做回应，如果是，则根据此公开识别编码检索到钥匙信息，并利用该钥匙信息和接收到的问询信息经运算产生回复信息进行回复，回复时根据具体情况，直接广播回复信息即可处理门禁开门的情况，或通过建立蓝牙数据连接的方式进行数据传输；

第三个流程是任何时候当门禁控制器3接收到符合回复内容格式的信号时开始在门禁控制器3上运行，首先判断此时门禁是否已经打开，如果已经打开就不做反应，如果没有打开就通过数据处理控制模块4根据当前问询问题和内部隐藏信息进行验证运算，如果通过验证，则视为可以打开此门，由数据处理控制模块4控制门禁状态指示灯7变换为可开门指示状态，并接通对外开关6一段时间，在此期间内，如果对外开关6的按钮被按下，就控制继电器8发生动作，控制电控锁10的控制电路打开门禁允许用户进出。当用户将自己的门禁控制程序设置为门禁自动打开无需按钮，从而该门禁程序在回复的广播信息或通过建立蓝牙数据连接后发送的回复信息中包含了该设定信息时，或者该门禁被设定为无需按下按钮即可开门时，则在前述步骤中回复信息通过验证后，直接跳到最后一步，数据处理控制模块4控制继电器8发生动作，控制电控锁10的控制电路打开门禁允许用户进出。

采用如上流程，即使同时出现的安装了本系统门禁程序的用户数量再大，门禁系统也只需处理其中获得授权并且进入了有效范围的用户，即使此类有效用户数量再多，门禁系统运行也是只要接到一条有效的用户端广播信息就会完成整个处理，不会因为还有其他用户过多信息造成处理延迟，符合用户使用门禁的需求。通常情况下无需建立蓝牙数据连接的设计，也可以大幅提高反应速度。

门禁控制器3考虑到可能需要的升级、修改设定和时间校准以及进行统计等需求，应该具备和远程管理服务器1交流数据的能力。为了节约成本，本发明的门禁控制器3可以不设置直接的网络连接方式，而是通过远程管理服务器1控制将这种操作和授权的信息发放给指定的用户的手机门禁程序，在该手机和门禁控制器3通过蓝牙连接并通过了门禁控制器的验证之后，由门禁程序通过蓝牙数据传输完成这项工作。

数据处理控制模块4上的内部时钟，可以使本系统具备定时自行更换已经预设好的验证所需信息和方法的能力，在开启使用了这种功能的情况下，用户的手机上的门禁程序必须能够保证一直得到远程管理服务器1端的最新授权信息才能持续使用，仅通过某种手段得到已有验证信息和方法，而没有得到远程管理服务器1验证的使用者，一旦变更了验证信息或方法，就无法继续使用了，从而可以进一步提升系统的安全性，可以供对安全要求较高的门禁场合使用。也可以使离开了某个小区的原住户即使通过某种手段使得其门禁程序无法联网更新授权状态，也很快无法继续使用该门禁的授权。此外，考虑到手机上的时间是可以由用户任意人为修改的，该内部时钟还可用于系统的记录和统计用途，并可以拓展本系统的功能如用于考勤记录等，只需要用户在开启门禁操作时，由门禁控制器3发出带有内部时钟时间的广播或通过数据连接传送该时间信息即可。

实施例

对于楼宇社区出入口的本发明应用，如图1所示，本发明系统中位于互联网上的远程管理服务器1， 通过互联网络与使用本发明系统的用户随身携带的手机2上的门禁程序相连接，根据每个用户的身份，分配其所使用的门禁程序所拥有的可打开门禁所需的钥匙信息。在任何时刻，位于楼宇出入口的门禁控制器一直进行如图2所示的流程，重复广播其自身的公开识别编码信息和根据一定算法随机产生的问询问题，并在广播一定次数后自动更换问询问题，并且该广播信息内还包含了用户位于该门禁应当响应的最远距离时，用户所持的手机2能接收到的门禁控制器3的蓝牙广播信号强度数据信息。当用户携带自己的手机2走到安装在楼宇出入口的本发明的门禁控制器3附近时，会接收到其所发出的广播信息。此时手机2上的门禁程序会按照如图3所示流程进行响应，首先检索其从管理服务器获得授权的所有公开识别编码，如果没有检索到收听到的这个公开识别编码，就不做回应，如果检索到了，则继续判断该信号大致来源距离是否位于较近位置，即用户是不是位于距离门禁控制器3不远位置，如果否，则先不做回应，如果是，则根据此公开识别编码检索到钥匙信息，并利用该钥匙信息和接收到的问询信息经运算产生回复信息进行回复，回复时根据具体情况，一般情况下直接广播回复信息即可处理门禁开门的情况，特殊需求如需传递更多数据时，因为已经可以从之前收到的广播信息中得到通讯所需数据，也可以通过建立蓝牙数据连接的方式进行传输。门禁控制器3此时因为接收到了符合本发明格式的回复信息，开始进行如图4所示的流程。首先判断此时门禁是否已经打开，如果已经打开就不做反应，如果没有打开就通过数据处理控制模块4根据当前问询问题和内部隐藏信息进行验证运算，如果通过验证，则视为可以打开此门，由数据处理控制模块4控制门禁状态指示灯7变换为可开门指示状态，并接通对外开关6一段时间，在此期间内，如果对外开关6的按钮被按下，就控制继电器8发生动作，控制电控锁10的控制电路打开门禁允许用户进出。当用户将自己的门禁控制程序设置为门禁自动打开无需按钮，从而该门禁程序在回复的广播信息或通过建立蓝牙数据连接后发送的回复信息中包含了该设定信息时，或者该门禁被设定为无需按下按钮即可开门时，则在前述步骤中回复信息通过验证后，直接跳到最后一步，数据处理控制模块4控制继电器8发生动作，控制电控锁10的控制电路打开门禁允许用户进出。

因为一般门禁电控锁采用常断方式作为开门信号的输入，本发明蓝牙门禁控制器3的继电器8其他类型的门禁控制器9接口并联连接，从而可以共同控制该门禁电控锁，不会影响用户的其他开门方式使用。同时在手机2与门禁控制器3进行蓝牙通讯过程中，手机2中的门禁程序可以记录此次门禁动作的相关信息如通信时间和门禁控制器3的公开识别编码等，在门禁程序与管理服务器通过无线网络连接时，可以上传这些信息，用于记录用户的考勤等用途。

Claims (4)

1.一种自动门禁系统的实现方法，其特征在于，

所述的自动门禁系统包括：远程管理服务器（1）、手机（2）、门禁控制器（3）、电控锁（10），出入口设有所述的门禁控制器（3）及电控锁（10），门禁控制器（3）内包含数据处理控制模块（4），数据处理控制模块（4）存储有每个门禁控制器独有的公开识别编码信息及用于验证运算的隐藏信息；远程管理服务器（1）存储及管理所述的门禁控制器（3）的公开识别编码信息及对应的钥匙信息；手机（2）安装有门禁程序，该程序在联网状态会主动根据用户的身份信息从远程管理服务器（1）获得得到授权的门禁控制器（3）的最新的识别编码信息与对应的钥匙信息，清除没有授权的识别编码信息与对应的钥匙信息；

所述的门禁控制器（3）包括数据处理控制模块（4），蓝牙通信模块（5）、对外开关（6）、门禁状态指示灯（7）、继电器（8）；

蓝牙通信模块（5）与数据处理控制模块（4）通过数据线路连接，对外开关（6）与数据处理控制模块（4）相连作为一个信号输入源，门禁状态指示灯（7）可由数据处理控制模块（4）控制产生不同的门禁状态提示，继电器（8）由数据处理控制模块（4）控制通断切换，同时继电器（8）对外的线路接口与所述的电控锁（10）的控制电路相连；

门禁控制器（3）不断通过蓝牙方式对外广播包含自身的识别编码信息和随机产生的问询信息的信号，该随机产生的问询信息每隔一段时间主动进行更换，并且该广播信号内还包含了用户位于该门禁应当响应的最远距离时，用户所持的手机（2）能接收到的门禁控制器（3）的蓝牙广播信号强度数据信息；

用户使用的安装有门禁程序的手机（2），在每次用户携带该手机走到蓝牙门禁控制器附近，接收到该广播信号时，手机（2）上安装的门禁程序会对该广播信号进行响应，首先检索当前已经从远程管理服务器（1）获得授权的所有公开识别编码，如果没有检索到收听到的这个公开识别编码，就不做回应，如果检索到了，则继续判断该信号的强度是否大于等于接收到的信号中包含的蓝牙广播信号强度数据信息，如果否，则先不做回应，如果是，则根据此前检索到的钥匙信息和接收到的问询信息，经运算产生回复信息进行回复，回复时根据具体情况，直接广播回复信息即可处理门禁开门的情况，或通过建立蓝牙数据连接的方式进行数据传输；

当门禁控制器（3）接收到符合回复内容格式的信号时，首先判断此时门禁是否已经打开，如果已经打开就不做反应，如果没有打开就通过数据处理控制模块（4）根据当前问询信息和内部隐藏信息对该信号内容进行验证运算，如果通过验证，则视为可以打开此门，由数据处理控制模块（4）控制门禁状态指示灯（7）变换为可开门指示状态，并接通对外开关（6）一段时间。

2.根据权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述的接通对外开关（6）一段时间内，

1）如果对外开关（6）的按钮被按下，就控制继电器（8）发生动作，控制电控锁（10）的控制电路打开门禁允许用户进出一段时间；或者

2）跳过对外开关（6）等待用户按下的步骤，直接控制继电器（8）发生动作，控制电控锁（10）的控制电路打开门禁允许用户进出一段时间。

3.根据权利要求1或2所述的实现方法，其特征在于，所述的门禁控制器（3）内的数据处理控制模块（4），在通过蓝牙通信模块（5）与手机（2）的门禁程序的通信过程中，可以进行时间校准、系统设定，或对内部程序进行升级。

4.根据权利要求1或2所述的实现方法，其特征在于，所述的手机（2）上的门禁程序，根据需要记录每次门禁控制器（3）与其通信的信息和时间以及系统的其他信息，并能够在手机（2）与互联网连接时提交给远程管理服务器（1），其中时间根据需要分别记录数据处理控制模块（4）的内部时钟时间和手机（2）上的时间。