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使用蓝牙通讯的遥控锁系统
摘要:随着智能手机近来成为全球最流行的设备之一，各种便利的应用正在被释放。现在智能手机不仅提供普通内部流程如拨号或接收电话，发短信，以及进行手机银行业务，无论我们在哪里，但他们也开始控制各种其他我们生活中的一部分的设备。通过智能手机使用移动应用，我们可以远程控制各种外部设备，如电视机，投影机演示文稿，电脑甚至汽车。本文介绍远程锁系统的设计和实现使用无线通信。遥控锁系统是一个可以由专用的Android远程控制应用的锁系统。 Android智能手机的主要功能配备了蓝牙，以便可以打开锁定并通过应用程序功能进行管理。用户的实时锁定信息可以通过服务器管理器构建的服务器管理来被数据库存储和管理。即使用户忘记密码，我们提出的锁系统也可以引导他们轻松找到它，并提供用户手册。使用这个系统，用户可以做各种各样的的管理功能，如添加，删除，修改。
关键词：遥控锁系统; 蓝牙; 移动设备;Android; 无线通信
- 引言
移动设备用户的数量，包括智能手机用户在世界各地迅速增加，各种各样方便实用的智能手机应用程序已经发达。现在智能手机不仅工作普通内部进程如拨号和接听电话，发送短信，手机银行，无论我们在哪里，但是他们也来控制其他各种设备我们真正的日常生活。通过智能手机和手机应用程序，我们可以远程控制各种外部的设备如电视机，演示文稿投影机，电脑，甚至汽车。
人们通常使用带钥匙的普通锁或有密码的锁。但是这些锁有几个缺点，例如人们丢失了钥匙或忘记了密码。在本文中，我们提出了一种新的远程锁系统使用无线通信，因为这些类型的远程锁产品和专利很少被发现。我们提出的遥控锁系统采用无线通讯方式解决了这些问题。使用用户的智能手机，遥控锁可以被轻松管理。而且，提出的系统可以广泛应用于各种遥控器锁，如锁的远程锁，远程锁自行车等。
本文的其余部分组织如下：第二节，讨论使用蓝牙通讯的远程锁定系统的几个相关的产品和技术。第三节介绍本系统使用蓝牙通讯是如何设计和实施的，第四节描述了最终结论。
- 相关工作和技术
提出的包括Android的蓝牙通信遥控锁系统的包括的相关产品和技术如下。
现有的锁被分为三种类型：钥匙锁方法，密码锁定系统和远程锁定方法。钥匙锁是用于锁的最旧的方法，人们可能会失去钥匙，并应该随身携带。在与钥匙锁的对比，使用密码的优点锁是人们不需要随身携带钥匙，但是人们很可能会忘记密码和号码密码可以更改的方式有限。遥控锁像键锁一样有缺点，人们应该始终携带遥控钥匙，而且需要电池。
为了改善这些问题，以前的专利[1]提出使用蓝牙的解锁系统的技术被提出。该系统的结构由如下三部分组成：
- 步骤1.移动终端向蓝牙发送地址我们想要控制的设备，以及相应的蓝牙设备注册接收到的地址解锁地址。
- 步骤2.按照外键，搜索蓝牙设备列表上述移动终端已注册，然后连接所选蓝牙设备从用户通过无线发送出去蓝牙地址。
- 步骤3.判断蓝牙地址是否有线，从上述移动终端是相同的注册地址，那么当时两个地址是一样的，锁/解锁动作就是执行。
然而，这样的系统具有一些缺点。当蓝牙信息被黑客泄露时，授权人员可以解锁。 另一个缺点是在这样的系统的情况下，如果用户丢失了密码，解锁将是困难的。我们提出的系统被考虑到改进和解决讨论的问题的几个目标如下：一是因为移动所有用户携带的设备已成为关键，用户不必携带单独的钥匙或遥控器，它很容易使用。二，自用户应用程序提供了一种轻松管理用户密码的方法忘记时，用户可以减少负担密码。第三，即使用户丢失了密码，也是这样是一个程序，以便用户可以打开锁。最后的目标是由远程锁系统使用无线通信配备多重安全锁。
- Android
Android是一个基于Linux的开放移动平台，用于如智能手机和平板电脑等移动设备。 它不仅仅是由一个操作系统组成，而且也是中间件，用户界面（UI），浏览器和应用程序。它还包括在组件中使用的C / C 库的各种Android系统[2]，[3]。 Android系统结构分为五类：应用程序框架，库，Android运行时和Linux内核[4]，[5]，[6]。 图1显示了提出的应用程序是在Android上设计和开发的。
图1.远程锁系统的整个系统架构。
- 蓝牙
蓝牙使用起来相当简单，可以使用一次最多连接七个设备。它也很容易切换在设备之间或发现并连接到任何设备。蓝牙设备，如手机，鼠标，键盘等工业自动化设备在频率上工作2.4GHz和2.4835GHz之间的域不是认证。避免设备工作的干扰在同一区域，使用跳频算法，设备使用每秒1600的频率。这个设备运行一定频率，称为时隙，持续时间为625微秒。 Piconet1内部频率基于伪随机跳频由主机改变单元。频带分为79个频道1 MHz，数据以帧为单位发送。
可以建立两种不同的链接，网络中的补间主/从设备：异步无连接（ACL）链接和同步面向连接（SCO）的链接如下：第一种技术是一种数据传输方法，当它被控制时需要数据才能处理。一个从属单位和一个主单元仅连接到ACL链接。第二连接方式用于实时数据如语音数据是传输所必需的。从属单位给主单元可以连接到最多三个SCO链接，并且是以64kb / s的速率实现。
蓝牙设备可以定义为三组：类1（100mW，100m范围），2级（2.5mW，10m范围），和3级（1mW，1m范围）。大多数蓝牙设备属于到一组2级或3级HC-06，如图1所示在远程锁中使用，属于第2类。
1）蓝牙设备之间的配对过程：齿配对和连接是可以传输的技术数据，而连接蓝牙设备。数字图2示出了如下的蓝牙连接过程。
- 要连接到蓝牙设备，连接需要诸如设备名称和地址等信息，为了知道这一点，对应的装置应该是被）允许。
- 选择蓝牙信息的目的地可以连接，并请求配对（任务分享连接所需的密码）。如果没有配对，则两个设备请求配对批准。
- 当两个设备批准配对时，尝试接受连接。
图2.蓝牙连接程序。
图3.配置蓝牙安全管理器的作用。
2) 蓝牙安全管理器：蓝牙基本上提供安全服务，如身份验证，ity和授权。 蓝牙控制权限蓝牙设备和服务通过安全管理器在链接级别。 图3显示了相关性蓝牙安全经理。 在逻辑链路控制和适应协议（L2CAP），内部使用蓝牙协议栈，用于通信主机ACL链接，接收连接请求，安全经理确定访问是否完成或不。 安全管理员确定该服务数据库和设备数据库存在，并且它们被应用如果有适当的认证或加密。如果安全经理授权允许访问L2CAP，维护连接设置[7]。
安全管理员的主要特点如下：信息安全管理相关服务，有关设备的信息管理，问题以及有关协议和应用安全性的答案安全性，认证和加密性能。
3）蓝牙安全级别：蓝牙分为可信和不可信设备。 可信设备是授权设备，并存储链接密钥。 他们是在数据库中被定义为“可信任”。 不信任的设备被认证，并且链接密钥被存储，但是它们是在数据库中未定义为“受信任”。 蓝牙有三个安全功能应用于四种模式[8]，[9]。
- 安全模式1是非安全模式。设备会不启动任何安全。只有这个级别的安全才是连接的本质：数据跳跃和短距离。蓝牙设备通过无牌照传输2.45GHz无线电频段，微波使用的相同频带和无绳电话。所有蓝牙设备采用数据跳跃，这需要跳过无线电频段每秒1600次，频率为1MHz间隔，大多数连接不到10米，所以窃听可能性有限制。
- 安全模式2是一种服务级别的安全性模式。服务访问取决于如下设备：受信任的设备可以无限制地访问所有服务，与其他设备的固定关系，以及不信任的设备通常没有永久的关系它可以访问的服务有限。∙
- 安全模式3由对称密钥实现挑战响应系统安全实现在蓝牙单位都是一样的。
- 安全模式4是一个服务级别的强制安全性之后启动安全程序的方式链接设置。安全简单配对（SSP）使用椭圆曲线不同的Hellman（ECDH）技术，改变和链接密钥生成。ECDH是一个非匿名密钥协议，协议允许双方，每个都有一个椭圆曲线公私密钥对在不安全的渠道上建立共同秘密。
4）链路密钥生成：链路密钥生成的方法在安全模式1中没有提供，有两个执行链接密钥生成的方法蓝牙。 安全模式2和3使用一种方法，而安全模式4使用另一个。
对于蓝牙，以安全模式2或3操作，两个相关设备在此期间同时导出链接键当用户输入相同的PIN时，初始化阶段根据配置，进入一个或两个设备和设备类型。PIN条目，设备关联和密钥导图在图4中概念性地描绘如果PIN小于16字节，则使用BD ADDR补充用于生成初始化的PIN值键。 初始化完成后，设备自动进行并透明地认证和启动加密确保无线链路的过程，如果能够加密，蓝牙设备中使用的PIN码可能有所不同介于1到16个字节之间。 典型的四位数PIN可能适合低风险的情况; 一个更长的PIN应该是用于需要更高级别安全性的设备。
图4.链接密钥生成。
- M328-mini V1.0模块
图5中的M328-mini V1.0模块体积小巧26 x 30 mm，安装AVR MEGA328P-20AU。本模块配有PWR-LED，RUN-LED，6-PIN ISP，16MHz XTAL和USB2串行转换器。 这个系统使用主Arduino兼容模块进行控制蓝牙模块和电机模块。
图5. M328-mini V1.0模块。
- HC-06模块
图6中的HC-06蓝牙从站模块用于与蓝牙主设备（如蓝牙）进行连接加密狗2或Android智能手机。当能量是向主模块提供时，搜索HC-06蓝牙从站模块在从站模块中直接连接。
图6.HC-06模块
- L9110模块
该模块可以控制两个直流电机或一个两相四线步进电机。 作为蓝色终端的两个端口电机A和电机B端口，直流电机连接到每个端口。图7显示了一个6针接头引脚连接到Arduino的数字引脚，源电子原型平台基于灵活，易于使用的硬件和软件，以控制电机。 对于控制直流电机A（A-1B，A-1A），需要2个引脚并用于控制DC马达B（B-1B，B-1A），2针也是需要的。 应该注意的是PC的USB端口提供高达500mA的电流。
图7.L9110模块
- 实施和结果
- 建议系统的系统架构
我们提出的远程锁系统包括一个锁四个主要模块，移动设备和服务器计算机。该系统提供七个操作来实现上述目标如下。
- 我们提出的系统包括四个主要模块：电机，蓝牙，主机和生物识别模块。此外，该锁与蓝牙通讯配对移动设备，移动设备，与服务器交流。 对于远程锁，删除后现有内部模块的遥控器锁产品与遥控器，由eBay在美国，我们翻新了锁开发我们提出的遥控锁时的产品系统。对于Android，蓝牙插座连接为使用Java编程锁定，使用套接字与服务器进行套接字通信实施存储，删除和修改个人 - 用户信息。 换句话说，当使用应用，WiFi，蓝牙或3G通信应该可用 远程锁系统提供该锁与主要和生物特征连接无线通信模块。
- 应用程序正在移动设备上运行管理密码之间的发送和接收移动设备和服务器。 当密码由蓝牙模块认证，主要锁的模块通过电机模块进行操作无线通信。
- 服务器可以区分和分类每个移动设备设备，并且每个用户可以相互注册。 的用户输入的密码和密码提示用户登录的用户也注册。 的提出的远程锁系统通过提供这些角色无线通信。
- 当每个用户通过生物元认证模块和每个密码认证通过分别执行蓝牙，我们提出系统提供控制信号主模块使用无线电机模块通讯系统。
- 此外，这个锁还装有一个闹钟意味着它会显示蓝牙对。什么时候系统锁定和解锁锁定灯的声音功能和照明。
- 服务器还为每个手机授予主号码设备，如果一个人自己认证，该系统显示手机中的主机号码设备。服务器与数据库链接，当时取决于客户端的数据传输请求在收到指令的输入上，它将工作与数据库结合。我们提出的系统是基于MySQL，查询语句都是从运行的服务器接收的。
- 移动设备存储用于锁定的密码解锁锁.
B.一些选择的菜单
- 图8（a）显示了启动后的主菜单应用程序，用户进入主菜单并启动与服务器通信。用户带来后必要的数据（锁定信息是注册，公告等）取自数据库服务器和用户临时存储他/她设备。 图8（b）和图9（a）显示未注册锁定可以注册的锁定菜单，和锁定信息。 用户蓝牙搜索后他/她的外围设备在新的注册菜单中，检索未注册的锁。用户选择检索锁定并输入用户信息及其信息存储在数据库中。此信息被成功存储，并且完成消息将是显示在菜单上。
a）主菜单（b）未注册的锁
图8.某些选定的菜单。
a）锁定信息输入b）密码输入
图9.某些选定的菜单（续）。
-
图9（b）和图10（a）显示连接锁定后的密码请求和“打开”按钮创建。此菜单通过蓝牙检索锁定用户输入密码。 如果信息正确输入，设备和蓝牙将被连接。当打开“打开”按钮时，锁定被打开。图11还示出了记录 - 敲打锁检索。图10（b）显示了注册锁定，修改，和删除对话框。 此管理页面显示用户在服务器中注册的锁的列表。那么当用户想要更改信息时，如果输入密码与现有密码相同，用户可以输入新的信
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