一种基于物联网技术的实验室门禁系统的制作方法

本实用新型涉及门禁系统技术领域，特别涉及一种基于物联网技术的实验室门禁系统。

背景技术：

学校的实验室管理一直以来都充满矛盾：实验室管得紧了，学生不愿意去实验室，专业实验室巨额投资建设成果利用率极低，造成浪费；实验室完全开放，实验室内的试验设备的维护、管理和安全都会出现较大的问题。

目前，高校的专业实验室绝大部分以人工钥匙式的门禁管理系统为主，学生想要自主开展实验存在较多障碍，实验室利用效率低；而部分财力雄厚的学校采用的密码式门禁系统存在安保强度低、易于损坏的缺点；指纹识别、人脸识别、以及虹膜识别等其他高端门禁系统又因为价格昂贵难以推广。

技术实现要素：

针对现有技术中存在技术问题，本实用新型的目的在于提供一种基于物联网技术的实验室门禁系统，以解决现有的实验室门禁系统安全强度低，易损坏，成本较高的技术问题，以建立在多重安防机制技术上的低成本、高可靠的实验室门禁系统。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

本实用新型提供了一种基于物联网技术的实验室门禁系统，包括门锁控制器子系统、服务器子系统及外部应用子系统；门锁控制器子系统与服务器子系统之间采用通信连接，门锁控制器子系统与外部应用子系统之间采用通信连接，服务器子系统与外部应用子系统之间建立通信连接；

门锁控制器子系统用于接收用户信息、发送用户身份验证信息及传输门锁开闭指令；服务器子系统用于用户信息管理、验证及生成和传输门锁开闭指令，外部应用子系统用于提供用户信息和用户身份验证信息。

进一步的，门锁控制器子系统包括中心处理器、电磁门锁、读卡器、以太网通信模块、蓝牙通信模块、第一电源及第二电源；

中心处理器的输出端与电磁门锁连接，读卡器的输出端与中心处理器的输入端连接，以太网通信模块与中心处理器双向连接，中心处理器与蓝牙通信模块双向连接，第一电源与中心处理器连接，第二电源与电磁门锁连接。

进一步的，中心处理器采用arduinomega2560处理器；读卡器采用rfid读写模块；

rfid读写模块设有串行通信接口，rfid读写模块通过串行通信接口与arduinomega2560处理器的串口0连接；以太网通信模块采用串口转以太网模块，串口转以太网模块设有uart接口，串口转以太网模块通过uart接口与arduinomega2560处理器的串口2连接；蓝牙通信模块设有uart接口，蓝牙通信模块通过uart接口与arduinomega2560处理器的串口1连接。

进一步的，门锁控制子系统还包括语音播报模块，语音播报模块的输入端与中心处理器的输出端连接。

进一步的，服务器子系统包括电脑终端、路由器及gprsmodem模块；电脑终端上设置有门禁数据库；路由器与电脑终端双向连接，gprsmodem模块与电脑终端双向连接。

进一步的，电脑终端采用实验室教师控制台计算机；gprsmodem模块设有串行通信端口，gprsmodem模块通过串行通信端口与实验室教师控制台计算机连接，路由器通过有线网络与电脑终端连接。

进一步的，路由器采用rj45有线连接型路由器。

进一步的，外部应用子系统包括用户磁卡和用户智能终端；用户磁卡与门锁控制器子系统建立通信连接，用户智能终端与门锁控制器子系统及服务器子系统建立通信连接。

进一步的，用户磁卡采用老师或学生持有的校园卡，校园卡采用rfid卡。

进一步的，用户智能终端采用手机或平板电脑。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供了一种基于物联网技术的实验室门禁系统，各个子系统之间采用通信连接，对外接口结构简单，无需人为接触操作，消除按键密码操作的易损、易破解特点，而且具有经久耐用，技术成本低，安防强度高；各部件采用非接触信息采集技术，数据信息均以有线或无线通信手段实现，门禁系统安全，损坏小，难破解。

进一步的，设置语音播报模块使得门禁系统对于进入人员的信息提醒，发挥了人性化作用，既能有效激发学生学习积极性，还能明确告知门禁拒绝进入的原因，可以使得非法用户产生技术门禁的敬畏之心，合法用户则可在未来更加规范使用门禁系统。

进一步的，用户磁卡采用学生或老师的校园一卡通，用户智能终端采用学生或老师的手机或平板电脑，充分利用学校师生员工的自有资源，最大限度的节省了实验室门禁管控的技术设备成本。

进一步的，采取校园一卡通卡号采集核对、动态密码以及智能终端号码多重验证身份鉴别手段组合检验，使得实验室安全得到最大限度的保证。

附图说明

图1为本实用新型一种基于物联网技术的实验室门禁系统的结构框图；

图2为本实用新型中门锁控制器子系统的结构框图；

图3为本实用新型中服务器子系统的结构框图；

图4为本实用新型中外部应用子系统的结构框图；

图5为本实用新型中门锁控制器子系统的工作原理流程示意图；

图6为本实用新型中服务器子系统的工作原理流程示意图；

图7为本实用新型中用户智能终端的工作原理流程示意图。

其中，1门锁控制器子系统，2服务器子系统，3外部应用子系统；11中心处理器，12电磁门锁，13读卡器，14以太网通信模块，15蓝牙通信模块，16第一电源，17第二电源，18语音播放模块，19继电器；21电脑终端，22路由器，23gprsmodem模块，24门禁管理数据库；31用户磁卡，32用户智能终端。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

如附图1-4所示，本实用新型提供一种基于物联网技术的实验室门禁系统，包括门锁控制子器系统1、服务器子系统2及外部应用子系统3；外部应用子系统4与服务器子系统1之间建立通信连接，外部应用子系统3与门锁控制器子系统1之间建立通信连接，门锁控制器子系统1与服务器子系统2之间建立通信连接。

门锁控制器子系统1用于接收和传输用户信息、用户身份验证信息及传输门锁开闭指令；门锁控制器子系统1包括中心处理器11、电磁门锁12、读卡器13、以太网通信模块14、蓝牙通信模块15、第一电源16、第二电源17、语言播报模块18及继电器19；

中心处理器11的输出端通过继电器19与电磁门锁12连接，读卡器13的输出端与中心处理器11的输入端连接，以太网通信模块14与中心处理器11双向连接，中心处理器11与蓝牙通信模块15双向连接，第一电源16与中心处理器11连接，第二电源17与电磁门锁12连接；第一电源16分别与中心处理器11及继电器19连接，第一电源16采用5v直流稳压电源，用于向中心处理器11及继电器19提供电源；第二电源17采用24v直流稳压电源，用于向电磁门锁提供电源；语音播报模块18的输入端与中心处理器11的输出端连接。

中心处理器11采用arduinomega2560处理器；读卡器13采用rfid读写模块，用于读取用户磁卡信息，读卡器13设置在实验室门口；rfid读写模块设有串行通信接口，rfid读写模块通过串行通信接口arduinomega2560处理器的串口0连接；蓝牙通信模块15设有uart接口，蓝牙通信模块15通过uart接口与arduinomega2560处理器的串口1连接；以太网通信模块14采用串口转以太网模块，串口转以太网模块设有uart接口，串口转以太网模块通过uart接口与arduinomega2560处理器的串口1连接；语音播报模块18设有uart接口，语音播报模块18通过uart接口与arduinomega2560处理器的串口3连接。

服务器子系统2用于用户信息管理和发送及生成和传输门锁开闭指令，服务器子系统2包括电脑终端21、路由器22及gprsmodem模块23；电脑终端21上设置有门禁数据库24；路由器22与电脑终端21双向连接，gprsmodem模块23与电脑终端21双向连接。

电脑终端21采用实验室教师控制台计算机，用于用户信息管理、密码管理、刷卡用户动态密码的短消息生成和发送、安防逻辑判断以及实验室门锁开闭指令生成和传输；gprsmodem模块22设有串行通信端口，gprsmodem模块22通过串行通信端口与电脑终端连接；路由器23采用48口rj45有线连接型路由器，路由器23通过有线网络与电脑终端21连接。

外部应用子系统3包括用户磁卡31和用户智能终端32；用户磁卡31采用学校的老师或学生持有的校园卡，校园卡采用rfid卡，用于实验室门禁系统人员信息的第一层识别；用户智能终端32采用手机或平板电脑，用于接收服务器子系统发送的用户验证信息，并将用户验证短信息发送至门锁控制器子系统1及服务器子系统2，用于实验室门禁系统人员信息的第二层识别；

外部应用子系统3的用户磁卡31与门锁控制器子系统1的读卡器13建立通信连接，用户通过在读卡器13上进行刷卡，读卡器13读取用户磁卡31上的用户信息；外部应用子系统3的用户智能终端32通过自带的蓝牙设备与门锁控制器子系统1的蓝牙通信模块15匹配连接；门锁控制器子系统1的以太网通信模块15与服务器子系统2的路由器22连接，以建立门锁控制器子系统1与服务器子系统2之间的通信连接；服务器子系统2通过gprsmodem模块23与外部应用子系统3的智能终端32建立通信连接。

本实用新型所述的一种基于物联网的实验室门禁系统的工作流程如下：

用户需要进入实验室前，首先将持有的用户磁卡与设置在实验室门口的门锁控制器子系统的读卡器接触，读卡器采集用户身份信息，并将该用户身份信息通过门锁控制器子系统的以太网通信模块传输至服务器子系统；服务器子系统的电脑终端接收到用户身份信息后，电脑终端检索门禁管理数据库，查询用户磁卡持有人的智能终端号码并生成动态密码，以短消息的形式通过服务器子系统的gprsmodem模块发送至用户智能终端；

用户智能终端将接收到的动态密码后，发送至门锁控制器子系统，并通过门锁控制器子系统的以太网通信模块将该动态密码发送至服务器子系统；服务器子系统的电脑终端接收到该动态密码后，由电脑终端判断用户磁卡持有人同一智能终端号码发出的含有动态密码的短消息和接收的动态密码短消息是否相同，并通过以太网模块向门锁控制器子系统的中心处理器发送门锁开闭指令至电磁门锁，中心处理器通过语音播报模块向进入实验室人员播报门禁信息。

本实用新型的门锁控制器子系统的工作流程如下：

门锁控制器子系统工作时，arduinomega2560处理器监听串口0、串口1及串口2的数据信息，当接收到arduinomega2560处理器的串口0的数据时，读卡器采集用户磁卡信息，按照数据帧格式规范，通过与arduinomega2560处理器的串口2连接以太网通信模块向服务器子系统发送用户磁卡身份信息数据；

当接收到arduinomega2560处理器的串口1的数据时，arduinomega2560处理器通过蓝牙通信模块与用户智能终端建立连接，arduinomega2560处理器获取用户智能终端的手机号码及接收智能终端发送的动态密码，按照数据帧格式规范，通过与arduinomega2560处理器的串口2连接的以太网通信模块向服务器子系统发送获取的用户智能终端号码及接收到的智能终端发送的动态密码；

当接收到arduinomega2560处理器的串口2的数据时，arduinomega2560处理器通过以太网通信模块与服务器子系统建立连接，arduinomega2560处理器获取服务器子系统的发送的门锁开闭指令，如果为门锁打开指令时，arduinomega2560处理器将该门锁打开指令发送至电磁门锁，电磁门锁执行门锁打开命令；如果非门锁打开指令，arduinomega2560处理器通过串口3将禁止入门的相关语音指令发送至语音播报模块并进行执行。

参考附图6所示，本实用新型的服务器子系统的工作流程如下：

服务器子系统工作时，电脑终端通过路由器监听以太网通信模块的制定ip和端口；如果门锁控制器子系统通过以太网通信模块申请连接电脑终端时，电脑终端通过路由设备与门锁控制器子系统建立连接；

判断接收到的数据帧类型，如果接收的数据为用户智能终端的手机号码、用户磁卡信息以及接收到动态密码等信息时，电脑终端检索门禁管理数据库内暂存的手机号码、rfid卡号及电脑终端发出的动态密码；如果发出的动态密码和接收的动态密码一致，电脑终端向门锁控制器子系统发送“门锁打开指令”；如果发出的动态密码和接收的动态密码不一致时，电脑终端向门锁控制器子系统发送“密码验证失败”；

如果接收到的数据是用户磁卡刷卡结果的用户磁卡卡号，电脑终端检索门禁数据库中与接收的用户磁卡卡号一致的手机号码；判断查询结果，如果对比门禁管理数据库中与接收的用户磁卡卡号一致的用户智能终端手机号码相同，电脑终端生成动态密码并将用户磁卡卡号、手机号码及动态密码暂存在门禁管理数据库中，如果门禁管理数据库中与接收的用户磁卡卡号一致的用户智能终端手机号码不相同时，门锁控制器发送“未授权rfid卡号”指令信息。

本实用新型的用户智能终端的工作流程如下：

首先，在用户智能终端与门锁控制器子系统的中心处理器之间建立蓝牙通信连接，连接成功后监测用户智能终端是否收到短信息，如果短信息未包含“mjmm”字符，则忽略该短信息；如果短信息包含“mjmm”字符，则提取该短信息的动态密码，并将动态密码通过用户智能终端的终端app发送至门锁控制器子系统，发送完成后结束程序。

本实用新型提供了一种基于物联网技术的实验室门禁系统，各个子系统之间采用通信连接，对外接口结构简单，无需人为接触操作，消除按键密码操作的易损、易破解特点，而且具有经久耐用，技术成本低，安防强度高；各部件采用非接触信息采集技术，数据信息均以有线或无线通信手段实现，门禁系统安全，损坏小，难破解；设置语音播报模块使得门禁系统对于进入人员的信息提醒，发挥了人性化作用，既能有效激发学生学习积极性，还能明确告知门禁拒绝进入的原因，可以使得非法用户产生技术门禁的敬畏之心，合法用户则可在未来更加规范使用门禁系统；用户磁卡采用学生或老师的校园一卡通，用户智能终端采用学生或老师的手机或平板电脑，充分利用学校师生员工的自有资源，最大限度的节省了实验室门禁管控的技术设备成本；采取校园一卡通卡号采集核对、动态密码以及智能终端号码多重验证身份鉴别手段组合检验，使得实验室安全得到最大限度的保证。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。