基于FreeRTOS的无线网络门禁系统设计与实现

【摘要】：智慧社区是智慧城市的发展关键内容,也是城市智慧化的基础。门禁系统作为智慧社区建设中众多物联网设备的一种,由于其使用频率和使用环境的特殊性,人对它的便捷性、性价比也有较高的要求。因此,研制安全、便捷、具有高性价比的门禁系统具有较高的应用价值。本文对现有门禁系统安全性、便捷性、性价比等现状进行了分析,发现现有门禁系统存在如下不足,例如传统的门禁如密码识别门禁和卡片识别门禁都存在易复制、易破解等安全性问题,新型门禁如指纹门禁和人脸识别门禁存在因皮肤破损等造成识别率不稳定的问题和采集指纹、照片等可能涉及隐私保护的问题,虹膜门禁等高端门禁则因为价格高昂难以推广。因此,本文在对实际使用环境与用户需求进行分析的基础上,确定门禁控制器系统的设计方案,并通过设计相应的硬件与软件、安全认证体系,实现了一种低成本、高安全、便捷易用的无线网络门禁控制器系统。该系统基于FreeRTOS操作系统,以内置蓝牙的ESP32和负责4G网络传输的AIR720G作为控制核心,通过设计硬件模块、两机通信传输协议与自主可控的安全认证协议流程,并利用4G网络通信技术、蓝牙技术、非对称密码技术、音频控制技术与Message Queuing Telemetry Transport(MQTT)网络技术等实现门禁控制器的性能指标。本文主要完成门禁系统的控制器系统设计,主要研制工作如下:(1)针对门禁开锁中数据交互场景可能存在的数据泄露、重放攻击、中间人攻击等安全性问题进行分析,设计了Public Key Instructure(PKI)体系,解决了数据认证问题。(2)针对门禁控制器系统开发中网络数据转发协议存在数据丢包、移位问题,基于YMODEM设计了数据传输协议,解决了数据丢包问题,保证了传输数据的可靠性。(3)设计了安全开锁流程、音频调度控制等系统功能模块,完成了门禁控制器硬件电路的设计与调试,并开发了相应的控制软件。(4)设计了语音播报模块,具备语音广告投放、推广功能,具有较高性价比。同时改善了传统蓝牙门禁开锁速度与安全性不能兼容、开锁距离限制的问题,实现了门禁系统的便捷易用、安全快捷的特点。本文设计的门禁控制器系统的实物系统已通过公安部安全与警用电子产品质量检测中心检测,产品已在企业与电子工程学院实验室试点安装测试,结果表明,该门禁系统稳定可靠、使用便捷、性价比高,具有较好的应用前景。