一种基于NBIOT的远程可视门禁系统的制作方法

本实用新型涉及一种基于NBIOT的远程可视门禁系统。

背景技术：

移动通信正在从人和人的连接，向人与物以及物与物的连接迈进，万物互联是必然趋势。然而当前的4G网络在物与物连接上能力不足。事实上，相比蓝牙、ZigBee等短距离通信技术，移动蜂窝网络具备广覆盖、可移动以及大连接数等特性，能够带来更加丰富的应用场景，理应成为物联网的主要连接技术。

NB-IOT聚焦于低功耗广覆盖(LPWA)物联网(IoT)市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。NB-IOT使用License频段，可采取带内、保护带或独立载波等三种部署方式，与现有网络共存。

随着智能城市、大数据时代的来临，无线通信将实现万物连接。很多企业预计未来全球物联网连接数将是千亿级的时代。目前已经出现了大量物与物的联接，然而这些联接大多通过蓝牙、Wi-Fi等短距通信技术承载，但非运营商移动网络。为了满足不同物联网业务需求，根据物联网业务特征和移动通信网络特点，3GPP根据窄带业务应用场景开展了增强移动通信网络功能的技术研究以适应蓬勃发展的物联网业务需求。

而家庭门禁系统，以家庭为单位其设备连接多，速率低，功耗低的需求，以及其使用频率低，时延要求低的特点，和NBIOT的特点非常匹配。

通过图像压缩技术，一个可识别的人脸图像，压缩后的数据量可以达到20kbyte左右，在NBIOT目前67kbps的上行速度下，3秒左右即可上传一个图像，这在日常生活中是完全可以接受的，而音频文件wma格式下，24kbps的比特率已经可以很好的播放音乐，NBIOT目前的下行速度为28kbps，可以很好的满足音频数据下发的需求。

因此，将NBIOT引入到智能家具、智能门禁的应用，是非常合适且有价值的。

目前，随着智能家居和生物识别，特别是指纹识别的火热发展，智能门锁和门禁系统也越来越被人们接收和认可，智能门锁已经达到或超越了传统门锁的安全等级和易用性。

其中，智能锁和用户的远程通讯也是智能门锁的重要功能之一。但实际应用中，当用户不在现场但有访客到访时，由于无法确认访客情况，从安全性角度来说存在非常严重的隐患，导致用户几乎不可能使用远程开锁的功能。远程通讯仅仅只能做到将门锁的状态推送给用户，而失去了用户远程控制门锁的意义。

因此，将智能门锁和其他智能家居产品有机的结合成为一套完整的智能门禁系统也是未来智能家居的发展方向之一。

普通智能锁，见图1，一般由现场输入模块、声光提示模块、远程通讯模块、电源管理模块、逻辑管理模块和门锁机械结构组成。

其中，现场输入模块和声光提示模块主要是用于和访客的人机交互，采集生物特征或密码输入等，并提供声光提示；

电源管理模块主要用于对设备的充放电管理、欠压报警等功能；

逻辑管理模块主要用于对访客身份的鉴权，以及控制智能锁响应的操作；

远程通讯模块主要用于将智能锁的工作状态推送给远端的户主手机，往往采用2G或wifi的方式；

门锁机械结构即是传统锁具的机械部分，用于保障门户安全。

目前普通智能门锁存在一些缺点：

(1)部分门锁远程通讯使用2G方式，功耗大，传输效率低，一般仅用于向户主推送门锁状态，是单向通讯；

(2)部分门锁远程通讯使用wifi的方式，功耗大，并且依托于户内的网络环境，当依托的网络环境不可用时，远程交互即会无效；

(3)目前当门锁遭到破拆，撬锁等攻击时，智能锁只能推送警告给远端的户主，而无法提供有效的警示；

(4)户主授权给访客权限时，往往采用提供密码或创造临时密码的方式，操作不便利且存在密码泄露的风险；

目前智能云锁虽然相对传统智能锁能够做到远程开锁、远程提醒等功能，但仍然存在一些缺陷。

总结现有技术的缺点：

1、无法在远程获得当前门锁附近的情况，不能保证远程开锁的安全性；

2、无法在获得报警推送时及时对现场攻击者进行有效的警示和威慑；

3、远程通讯的功耗相对较大，使设备续航时间受限；

4、使用相对比较复杂，老人和小孩不容易理解；

5、多种情况下需要提供密码给访客，容易造成密码泄露；

6、用户在远端无法和现场进行交互。

技术实现要素：

本实用新型提出了一种安全性高、功耗低、续航时间长、使用简单的基于NBIOT的远程可视门禁系统。

本实用新型采用的技术方案是：

一种基于NBIOT的远程可视门禁系统,包括电子猫眼组件、智能锁组件、电源管理模块，电子猫眼组件、智能锁组件与电源管理模块连接，其特征在于：远程可视门禁系统还包括用于与用户远程交互通讯的NBIOT通讯模块，NBIOT通讯模块与电源管理模块连接。本实用新型采用NBIOT通讯模块作为主要的远距离通讯手段，并且将电子猫眼组件和智能锁组件、NBIOT通讯模块有机结合，整个产品在功能和续航能力上有巨大的提升。采用各个模块各自管理逻辑功能，则可以提高系统的灵活度，控制系统的维护、修理成本。

进一步，所述远程可视门禁系统还包括一主控模块，所述主控模块分别与电子猫眼组件、智能锁组件、电源管理模块、NBIOT通讯模块连接。主控模块是一个可选模块，当本系统的各个模块统一管理时，可以使用一个主控模块实现各个子模块中的逻辑功能，例如输入模块中的图像采集芯片、智能锁组件的逻辑管理模块中的处理芯片，电源管理模块、实现PKI系统中的加解密操作等。选用主控模块实现其他子模块的逻辑功能，则可以减小系统整体成本。

进一步，所述电子猫眼组件包括：

输入模块，用于采集门禁外的图像；

和显示模块，用于将输入模块采集到的图像输出在屏幕上。

进一步，所述输入模块由图像采集传感器、光学镜头、语音输入模块以及采集芯片组成，主要用于采集门禁外的图像，用于实现猫眼的数据采集功能，可以根据需求增加调焦或镜头角度调整的功能，也可以根据需求提供图像压缩算法。

进一步，所述采集芯片内设置有图像压缩算法。本实用新型通过图像压缩技术，一个人工可识别的人脸图像，压缩后的数据量可以达到20kbyte左右，而音频文件wma格式下，24kbps的比特率已经可以很好的播放音乐。目前NBIOT目前67kbps的上行速度，28kbps的下行速度，可以很好的满足音频数据上传、下发的需求，3秒左右即可上传一个人脸图像，这在日常生活中也是完全可以接受的。

进一步，所述显示模块是一设置在门禁内的显示屏，用于将输入模块采集到的图像输出在屏幕上，使门禁内人员可以清楚了解门禁外情况的功能。

进一步，所述智能锁组件包括：

现场输入模块，包括多个传感器，用于用户在现场对智能门锁的输入，包含但不仅限于指纹、人脸、虹膜、声纹等生物信息的输入，按键、门铃、NFC、IC卡的识读，破拆、撬锁行为的探知等功能；

逻辑管理模块，包括处理芯片，用于对输入的各类信息的解析、处理，对生物信息鉴权认证以及后续行为管理，例如开锁、记录、警告等功能；

门锁机械结构，用于对机械钥匙开锁的支持；

声光提示模块，用于提供声光和语音提示，包括但不仅限于认证时的结果语音和声光反馈，语音数据的播放等功能。本实用新型的智能锁组件主要完成传统智能锁在本地实现的功能，例如生物识别、控制门禁、注册/删除成员、行为记录等功能。

进一步，所述现场输入模块是生物识别模块、按键或密码输入模块、IC卡或NFC开锁模块中的一种或多种的组合。在近距离使用时，根据现场输入模块实际选用的组件不同，可以实现各类生物识别、按键或密码输入、IC卡或NFC开锁等功能，和普通的智能锁基本一致，故不详细说明。

进一步，所述NBIOT通讯模块的保护通讯数据方式采用PKI系统。PKI是Public Key Infrastructure的首字母缩写，是公钥基础设施，PKI是一种遵循标准的利用公钥加密技术为电子商务的开展提供一套安全基础平台的技术和规范，属于信息安全的常用方法。

本实用新型的有益效果：

1、使用NBIOT替代原有的WIFI或GPRS/3G/4G等方式，大幅度降低系统功耗，提高系统待机时间；

2、使用NBIOT作为远程通讯方式，可以在低功耗的情况下实现双向通讯，可以满足双向的图像和语音传输；

3、通过将电子猫眼、智能锁功能的结合，使用户可以远程获知门禁系统前的状态，使其可以更加准确的实现门禁系统的远程控制；

4、使户主可以通过语音、图像的方式实现访客身份判定，准确率更高，并且不需要访客任何操作，使系统便捷性和使用体验更好；

5、在门禁系统遭受攻击时，用户可以远程发送语音警告，相对传统的报警更具震慑力。

附图说明

图1是现有智能锁的结构示意图。

图2是本实用新型的结构示意图。

图3是本实用新型远程操作的流程示意图。

图4是本实用新型实现提醒和警示的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本实用新型进行进一步说明，但并不将本实用新型局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本实用新型涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

实施例一

参见图2，一种基于NBIOT的远程可视门禁系统,包括电子猫眼组件1-1、智能锁组件1-2、电源管理模块1-3、NBIOT通讯模块1-4，电子猫眼组件1-1、智能锁组件1-2、NBIOT通讯模块1-4与电源管理模块1-3连接。本实用新型采用NBIOT通讯模块1-4作为主要的远距离通讯手段，并且将电子猫眼组件1-1和智能锁组件1-2、NBIOT通讯模块1-4有机结合，整个产品在功能和续航能力上有巨大的提升。采用各个模块各自管理逻辑功能，则可以提高系统的灵活度，控制系统的维护、修理成本。

电子猫眼组件1-1，主要完成电子猫眼的功能，由2个子模块组成，分别为输入模块1-1-1和显示模块1-1-2。其中输入模块1-1-1由图像采集传感器、光学镜头、语音输入模块以及采集芯片组成，主要用于采集门禁外的图像，用于实现猫眼的数据采集功能，可以根据需求增加调焦或镜头角度调整的功能，也可以根据需求提供图像压缩算法；通过图像压缩技术，一个人工可识别的人脸图像，压缩后的数据量可以达到20kbyte左右，而音频文件wma格式下，24kbps的比特率已经可以很好的播放音乐。目前NBIOT目前67kbps的上行速度，28kbps的下行速度，可以很好的满足音频数据上传、下发的需求，3秒左右即可上传一个人脸图像，这在日常生活中也是完全可以接受的；显示模块1-1-2主要是门禁内的显示屏，用于将输入模块1-1-1采集到的图像输出在屏幕上，使门禁内人员可以清楚了解门禁外情况的功能；

智能锁组件1-2主要完成传统智能锁在本地实现的功能，例如生物识别、控制门禁、注册/删除成员、行为记录等功能，主要由四个子模块组成，分别是现场输入模块1-2-1，逻辑管理模块1-2-2，门锁机械结构1-2-3，采用声光提示模块1-2-4的人机交互模块。现场输入模块1-2-1主要由各类传感器组成，实现用户在现场对智能门锁的输入功能，包含但不仅限于指纹、人脸、虹膜、声纹等生物信息的输入，按键、门铃、NFC、IC卡的识读，破拆、撬锁行为的探知等功能。在近距离使用时，根据现场输入模块1-2-1实际选用的组件不同，可以实现各类生物识别、按键或密码输入、IC卡或NFC开锁等功能，和普通的智能锁基本一致，故不详细说明。逻辑管理模块1-2-2主要由处理芯片组成，实现对输入的各类信息的解析、处理，对生物信息鉴权认证以及后续行为管理，例如开锁、记录、警告等功能；门锁机械结构1-2-3主要实现传统锁具的机械结构和功能，包括对机械钥匙开锁的支持；声光提示模块1-2-4主要提供声光提示功能，包括但不仅限于认证时的结果语音和声光反馈，语音数据的播放等功能。

电源管理模块1-3主要用于对整个系统进行供电，并实现系统的电源管理，包括充放电管理，欠压报警等功能；

NBIOT通讯模块1-4主要用于远程通讯的功能，使系统可以和用户实现远程通讯，其中，保护通讯数据的方式可以采用成熟的PKI系统，PKI是Public Key Infrastructure的首字母缩写，是公钥基础设施，PKI是一种遵循标准的利用公钥加密技术为电子商务的开展提供一套安全基础平台的技术和规范，属于信息安全的常用方法。

本实用新型在远程操作时，和普通智能锁有较大的区别和提升，具体步骤如图3所示，流程说明：

1、访客触发门铃；

2、系统通过电子猫眼采集访客照片；

3、系统对图片进行压缩；

4、系统通过NBIOT将压缩后的图片传输至远端的户主手机；

5、户主通过图片确认访客身份；

6、户主根据访客身份选择门禁系统接下去的行为；

7、户主通过手机，通过NBIOT，以安全的方式发送给本地系统；

8、本地系统接收到户主发送的指令；

9、本地系统根据接收到的指令执行对应的操作；

10、本地系统和远端户主的交互可以根据户主指定的操作执行复数次循环；

11、户主最终确认是否给访客开门或拒绝。

其中，步骤10中所述的复数次循环，可以实现以下典型情景：

1、当步骤2中采集的访客照片不清晰或户主无法辨别访客身份时，户主可以发送语音至本地系统，提示访客面向猫眼，并使能猫眼重新采集；

2、也可以通过发送语音，并控制电子猫眼组件接收语音，实现户主和访客的语音交流。

本实用新型相对普通智能锁，在远程开锁的安全性和体验性有极大的提升。

首先，户主可以在复数次和访客的交互之中，根据图像、声音等方式判定访客身份，大大提高准确性；

其次，普通智能锁多采取户主给访客发放临时密码等方式，该方式要求访客熟悉和了解智能锁的使用方式，这种方式对老年人、儿童等群体不友好，而本方案完全不需要访客操作智能门锁，因此体验更佳。

此外，在本地门禁系统遭到攻击、破拆、撬锁等行为时，本方案可以提供更加有效的提醒和警示手段，具体流程如图4，流程说明：

1、攻击者攻击门禁；

2、系统检测到受到攻击；

3、系统根据收到攻击的类型，生成报警信息并通过NBIOT传输给户主手机；

4、户主手机接收到报警信息；

5、户主选择门禁行为；

6、户主通过手机，通过NBIOT，以安全的方式发送给本地系统；

7、本地系统接收到户主发送的指令；

8、本地系统根据接收到的指令执行对应的操作；

9、本地系统和远端户主的交互可以根据户主指定的操作执行复数次循环；

其中，步骤7开始户主的指令，可以是以下行为：

1、户主可以控制电子猫眼图像采集角度，尝试拍摄攻击者外形，并传输到户主手机，以便追查；

2、户主可以多次发送语音信息，由门禁系统输出，警告攻击者已经被发现，实现对攻击者的威慑效果。

本实用新型相对普通智能锁，在安全性上有很大的提升：

首先，户主可以通过调整电子猫眼，拍摄攻击者的照片，并及时传递至户主手机，以便户主报警或后期调查；

其次，户主可以远程发送语音对现场的攻击者提出警告，相对传统的蜂鸣器或固定语音的方式，能提供更强的震慑力和警示效果。

本实用新型利用NBIOT作为远程通讯手段，使设备能够双向远程通讯的同时，降低设备功耗，提高设备续航时间；结合电子猫眼，使户主可以获取现场的图像，以便更好的了解现场情况；户主可以通过语音、图像等方式与访客交互，使户主可以更加准确的判定访客身份，使远程开门更加安全和准确；在系统遭遇攻击时，户主可以远程获知现场状况，并发送语音警告，相对传统方式更加具有威慑力，降低攻击者继续实施攻击的可能性；户主远程开锁，访客无需任何操作，更适合老人和小孩使用；户主远程开锁，无需为访客提供密码或创建临时密码，降低密码泄露的风险。

实施例二

参见图2，一种基于NBIOT的远程可视门禁系统,包括电子猫眼组件1-1、智能锁组件1-2、电源管理模块1-3、NBIOT通讯模块1-4、主控模块1-5，电子猫眼组件1-1、智能锁组件1-2、NBIOT通讯模块1-4、电源管理模块1-3均与主控模块1-5连接。本实用新型采用NBIOT通讯模块1-4作为主要的远距离通讯手段，并且将电子猫眼组件1-1和智能锁组件1-2、NBIOT通讯模块1-4有机结合，整个产品在功能和续航能力上有巨大的提升。当本系统的各个模块统一管理时，可以使用一个主控模块1-5实现各个子模块中的逻辑功能，例如输入模块中的图像采集芯片、智能锁组件1-2的逻辑管理模块中的处理芯片，电源管理模块1-3、实现PKI系统中的加解密操作等。选用主控模块1-5实现其他子模块的逻辑功能，则可以减小系统整体成本。

电子猫眼组件1-1，主要完成电子猫眼的功能，由2个子模块组成，分别为输入模块1-1-1和显示模块1-1-2。其中输入模块1-1-1由图像采集传感器、光学镜头、语音输入模块以及采集芯片组成，主要用于采集门禁外的图像，用于实现猫眼的数据采集功能，可以根据需求增加调焦或镜头角度调整的功能，也可以根据需求提供图像压缩算法；通过图像压缩技术，一个人工可识别的人脸图像，压缩后的数据量可以达到20kbyte左右，而音频文件wma格式下，24kbps的比特率已经可以很好的播放音乐。目前NBIOT目前67kbps的上行速度，28kbps的下行速度，可以很好的满足音频数据上传、下发的需求，3秒左右即可上传一个人脸图像，这在日常生活中也是完全可以接受的；显示模块1-1-2主要是门禁内的显示屏，用于将输入模块1-1-1采集到的图像输出在屏幕上，使门禁内人员可以清楚了解门禁外情况的功能；

智能锁组件1-2主要完成传统智能锁在本地实现的功能，例如生物识别、控制门禁、注册/删除成员、行为记录等功能，主要由四个子模块组成，分别是现场输入模块1-2-1，逻辑管理模块1-2-2，门锁机械结构1-2-3，采用声光提示模块1-2-4的人机交互模块。现场输入模块1-2-1主要由各类传感器组成，实现用户在现场对智能门锁的输入功能，包含但不仅限于指纹、人脸、虹膜、声纹等生物信息的输入，按键、门铃、NFC、IC卡的识读，破拆、撬锁行为的探知等功能。在近距离使用时，根据现场输入模块1-2-1实际选用的组件不同，可以实现各类生物识别、按键或密码输入、IC卡或NFC开锁等功能，和普通的智能锁基本一致，故不详细说明。逻辑管理模块1-2-2主要由处理芯片组成，实现对输入的各类信息的解析、处理，对生物信息鉴权认证以及后续行为管理，例如开锁、记录、警告等功能；门锁机械结构1-2-3主要实现传统锁具的机械结构和功能，包括对机械钥匙开锁的支持；声光提示模块1-2-4主要提供声光提示功能，包括但不仅限于认证时的结果语音和声光反馈，语音数据的播放等功能。

电源管理模块1-3主要用于对整个系统进行供电，并实现系统的电源管理，包括充放电管理，欠压报警等功能；

NBIOT通讯模块1-4主要用于远程通讯的功能，使系统可以和用户实现远程通讯，其中，保护通讯数据的方式可以采用成熟的PKI系统，PKI是Public Key Infrastructure的首字母缩写，是公钥基础设施，PKI是一种遵循标准的利用公钥加密技术为电子商务的开展提供一套安全基础平台的技术和规范，属于信息安全的常用方法。

本实用新型在远程操作时，和普通智能锁有较大的区别和提升，具体步骤如图3所示，流程说明：

1、访客触发门铃；

2、系统通过电子猫眼采集访客照片；

3、系统对图片进行压缩；

4、系统通过NBIOT将压缩后的图片传输至远端的户主手机；

5、户主通过图片确认访客身份；

6、户主根据访客身份选择门禁系统接下去的行为；

7、户主通过手机，通过NBIOT，以安全的方式发送给本地系统；

8、本地系统接收到户主发送的指令；

9、本地系统根据接收到的指令执行对应的操作；

10、本地系统和远端户主的交互可以根据户主指定的操作执行复数次循环；

11、户主最终确认是否给访客开门或拒绝。

其中，步骤10中所述的复数次循环，可以实现以下典型情景：

1、当步骤2中采集的访客照片不清晰或户主无法辨别访客身份时，户主可以发送语音至本地系统，提示访客面向猫眼，并使能猫眼重新采集；

2、也可以通过发送语音，并控制电子猫眼组件接收语音，实现户主和访客的语音交流。

本实用新型相对普通智能锁，在远程开锁的安全性和体验性有极大的提升。

首先，户主可以在复数次和访客的交互之中，根据图像、声音等方式判定访客身份，大大提高准确性；

其次，普通智能锁多采取户主给访客发放临时密码等方式，该方式要求访客熟悉和了解智能锁的使用方式，这种方式对老年人、儿童等群体不友好，而本方案完全不需要访客操作智能门锁，因此体验更佳。

此外，在本地门禁系统遭到攻击、破拆、撬锁等行为时，本方案可以提供更加有效的提醒和警示手段，具体流程如图4，流程说明：

1、攻击者攻击门禁；

2、系统检测到受到攻击；

3、系统根据收到攻击的类型，生成报警信息并通过NBIOT传输给户主手机；

4、户主手机接收到报警信息；

5、户主选择门禁行为；

6、户主通过手机，通过NBIOT，以安全的方式发送给本地系统；

7、本地系统接收到户主发送的指令；

8、本地系统根据接收到的指令执行对应的操作；

9、本地系统和远端户主的交互可以根据户主指定的操作执行复数次循环；

其中，步骤7开始户主的指令，可以是以下行为：

1、户主可以控制电子猫眼图像采集角度，尝试拍摄攻击者外形，并传输到户主手机，以便追查；

2、户主可以多次发送语音信息，由门禁系统输出，警告攻击者已经被发现，实现对攻击者的威慑效果。

本实用新型相对普通智能锁，在安全性上有很大的提升：

首先，户主可以通过调整电子猫眼，拍摄攻击者的照片，并及时传递至户主手机，以便户主报警或后期调查；

其次，户主可以远程发送语音对现场的攻击者提出警告，相对传统的蜂鸣器或固定语音的方式，能提供更强的震慑力和警示效果。

本实用新型利用NBIOT作为远程通讯手段，使设备能够双向远程通讯的同时，降低设备功耗，提高设备续航时间；结合电子猫眼，使户主可以获取现场的图像，以便更好的了解现场情况；户主可以通过语音、图像等方式与访客交互，使户主可以更加准确的判定访客身份，使远程开门更加安全和准确；在系统遭遇攻击时，户主可以远程获知现场状况，并发送语音警告，相对传统方式更加具有威慑力，降低攻击者继续实施攻击的可能性；户主远程开锁，访客无需任何操作，更适合老人和小孩使用；户主远程开锁，无需为访客提供密码或创建临时密码，降低密码泄露的风险。