一种智能门禁控制系统及方法与流程

本发明涉及安防技术领域，具体涉及一种智能门禁控制系统及方法。

背景技术：

门禁控制系统用于控制人员的进出，现有技术中，主要存在密码门禁控制系统、射频卡门禁控制系统和生物识别门禁控制系统。各类型的门禁控制系统各具优缺点：密码门禁控制系统通过检验密码的正确性来识别进出权限，其优点在于操作方便，缺点在于密码容易泄露，安全系数低；射频卡门禁控制系统通过读卡识别进出权限，其优点在于成本低，缺点在于携带麻烦，且卡片容易复制或破解，安全系数低；生物识别门禁控制系统通过检验生物特征来识别进出权限，如指纹、静脉、虹膜、面部等，其优点在于安全性好、方便快捷，其缺点在于成本高、识别率过于依赖环境、生物特征如眼镜、外伤、胡须等的增减会影响识别率，给用户带来不便。

如今，物联网技术日趋成熟，已广泛应用至物流领域、医疗领域、智能环境领域等。针对目前各类型的门禁控制系统存在的不足以及物联网技术迅速发展的态势，有必要结合物联网技术来克服现有门禁控制系统存在的不足，提升门禁控制系统的便捷性和安全性。

技术实现要素：

本发明提供一种智能门禁控制系统及方法，解决现有门禁控制系统存在的便捷性、安全性较差的问题。

本发明通过以下技术方案解决技术问题：

一种智能门禁控制方法，步骤为：

(1)用户发起开锁请求；

(2)生成随机的手势目标信号或语音目标信号；

(3)用户根据手势目标信号发出手势确认信号，或根据语音目标信号发出语音确认信号；

(4)比对手势确认信号与手势目标信号是否一致，或比对语音确认信号与语音目标信号是否一致，如一致，执行步骤(5)，否则，结束本次请求；

(5)执行验签，若验签成功，执行开锁操作，否则，结束本次请求。

进一步地，步骤(4)中，检测手势确认信号，利用手势识别算法识别所述手势确认信号，再将所述手势确认信号与所述手势目标信号进行比对，或，检测语音确认信号，利用语音识别算法识别所述语音确认信号，再将所述语音确认信号与所述语音目标信号进行比对。

进一步地，步骤(5)中的验签步骤为：

(一)验证用户提供的操作者认证信息是否与本地认证信息匹配，如匹配，执行步骤(二)，否则，结束本次请求；所述操作者认证信息包括用户提供的小区地址、小区名、楼栋号以及门牌号，所述本地认证信息包括预先保存好的小区地址、小区名、楼栋号以及门牌号；

(二)利用本地加密公钥获取操作者签名信息；

(三)所述操作者认证信息执行安全哈希算法sha1后与操作者加密公钥拼接，再次执行安全哈希算法sha1得到的值，验证该值与操作者签名信息是否匹配，如匹配，则开锁，否则，结束本次请求。

一种上述智能门禁控制方法的系统，包括门禁端、移动终端以及加密卡；所述门禁端包括控制器模块、门禁端无线传输模块、电机模块和门锁；所述移动终端包括移动端无线传输模块；所述加密卡由加密卡端无线传输模块、安全芯片和检测模块组成；所述加密卡安装在移动终端上；所述移动终端上安装app，用户在所述移动终端的app上发起开锁请求；移动终端通过移动端无线传输模块将所述开锁请求发送至加密卡端无线传输模块，再输入至安全芯片；所述安全芯片生成随机的手势目标信号或语音目标信号；用户做出相应的手势确认信号或语音确认信号，检测模块检测所述手势确认信号或语音确认信号，并将检测结果输出至安全芯片；所述安全芯片比对手势确认信号与手势目标信号是否一致，或比对语音确认信号与语音目标信号是否一致，如一致，加密卡启动签名再由app通过移动端无线传输模块、门禁端无线传输模块向所述控制器模块发送验签请求，否则结束本次请求；门禁端的控制器模块执行验签，验签如成功，则向所述电机模块发送控制信号，启动电机模块打开门锁，否则结束本次请求。

进一步地，所述加密卡端无线传输模块与所述移动端无线传输模块之间既可以通过wifi，也可以通过蓝牙发送数据和指令；所述移动端无线传输模块与所述门禁端无线传输模块之间既可以通过wifi，也可以通过蓝牙发送数据和指令。

进一步地，还包括电脑终端；所述电脑终端与加密卡端无线传输模块连接；所述电脑端还与所述移动端无线传输模块连接。

进一步地，所述门禁端还包括光耦隔离模块和继电器模块；所述光耦隔离模块的输入端与控制器模块连接；所述光耦隔离模块的输出端与继电器模块的输入端连接；所述继电器模块的输出端控制门锁的开和关。

进一步地，所述门禁端还包括解码模块、音频功放模块和声音播报模块；所述解码模块与控制器模块连接；所述解码模块的输出信号经音频功放模块后通过声音播报模块播出。

进一步地，所述检测模块包括陀螺仪传感器或三轴加速度传感器；

所述陀螺仪传感器的输出端与安全芯片连接；所述三轴加速度传感器的输出端与安全芯片连接。

进一步地，所述检测模块还包括声波传感器；所述声波传感器的输出端与安全芯片连接。

与现有技术相比，具有如下特点：

1、将加密卡安装在移动终端上，在移动终端上安装app，用户在app上发起开锁请求，安全芯片生成随机的手势目标信号或语音目标信号，用户做出相应的手势确认信号或语音确认信号，安全芯片比对手势确认信号与手势目标信号是否一致，或比对语音确认信号与语音目标信号是否一致，一致时发送比对结果至app，再由app向控制器模块发送验签请求，门禁端的控制器模块执行验签，验签如成功，则向电机模块发送控制信号，启动电机模块打开门锁，本发明设置的移动终端，可以为手机，如今人们手机都随身携带，借助手机来开门锁，可免去携带钥匙、门禁卡的麻烦，给人们生活带来便捷；还设置加密卡，借助加密卡与移动终端的绑定，利用加密卡能实现手势的验证和比对，还通过验签来开启门锁，提高开启门锁的安全系数，并且，移动终端不能直接调用检测模块的信息，也就无法越过加密卡的验证和比对直接向门禁端发起验签请求，能避开网络攻击，进一步提高开启门锁的安全性，而且加密卡的功能实现，对环境、生物特征要求都不高，不会因为识别率的问题给人们带来不必要的麻烦；

2、门禁端与移动终端之间，移动终端与加密卡之间，既可以通过wifi也可以通过蓝牙完成数据和指令的传输，在门禁端和加密卡设置wifi和/或蓝牙的成本低，传输技术足够成熟和稳定，传输距离也适用于门禁控制系统，能以低成本完成开启门锁的数据和指令的传输；通过wifi、蓝牙来实施数据、指令传输，可实现半离线管理，无需设备实时在线，降低运营成本；

3、在门禁端还设置光耦隔离模块和继电器模块来控制门锁的开启，在电机模块发生故障时可作为辅助手段完成开启门锁；

4、在门禁端还设置解码模块、音频功放模块和声音播报模块，用于播报门锁的开关状态、物业信息、广告信息等，用户不仅能得到更为直观的进出体验，还能了解物业动态信息以及可能对自己有益的广告信息；

5、在加密卡端设置陀螺仪传感器或三轴加速度传感器，甚至还可设置声波传感器，加密卡进行信息验证时既可以是手势也可以是语音，为门锁的开启提供多一种验证方式，给用户带来方便。

附图说明

图1为本发明系统的结构原理框图。

图2为本发明方法的流程图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。

一种智能门禁控制系统，包括门禁端、移动终端以及加密卡，其中，门禁端主要包括控制器模块、门禁端无线传输模块、电机模块和门锁；所述移动终端包括移动端无线传输模块；所述加密卡由加密卡端无线传输模块、安全芯片和检测模块组成；所述加密卡安装在移动终端上；所述控制器模块与门禁端无线传输模块连接；所述门禁端无线传输模块与移动端无线传输模块连接；所述电机模块的控制端与控制器模块连接，所述电机模块带动门锁开或关；所述移动端无线传输模块与加密卡端无线传输模块连接；所述加密卡端无线传输模块与安全芯片连接；所述安全芯片与检测模块的输出端连接。本发明的硬件结构原理框图如图1所示。

门禁端安装在用户出入的门禁处，设置有门禁端无线传输模块，该无线传输模块为wifi和/或蓝牙，通过wifi或蓝牙与移动端无线传输模块连接。即，所述移动端无线传输模块与所述门禁端无线传输模块之间既可以通过wifi，也可以通过蓝牙发送数据和指令。

电机模块包括电机驱动子模块和电机，电机驱动子模块的控制端与控制器模块连接，电机驱动子模块的输出端与电机的控制端连接，电机工作时，带动门锁的插销运动，实现门锁的打开关。其中，电机驱动子模块为fm116b电机驱动芯片。电机模块也可以设置成电机驱动电路和带电机的电子锁芯，控制器模块向电机驱动电路发送驱动信号，带动电机运转，完成电子锁芯的开关。

移动终端可为手机，如今人手一部手机，充分利用手机参与至门禁控制系统中来，无疑能给人们带来方便。手机已设置有移动端无线传输模块，该无线传输模块为wifi和/或蓝牙，手机与门禁端之间既可以通过wifi也可以通过蓝牙实现数据、指令的传输。

加密卡尺寸与sim卡的尺寸匹配，可直接插接在sim卡卡槽，由移动终端为其供电，加密卡也可直接与移动终端的供电芯片相连接，通过不干胶或保护壳与移动终端固定在一起，便于携带。加密卡独立于sim卡，而非将其内部的安全芯片内置于sim卡，一方面是避免与sim卡运营商合作发卡提高成本，另一方面是避免sim卡长期处于工作状态，无法得到有效的用户确认，存在被网络攻击的风险。

加密卡端无线传输模块为wifi和/或蓝牙，所述加密卡端无线传输模块与所述移动端无线传输模块之间既可以通过wifi，也可以通过蓝牙发送数据和指令。加密卡端无线传输模块接收到用户操作请求时，便将操作请求输入至安全芯片。安全芯片利用内置的随机算法，随机生成开锁手势目标信号或语音目标信号，用户按要求做手势确认信号或语音确认信号，由检测模块检测上述手势确认信号或语音确认信号，再由内置的手势识别技术或语音识别技术进行验证和比对，如二者匹配正确，则安全芯片启动签名，通过加密端无线传输模块将验签请求发送至移动终端，再由移动终端向门禁端发送开门锁指令。关于关锁，既可以通过程序设置延时，在延时时间到时自动关锁，也可以与开门锁流程相同，由用户发出关门锁请求。

安全芯片甚至还可以根据检测模块检测到的手势确认信号或语音确认信号，将手势确认信号或语音确认信号，以及对比结果进行加密操作或解密操作，从而能够防止出入门禁信息被泄露。安全芯片采用随机算法生成目标确认信号，目标确认信号可以为手势，也可以为声音，随机算法本领域技术人员也可根据需求选择，随机算法、手势识别技术、语音识别技术均为现有技术，此处不做赘述。

检测模块包括陀螺仪传感器或三轴加速度传感器；所述陀螺仪传感器的输出端与安全芯片连接；所述三轴加速度传感器的输出端与安全芯片连接。检测模块独立于移动终端，使得移动终端无法直接调用检测模块的检测数据，根除了检测模块被远程恶意调用的风险。

陀螺仪传感器是一种角速度传感器，可安装在电子装置中，用作检测手部动作、操作、方向等。本发明中，陀螺仪传感器检测用户的实际手势，并将实际手势的检测结果输入至安全芯片中，由安全芯片利用手势识别技术进行验证和比对，若比对一致，则启动签名，否则，不启动签名。

三轴加速度传感器可以精确地检测出被检测物体在空间x、y、z三个轴向的加速度信号，从而得到该物体的三维加速度值，全面精确的反映出该物体的运动性质。三轴加速度传感器的输出信号可用于本发明的手势识别。

在检测模块还可设置声波传感器；所述声波传感器的输出端与安全芯片连接。声波传感器检测用户实际的语音信号，输入至安全芯片，安全芯片利用语音识别技术，将安全芯片随机产生的语音信号与实际语音信号进行比对，若比对一致，则启动签名，否则，不启动签名。

进一步地，可根据需求设置电脑终端；所述电脑终端与加密卡端无线传输模块连接；所述电脑端还可直接与所述移动端无线传输模块连接。可由物业在电脑终端安装上位机程序，用于提取加密卡的验证信息以及移动终端向门禁端发出的控制指令信息。

为进一步提高用户出入门禁的可靠性，在门禁端还设置了光耦隔离模块和继电器模块；所述光耦隔离模块的输入端与控制器模块连接；所述光耦隔离模块的输出端与继电器模块的输入端连接；所述继电器模块的输出端控制门锁的开和关。其中，光耦隔离模块为tip521光耦隔离芯片。在电机驱动子模块或电机出现故障时，门锁无法正常打开，维修需要时间，此时可由控制器模块为光耦隔离模块提供工作电压，启动继电器模块，执行开门锁任务。

进一步地，还可在门禁端设置按键模块；所述按键模块的输出端与控制器模块连接。按键模块的设置，用于在用户忘记随身携带移动终端的情况时，可退而求其次，通过输入密码进出门禁。还可设置读卡器模块，为非接触模块电路，主要包含cie72d01芯片，用于读取门禁卡，方便愿意携带门禁卡的人进出门禁。

进一步地，所述门禁端还包括存储模块；所述存储模块与控制器模块连接。存储模块为sd卡，用于存储用户出入门禁的信息，如用户账户、出入时间、次数统计等，便于有需要的时候进行查询，还可以预存物业信息、广告信息，便于播报。

进一步地，在门禁端还设置解码模块、音频功放模块和声音播报模块；所述解码模块与控制器模块连接；所述解码模块的输出信号经音频功放模块后通过声音播报模块播出。解码模块的主要芯片为es8388，将sd卡预存的纯音频或av音频进行解码，将数字音频信息转换为模拟音频信号，经音频功放模块进行放大后，再由声音播报模块播出。其中，音频功放模块为ns4150功放芯片。声音播报模块可为喇叭、麦克风等。播放音乐或广告时，esp32读取sd卡中的广告或音乐信息，再经es8388解码芯片进行解码处理，解码完成后再通过ns4150功放芯片进行放大，再通过喇叭或麦克风进行播放。

还设置有电源模块，用于为控制器模块供电，电源模块主要包括mp1584en芯片和ams1117芯片。电源模块的供电电压为12v，mp1584en将电压稳压至5v，再由ams1117芯片将电压稳压至3.3v，为控制器模块供电。电源模块还设置有led发光二极管，用于指示供电情况。

上述智能门禁控制系统的控制方法，具体步骤为：

(1)用户发起开锁请求；

(2)生成随机的手势目标信号或语音目标信号；

(3)用户根据手势目标信号发出手势确认信号，或根据语音目标信号发出语音确认信号；

(4)比对手势确认信号与手势目标信号是否一致，或比对语音确认信号与语音目标信号是否一致，如一致，执行步骤(5)，否则，结束本次请求；

(5)执行验签，若验签成功，执行开锁操作，否则，结束本次请求。

在所述移动终端上安装app，app内完成的功能有：(a)用户利用手机号注册账户密码，绑定小区地址、小区名、楼栋号、门牌号等认证信息，并提交物业审核，只有在物业审核通过之后，app才能开通门禁的进出权限；(b)一个手机号可绑定多套房，同时，用户也可在app内切换登录的用户身份；(c)在app内，还展示小区资讯和app平台资讯；(d)app内还设置一键开锁功能，移动终端开启蓝牙和gps后，app搜索附近的蓝牙锁，用户点击对应的门锁，便可以实现开锁功能；(e)用户可根据开锁频率自行设置常用门禁，提高进出门禁的效率；(f)用户可修改个人信息，如头像、昵称等，还可以看到当前账户手机号、门禁的权限状态以及当前认证信息下其它用户的基本信息，还可根据需求更改所述其它用户的权限；(g)用户可查看所绑定的认证信息下各个用户的通行记录；(h)设置访客通行证功能，用户在app点击“访客通行证”，界面跳转分享微信小程序至微信好友，为该微信好友开门锁。“访客通行证”的面向对象为非业主身份的有限时间内来访的客人，微信小程序里的开锁功能有时间限定，在有限时间内，微信好友来访时，到门禁附近时点开用户分享过来的微信小程序即可开门，限时时间到时，微信小程序无法开门。

用户在所述移动终端的app上发起开锁请求，如点击一键开锁或开锁按钮；通过加密卡端无线通信模块和移动端无线传输模块在加密卡、移动终端和app之间建立通信通道，即，通过移动端无线传输模块将所述开锁请求发送至加密卡端无线传输模块，再输入至安全芯片；安全芯片接收到用户的操作指令后，根据用户的操作执行生成随机的手势目标信号或语音目标信号；用户做出相应的手势确认信号或语音确认信号，检测模块检测所述手势确认信号或语音确认信号，并将检测结果输出至安全芯片；所述安全芯片比对手势确认信号与手势目标信号是否一致，或比对语音确认信号与语音目标信号是否一致，如一致，加密卡启动签名，再由app通过移动端无线传输模块、门禁端无线传输模块向所述控制器模块发送验签请求，否则结束本次请求；门禁端的控制器模块执行验签，验签如成功，则向所述电机模块发送控制信号，启动电机模块打开门锁，否则结束本次请求。本发明的控制方法流程图如图2所示。

步骤(4)中，检测手势确认信号，利用手势识别算法识别所述手势确认信号，再将所述手势确认信号与所述手势目标信号进行比对，或，检测语音确认信号，利用语音识别算法识别所述语音确认信号，再将所述语音确认信号与所述语音目标信号进行比对。

上述步骤(5)中的验签，是指验证用户的小区名、楼栋号、门牌号以及加密公钥。

在使用app前，门禁端已保存有本地认证信息和本地加签公钥。步骤(5)的具体验签步骤为：

(一)验证用户提供的操作者认证信息是否与本地认证信息匹配，如匹配，执行步骤(二)，否则，结束本次请求，具体为：

app向门禁端发送操作者认证信息，门禁端提取本地认证信息，并与操作者认证信息进行比对，如二者匹配，门禁端将所述操作者认证信息执行安全哈希算法sha1，得到第一sha1值，app将所述操作者认证信息执行安全哈希算法sha1，得到第四sha1值，如不匹配，结束本次请求。

其中，操作者认证信息是指当前正在提出开锁请求的用户名提供的认证信息，包括小区地址、小区名、楼栋号、门牌号等信息；本地认证信息包括预先保存好的小区地址、小区名、楼栋号以及门牌号。

步骤(一)判断认证信息是否匹配的目的在于验证该用户对本门禁是否有出入权限，

(二)利用本地加密公钥获取操作者签名信息，具体为：

app将操作者加密公钥发送至门禁端，门禁端将所述操作者加密公钥与所述第一sha1值拼接，得到第二sha1值，app将所述操作者加密公钥与所述第四sha1值拼接，得到第五sha1值，即得到操作者签名信息。

(三)所述操作者认证信息执行安全哈希算法sha1后与操作者加密公钥拼接，再次执行安全哈希算法sha1得到的值，验证该值与操作者签名信息是否匹配，如匹配，则开锁，否则，结束本次请求，具体为：

app将所述操作者签名信息发送到门禁端，门禁端读取本地加签公钥，将所述操作者签名信息解密，得到解密签名信息；门禁端对第二sha1值再次执行安全哈希算法，得到第三shal值；如解密签名信息与第三shal值匹配，则开锁，否则，结束本次请求。

步骤(三)判断解密签名信息是否匹配的目的在于验证加密公钥的可靠性，由app端发送操作者签名信息，是为进一步判断用户的合法性，多重判断，能大大提高开启门锁的安全性。