基于LoRa网络门禁系统

基于lora网络门禁系统
技术领域
1.本实用新型属于门禁系统，特别是基于lora无线通信协议的门禁系统。


背景技术：

2.门禁系统是指智能建筑领域中出入口通道进行管制的系统，它是在传统的门锁基础上发展而来的，门禁系统中的“门”不仅包含了常见的人员出入的门，还包括了能够通行的各种通道，例如车辆通行的通道等。门禁系统是新型现代化安全管理系统，它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，它涉及电子，机械，光学，计算机技术，通讯技术，生物技术等诸多新技术，是解决重要部门出入口实现安全防范管理的有效措施。广泛应用于银行、宾馆、车场管理、机房、军械库、机要室、办公间，智能化小区，工厂等。门禁系统早已超越了单纯的门道及钥匙管理，它已经逐渐发展成为一套完整的出入管理系统。它在工作环境安全、人事考勤管理等行政管理工作中发挥着较大的作用。
3.门禁系统一般由安装在通道上的通道设备(主要包含门禁机和通讯模块)，放置控制中心的服务器和连接通道设备、服务器两者间的通信电缆三大部分组成。目前通道设备与服务器连接的通讯方式主要由三种：rs485、以太网、zigbee等近距离无线通信方式。这三种方式在城中村出租屋、地下停车场、小区偏僻区域等距离远、公众无线通信网信号差的地方均存在较大的问题。(1)rs485：速度慢，通信距离有限，需要进行布线和有电中继，建设成本高； (2)以太网：速度块，传输距离有限，需要进行布线和有点中继，建设成本高；(3)zigbee：速度慢，协议复杂，组网成本高，需要有电中继。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种利用lora无线通信技术实现距离远、绕射能力强、抗干扰能力强和功耗低，且不需布线、建设成本低的基于 lora网络门禁系统。
5.为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于lora网络门禁系统，包括：通道设备，作为门禁管理的终端；服务器，对lora网关和通道设备进行管理，且通过以太网与lora网关双向通讯；lora网关，实现通道设备与服务器间的通讯；所述lora网关通过以太网与服务器双向通讯，且lora网关通过lora无线协议与通道设备进行双向通讯。
6.进一步地，所述lora网关与通道设备之间双向连接lora中继器，服务器对lora中继器进行管理。
7.进一步地，所述通道设备内置lora模块。
8.本实用新型与现有技术相比，使用了lora通信技术连接通道设备和服务器，使用lora 网关的形式实现高速以太网与低速lora无线通信方式的转换，并通过使用lora中继器实现提高了通信的距离；利用lora无线通信技术距离远、绕射能力强、抗干扰能力强、功耗低的优点，解决以上三种通讯方式的不足，有效满足城中村出租屋、地下停车场、小区偏
僻区域等距离远、公众无线通信网信号差的地方的出入门禁控制系统的需要。实际使用表明，本实用新型不需要布线，施工简单，有效降低了远离服务器区域的门禁系统的建设成本，而且通信稳定、可靠。
附图说明
9.图1为基于lora网络门禁系统的架构图。
10.图2为以太网phy芯片u2的电路图。
11.图3为lora收发器u4的电路图。
12.图4为lora网关处理芯片u1的电路图。
13.图5为lora中继器处理芯片u5的电路图。
14.图6为lora收发器u3的电路图。
15.图7为基于lora网络门禁系统的工作流程图。
具体实施方式
16.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成干涉就可以相互组合。
17.基于lora网络门禁系统的组成如图1所示。服务器是指对门禁授权数据、lora网关、 lora中继器、通道设备进行管理的计算机。通道设备由lora通讯模块和门禁机组成。对于距离较近的通道设备，lora网关可以直接与其通信，例如通道设备a；对于距离较远的设备，需增加使用lora中继器进行无线中继，例如通道设备b。
18.1、lora网关。lora网关的主要作用是作为以太网、lora之间的一个数据转换中心。lora 网关通过以太网与服务器链接，确保能够以高速率实现服务器、lora网关之间的数据通信， lora网关通过lora无线通信技术与通道设备或者lora中继器通信，利用lora无线通信技术有效通信距离远的优点，使通道设备可以安装到更远的区域。
19.lora网关包括lora网关核心处理芯片u1、以太网phy芯片u2和lora收发器u4，lora 网关核心处理芯片u1通过以太网phy芯片u2实现与服务器通讯。如图2至图4所示，lora 网关核心处理芯片u1型号是stm32f107，以太网phy芯片u2型号是lan8720，lora收发器 u4型号是rf-al42uhb1，变压器的rj45接口u6型号是hr911105a。
20.2、lora中继器。lora中继器的作用是进一步提高通道设备与lora网关之间的通信距离。lora中继器包括lora中继器核心处理芯片u5和lora收发器u3，通道设备b通过lora中继器核心处理芯片u5与lora网关实现更远距距通讯。如图5至图6所示，lora中继器核心处理芯片u5型号是stm32f103，lora收发器u3型号是rf-al42uhb1，其运行的程序主要是不停地将收到的数据修改跳数后发送出去。
21.3、lora无线协议(通道设备通信协议)。lora无线协议是以lora网关与通道设备之间的的通信协议，通信协议格式为：
[0022][0023]
下行数据为各部分的含义：xor：从命令字到所有参数进行按位异或运算的结果；cmd：发出去的命令字，其中第8位如果位1说明整个是一个响应数据，为0则说明是控制数据，目前支持的命令主要有：设备重启(0x00)、卡片授权(0x01)、取消授权(0x02)、系统同步(0x03)、读取日志(0x04)、卡号长度设置(0x05)；～cmd：命令字反码，是cmd的按位取反运算的结果。～cmd和xor的作用是为了识别无线数据传输过程受到干扰造成的错误数据；excmd：命令扩展，对于同一个命令，不同的命令扩展实现不同的功能，例如对于“系统同步(0x03)”命令，当excmd＝0x01时，通道设备会同步日期；当excmd＝0x02时，通道设备会同步时间；当excmd＝0x03时，通道设备会同步时间、日期；add：地址，指的是被远程控制的设备的地址，其中地址0表示的网关；para：参数，根据不同的命令，参数不同。
[0024]
4、服务器通信协议。服务器通信协议指的是lora网关与服务器之间的通信协议，格式如下：
[0025][0026]
上行协议中lora网关是客户端，云是服务端，各部分的含义：crc：从命令字到所有参数的crc8计算结果；pn：发出的包号，每发出一个数据包自动加1，主要让客户端避免多次接受处理同一个数据包；cmd：发出去的命令，其中第16位如果位1说明整个是一个响应数据，为0则说明是控制数据；sn：序列号，接收数据的设备的序列号，如果是广播数据，则该地址为0xffffffff；subadd：子地址，设备内部地址；paralen：后面的参数的长度；para：该命令需要的参数。
[0027]
基于lora网络门禁系统中的服务器是整个系统的控制中心，主要是主动发出卡片授权、取消授权、系统同步、采集最新日志等命令，具体命令的发出是由操作人员在界面上操作完成。lora网关是用来在服务器、中继器或通道设备之间传输数据和主动采集通道设备日志的。基于lora网络门禁系统的工作流程如图7所示。
[0028]
发送阶段：lora网关首先查询服务器是否给其下发数据，如果有下发数据，则分析该数据包是给本地网关的，还是需要给远程通道设备的，如果是给本地的，则使用本地化处理程序处理，本地化数据主要包括设置ip地址、mac地址、名称、服务器地址、服务器端口等命令。不是本地数据，则使用lora无线协议对数据封装后使用lora收发器发送出去。lora网关如果长时间没有收到从服务区下发的数据，即接受服务器数据超时，则lora网关发送一条采集通道设备日志的命令，该命令的目标地位为add。
[0029]
接收阶段：lora网关发送出数据以后进入等待通道设备响应状态，如果通道设备在规定的时间内响应，lora网关首先提高地址为add的通道设备的通信优先级，然后判断被
响应命令是否是转发命令，如果是则将收到的lora数据使用服务器通信协议封装后发给服务器，如果被响应的不是转发命令，则将返回的数据作为日志存储起来。如果通道未能在规定的时间内响应，则说明该设备很可能已经掉线，lora网关将降低该设备的通信优先级。
[0030]
主备阶段：接收阶段过后，lora网关为下一次发送数据做准备，主要是从所有通道设备中找出尚未采集的最高优先级通道设备。
[0031]
使用lora网关采集日志的方式，使得服务器可以不用长时间开机也可以获得全部日志，在服务器不通信期间插入采集日志的命令，提高了系统的通信效率。
[0032]
以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。