基于物联网(IoT)技术的集群式智能门锁的设计与实现

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智能门锁系统是智能家居的一重环节,是提高家庭、宾馆和办公室等场所安全、管理效率的有效措施。据此,论文研究、设计并实现了一套面向B端市场(公租房、酒店和企业办公等)的智能门锁系统,该系统具有多元鉴权认证、视频监控、云端集群管控、移动端应急处理与无线升级等功能。此外,为了保障信息安全,论文提出了一种针对本系统改进的嵌入式终端信息传输加密方案。首先,信息传输加密层面:论文选用SM4+CTR对称加密算法,利用32轮非线性迭代结构实现轮密钥扩展、加密过程与解密过程,并通过增加S盒数量、白化密钥和引入混沌系统共计三种方法,改进算法的非线性结构与优化密钥空间,近似达到“一次一密”的效果。其次,硬件层面:论文根据人机交互和无线通讯需求将系统分为7个模块。微处理器模块:负责核心控制,实现了系统的协同处理;人机交互模块:包括电容式键盘模块、NFC模块、摄像头和LCD模块,实现了电子身份采集与图像处理功能;通信模块:包括BLE和NB-IoT模块,实现了终端控制器与上层管理系统之间低功耗无线通信的建立。软件层面:终端软件系统实现了基于人脸特征、RFID标签与键盘密码进行身份识别和时效判断,基于无线通信进行日志上报、本地密码更新与无线升级,以及本地摄像监控等功能。此外,论文将基于MTCNN+Face Net的人脸识别工作部署于云端,极大减轻了终端控制系统的数据处理负担与能耗。管理系统层面:管理层面由集群式远程管理系统和点对点近程应急预案组成。集群式管理系统部署于云端,以MySQL为数据库,以tomcat为网页服务器,基于CoAP协议与电信IoT平台建立云服务器与终端的数据通道,实现了设备集群管控、人员分权管理与日志记录等功能;应急预案基于BLE协议建立Android客户端与终端的数据通道,实现了无线升级与故障处理功能。最后,论文对系统的功能和性能(加密算法和功耗)进行了测试和分析。结果表明,该系统实现了预期的功能,具有良好的低功耗特性和可靠的安全性,为安防系统的智能化设计提供了参考案例。
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