基于NFC的智能门锁的设计

赵敏华

摘要：随着科技的发展，人们对智能化管理的需求越来越大。本文分析了NFC智能门锁的软件结构和硬件结构的设计。

关键词：NFC；智能门锁；软件设计；硬件设计

运用NFC的数字化智能技术，将门禁系统进行数字化及智能化的研究设计，通过安卓平台，将智能门锁进行智能化的设计。本文提出将Android智能手机替代机械钥匙实现开/关门的作用，并完成了对NFC智能门锁的设计。

1NFC技术简介

NFC是一种基于无线射频识别和互联网技术的短距离无线通信技术标准，NFC技术在单一芯片上集成了非接触式读卡器、非接触式智能卡和点对点等功能，它的运行频率范围为13.56MHz以内，设备间的连接最大距离范围只能在10cm以内，传输速率在106kbit/s～848kbit/s之间。NFC终端的工作模式主要分为主动、被动和双向等三种模式。主动模式下的NFC终端主要功能是主动发出自己的射频场去识别、读或写其他NFC设备。被动模式下的NFC终端主要功能是在其他设备发出的射频场时被动响应，模拟成一个卡被读或写。双向模式下的各NFC终端都主动发出射频场来建立点对点的通信。

NFC用于在短距离范围内快速建立各种设备之间的无线通信，它可满足任何两个无线设备间的数据交换。它还能通过初始化设备原有的蓝牙和802.11等无线协议，使设备能在更远距离上通信或以更高速率传输数据。此外，NFC设备可在互联网世界作为一个安全的网关，用户能随时储存或接收各种信息。只要将两个NFC设备靠拢，它们便会自动启动网络通信功能，用户无需另行设定安装程序，从而实现非接触式移动支付、身份识别等多种功能。NFC技术符合国际标准化组织的ISO18092、ISO21481标准，兼容无线智能卡ISO14443标准，符合欧洲计算机协会的EMCA-340、352和356标准。

NFC的技术原理非常简单，它可通过主动与被动两种模式交换数据。在被动模式下，启动近场通信的设备，也称为发起设备（主设备），在整个通信过程中提供射频场（RF-field）。它可选择106kbps、212kbps或424kbps其中一种传输速度，将数据发送到另一台设备。另一台设备称为目标设备（从设备），不必产生射频场，而使用负载调制（loadmodulation）技术，以相同的速度将数据传回发起设备。而在主动模式下，发起设备和目标设备都要产生自己的射频场，以进行通信。另外，由于NFC传输距离短，建立连接速度快。因此NFC技术通常作为芯片内置在设备中，当设备进行应用时，通过简单的碰一碰即可建立连接。比如在用于门禁管制的应用时，用户只需将储存有门禁代码的设备靠近阅读器即可。

2NFC智能门锁的软件设计

NFC智能门锁的软件设计主要包括传输数据包、程序处理流程和程序设计等三个方面的描述。

1、传输数据包。NFC智能门锁的传输数据包主要是与NFC门锁监控器和NFC智能钥匙交互的数据包。

2、程序处理流程。NFC智能门锁的程序处理流程主要包括以下步骤：1）启动主程序。2）检查NFC智能门锁的配置状态。3）根据其配置状态判断NFC智能门锁是否已初始化。4）若NFC智能门锁未被初始化，那么主程序判断该NFC智能门锁是否已通过USB数据接口，并与门禁监控中心系统相连。5）若该NFC智能门锁未连接门禁监控中心系统，那么主程序调用告警方法闪烁三次红灯后退出，NFC智能门锁停止工作。6）若该NFC智能门锁已连接门禁监控中心系统，那么主程序调用NFC智能门锁的初始化方法将门禁监控中心系统的系统名称与通讯密码、门锁监控器的通讯密码，以及NFC智能门锁的通讯密码写入NFC智能门锁的NFC芯片中的智能卡中，设置变量i的值为1。7）若NFC智能门锁已被初始化，那么主程序设置变量i的值为1。8）主程序判断变量i的值是否为1，若变量i的值不是1，那么主程序退出，NFC智能门锁停止工作；否则，主程序进入循环接收和发送加密数据包的状态-监控进出NFC智能门锁的数据包。9）每次解密数据包前，主程序将检查当前调用的子程序是否会出现异常，若出现异常，主程序将变量i的值设为0并退出，否则将执行数据包解密程序。10）在解密数据包的过程中，解密程序调用数据包检查函数，以此来检查该数据包的数据完整性。11）若该数据包不完整，那么主程序销毁该数据包。12）若该数据包为完整的数据包，那么主程序读取数据包解密后的包中标识符的值，并根据该值进行下一步的操作。

3、程序设计。NFC智能门锁控制程序，是一个长期运行在NFC智能门锁上、用于控制NFC智能门锁的开/关门的应用程序。它主要包括一个NFC智能门锁的启动主程序类“NfcLockActor”、一个NFC设备代理类“ProximityDevice”、一个与NFC门锁监控器交换NDEF数据的类“NdefLaunchAppRecord”、一个与NFC智能钥匙交换NDEF数据的类“NdefAndroidAppRecord”、一个遵循NDEF标准的类“NdefRecord”和一个枚举类型“TypeNameFormatType”。其中，类“NfcLockActor”用于初始化NFC智能门锁、监控自身的工作状态并定期向NFC门锁监控器发送告警信息、接收和发送数据包、加/解密数据包以及记录日志。类“ProximityDevice”用于获取NFC智能门锁上的NFC设备，并启动NFC应用程序与NFC门锁监控器或NFC智能钥匙上的NFC应用程序进行通信-两者的标签之间进行数据交换。类“NdefAndroidAppRecord”以一种更为便利的方式为NFC智能门锁与NFC智能钥匙进行通信提供统一格式化的的NFC标签。类“NdefLaunchAppRecord”以一种更为便利的方式为NFC智能门锁与NFC门锁监控器进行通信提供统一格式化的NFC标签。类“NdefRecord”为NFC智能门锁与NFC门锁监控器或NFC智能钥匙进行通信提供一种通用格式的NFC标签。枚举类型“TypeNameFormatType”根据NFC论坛定义的格式，统一命名类型名称的格式。

3NFC智能门锁的硬件结构设计

NFC智能门锁的硬件结构主要由一块集成电路板、一组门锁电源、一个USB接口、一个基于ARM926的处理器芯片、两个NFC芯片、一个门锁转动机械接口和一个SD卡接口组成。门锁电源接口、USB接口、门锁控制器芯片、NFC芯片、门锁转动机械接口和SD卡接口嵌在集成电路板上，它们之间通过集成电路板上的相关电路相连接。其中，门锁电源接口为NFC智能门锁的集成电路板及其上的各电气元件提供5V的稳定电压。USB接口是初始化NFC智能门锁的数据接口。门锁控制器芯片为NFC智能门锁的数据交换和程序调度处理器，它主要包括一块256KB的SSD内存芯片和一个基于ARM926的微处理器芯片。

结语

随着移动互联网技术的发展，Android智能手机逐渐成为人们生活中不可或缺的信息终端，越来越多的用户用Android智能手机代替电脑等。NFC技术是一种优秀的近距离无线通信技术，具有低功率、低价格、兼容性的特点。将NFC技术和移动互联技术相结合的思路，使智能门禁系统的发展将产生新的质的变化。用Android智能手机代替机械钥匙实现开关门，将成为智能门禁系统发展的一种趋势。

参考文献：

[1]刘希若.无线门禁系统的设计与实现[J].科技广场，2014（07）.

[2]李满玲.基于NFC的数字化智能门禁系统的设计[J].鄂州大学学报，2014（06）.

[3]李振帆.基于NFC的智能门锁的设计[J].科技资讯，2014（02）.