CN112349007A - 一种离线闸机认证装置及时间同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离线闸机认证装置及时间同步方法，在传统门禁闸机***的基础上加装二维码阅读器和中间模块，使传统门禁闸机***具备扫码开闸的功能，同时定时采用手动校准方法对中间模块的参考时间进行校准，在人流量大的时候，也基于扫码的大数据对中间模块的参考时间进行自动校准，以减小参考时间与网络标准时间之间的误差。本发明的有益效果是：加装升级，操作简单，对于各类门禁***兼容性好，在***兼容性上为对原有刷卡器无需进行更换，实现安装本装置后便可即按即用，对于不同类型的刷卡器，本装置的协议选择开关单元根据不同的选择对信号进行位处理。

Description

一种离线闸机认证装置及时间同步方法

技术领域

本发明涉及门禁***技术领域，尤其涉及一种离线闸机认证装置及时间同步方法。

背景技术

传统的闸机***一般都为射频卡识别模式，但是经常会出现用户卡丢失、卡在无意中消磁、卡忘带的不便情况，对门禁刷卡闸机进行二维码模块的改造，现代社会可以独立外出的身边会带有移动手机，所以对老式门禁闸机***进行简单、有效、物美价廉的改造便是一项问题。

传统的闸机***一般都有装有RFID的射频卡识别装置，如果将二维码与本地数据库对比，需要原来的***提供数据接口和通信协议，而一般原厂家为实现技术保密，不愿意提供；如果将二维码信息通过网络与后台数据通信则需要增加网络成本，同时需要进行安装施工甚至土木施工，整体改造成本较大。

当终端设备生成二维码之后，需要利用阅读器进行识别，而终端设备往往采用的是网络时间，一般离线式设备时间以电路板晶振为参考，长时间运行后存在时间偏差，如果要保证二维码在固定的时间段之内有效，那么阅读器也必须采用网络时间，否则将会造成二维码失效，目前市场上关于阅读器的时间同步基本上都是在阅读器上面安装网口或者无线芯片连接上服务器之后获取网络时间，这不仅使得电路变得复杂，还会大大提高成本，因此如何利用一种简单的方法实现二维码扫描读取与网络时间的同步成为一个亟待解决的问题。

终端设备生成的每一个二维码都包含了该二维码的ID号和网络时间T1两个信息，并将这两个信息存储起来，同时终端设备还可以设置该二维码的有效时间ΔT，当扫描时间间隔大于ΔT时认为该二维码失效。阅读器进行识别的时候同样能识别出二维码的ID号和生成二维码的网络时间，由于阅读器的时间是由晶振产生的，因此与网络时间存在误差，假设扫描二维码时的阅读器当前时间是T2,扫描时可能使得扫描二维码的时间与二维码生成时间之间的时间差T2-T1>ΔT,使设备处于错误状态，这将导致该二维码失效。

如何对旧门禁闸机进行有效而又简单的改造，对于门禁闸机使用多种刷卡器装备对各类刷卡器的兼容问题，对于设备的稳定性探究，不同的电路实现同样的功能，什么样的电路才能更稳定的运行等方面的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种离线闸机认证装置及时间同步方法。

本发明实施例提出的一种离线闸机认证装置，用于对传统门禁闸机***的升级改造，包括：刷卡器、射频卡、二维码阅读器、中间模块、用户终端和闸机后台服务器；

其中，所述刷卡器和所述二维码阅读器分别与所述中间模块电性连接；所述中间模块与所述闸机后台服务器通信连接；

所述射频卡内存储有唯一的ID号；

所述刷卡器，用于识别所述射频卡，获取对应的ID号，并将所述ID号发送至所述闸机后台服务器；

所述用户终端，用于产生二维码；

所述二维码阅读器，用于识别所述用户终端产生的二维码，得到对应的二维码信息；所述二维码信息包括用户二维码ID和二维码生成时间；同一用户的射频卡内存储的ID号与用户终端产生的所述二维码ID一一对应；

所述中间模块，用于接收所述二维码信息，并根据所述二维码信息中的二维码生成时间验证所述二维码信息的有效性；若判定为有效，则将所述二维码信息中的二维码ID格式转换为与所述射频卡的ID号相同格式；否则，不进行二维码ID格式的转换；

所述闸机后台服务器内存储有多个合法的ID信息，用于接收二维码ID，并与本地存储的多个合法ID信息进行比较配对，从而完成认证，若认证通过，则闸机后台服务器发送开闸指令至闸机，打开闸机；若认证不通过，不打开闸机。

进一步地，所述闸机后台服务器接刷卡器发送的ID号后，将其与本地存储的多个合法ID信息进行比较配对，从而完成认证，若认证通过，则闸机后台服务器发送开闸指令至闸机，打开闸机；若认证不通过，不打开闸机。

进一步地，所述二维码阅读器采用嵌入式二维码模组。

进一步地，所述中间模块中嵌入有协议选择开关单元，所述协议选择开关单元用于根据所述刷卡器所使用的协议将所述二维码信息中的二维码ID的格式转换为与所述射频卡的ID号相同格式。

进一步地，所述中间模块以单片机作为处理器，中间模块具有单片机晶振产生的参考时间；

中间模块根据所述二维码生成时间和参考时间进行对比，以判断所述二维码信息的有效性，具体为：

Δt＝t-tRFEt为二维码生成时间，tRFE为中间模块的参考时间，Δt为二维码的生存期，将生存期Δt与预设的二维码窗口时间ΔT进行对比，若Δt<ΔT，则判定为有效二维码信息；否则，判定为无效二维码信息。

进一步地，一种离线闸机时间同步方法，包括手动校正方法和自动校正方法；

手动校准方法，包括：

S101：二维码模组扫描用户终端产生的二维码，得到二维码生成时间和对应的二维码ID；并进行闸机认证判断，若认证通过，则正常开闸，并计数1次，到步骤S102；否则，不开闸，并到步骤S105；

S102：用户终端的二维码刷新后，二维码模组再次扫描用户终端产生的二维码，得到刷新后的二维码对应的二维码生成时间和二维码ID；并进行闸机认证判断，若认证通过，则正常开闸，并计数2次，到步骤S103；否则，不开闸，并到步骤S105；

S103：按照步骤S101-S102的方法连续扫描n次二维码；若任意相邻两次扫描得到的二维码ID相同，且相邻两次扫描得到的二维码生成时间的时间差小于或者等于10秒；则判定为进入手动校准程序，到步骤S104；否则，只进行闸机认证判断，并到步骤S105；其中，n为预设值；

S104：根据下式对中间模块的参考时间t进行手动校准：

上式中，

为平均时间误差；Δt₂,Δt₃,…,Δt_i,…,Δt_n为n次扫描得到的n-1个时间差；Δt_i为第i次扫描得到的二维码生成时间t_i与对应的中间模块参考时间t的时间差；

S105：结束。

进一步地，自动校正方法如下：

二维码模组连续采集m次二维码信息之后，中间模块进行一次时间自动校正；具体为：当m次扫描的二维码信息均有效的情况下，分别得到对应的中间模块的参考时间与m次扫描得到的二维码生成时间的误差ΔTi；i＝1,2,…,m；m＞20；

ΔTi＝t-ti

其中，ti为第i次扫描得到的二维码生成时间ti，t为第i次扫描对应的中间模块的参考时间；

计算平均误差

并根据公式

对中间模块的参考时间进行自动校正。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例所提出的技术方案具备以下优点：

(1)本发明实施例提出的离线闸机认证装置在传统的门禁闸机***上进行加装升级，操作简单，对于各类门禁***兼容性好，在***兼容性上为对原有刷卡器无需进行更换，实现安装本装置后便可即按即用，对于不同类型的刷卡器，本装置的协议选择开关单元、中间模块根据不同的选择对信号进行不同的位处理，处理信号后将数据传输至闸机后台服务器判断是否开门；在原有刷卡门禁的基础上改造简单，模块化可进行直接加装，在原有设备的基础上只需加装本模块与一根总线即可；

(2)不需要在二维码阅读器上安装额外的网口或者无线芯片进行网络时间同步，大大简化了电路，只需在***本身运行时设备将会不断读取来自用户二维码的时间数数据，进行不影响使用校时。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例一中一种离线闸机认证装置的装置图；

图2是本发明实施例一中传统的门禁闸机***的装置图；

图3是本发明实施例一中一种离线闸机时间同步方法的流程示意图；

图4是本发明实施例二中单片机的电路连接示意图；

图5是本发明实施例中程序下载电路的电路图；

图6是本发明实施例中韦根接口、GPS接口和测试接口的电路图；

图7是本发明实施例中单片机供电电路的电路图；

图8是本发明实施例中电平转化电路的电路图；

图9是本发明实施例中时钟同步电路连接示意图；

图10是本发明实施例中蜂鸣器的电路连接示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

实施例一：

本发明的实施例提供了一种离线闸机认证装置及时间同步方法。

请参阅图1，图1是本发明实施例中一种离线闸机认证装置的装置图；本发明实施例所提供的离线闸机认证装置应用于传统的门禁闸机***中；

请参阅图2，图2为传统的门禁闸机***的装置图；传统的门禁闸机***包括刷卡器和闸机后台服务器；

本发明实施例提供的离线闸机认证装置包括二维码阅读器、中间模块和用户终端；在传统的门禁闸机***硬件设备基础上加装所述二维码阅读器和所述中间模块，使传统的门禁闸机***具备二维码认证的功能。

在本发明实施例中，所述二维码阅读器采用嵌入式二维码模组。

其中，所述刷卡器和所述二维码模组分别与所述中间模块电性连接；所述中间模块与所述闸机后台服务器通信连接；所述闸机后台服务器中预存有多个合法的ID信息；

在传统的门禁闸机***上加装二维码模组进行简化设计，无需改变原本门禁设备的闸机后台***，无需对线路进行较大改动，仅需在现有门禁设备的外壳开一个适用于二维码模组尺寸的安装孔(本发明实施例中，所述安装孔的尺寸为宽53mm长65mm)，使二维码模组能够镶嵌在门禁设备的壳体上，原刷卡器的公端口插到本发明装置的母端口上，对于线路的改进为：加一根4P的线为模块的供电和信号线，4P线并不占门禁本生的端口，设备的电源和信号线安装到刷卡器取下的母端口。

所述刷卡器为传统的RFID读卡器，用于识别原有的射频卡中的RFID信息；并将识别的RFID信息通过中间模块发送至闸机后台服务器，闸机后台服务器接收所述RFID信息，并与本地存储的多个合法ID进行比较配对，从而完成认证，若认证通过，则闸机后台服务器发送开闸指令至闸机，打开闸机；若认证不通过，不打开闸机。

所述二维码模组，用于识别用户终端生成的二维码，并将识别的二维码信息发送至中间模块；所述二维码信息包括用户二维码ID和二维码生成时间；

所述中间模块中嵌入有协议选择开关单元，所述协议选择开关单元用于根据所述刷卡器所使用的协议(WG26或者WG34)提取所述二维码信息中的二维码ID和二维码生成时间；

所述中间模块以单片机作为处理器，中间模块具有单片机晶振产生的参考时间；

中间模块根据所述二维码生成时间和参考时间进行对比，以判断所述二维码信息的有效性，具体为：

Δt＝t-tRFEt为二维码生成时间，tRFE为中间模块的参考时间，Δt为二维码的生存期，将生存期Δt与预设的二维码窗口时间ΔT进行对比，若Δt<ΔT，则判定为有效二维码信息；否则，判定为无效二维码信息。

若判定为有效二维码信息，中间模块将所述二维码ID的格式转换为与所述刷卡器的输出信号格式一致，再将转换后的ID信息发送至闸机后台服务器，闸机后台服务器接收ID信息，并与本地存储的多个合法ID进行比较配对，从而完成认证，若认证通过，则闸机后台服务器发送开闸指令至闸机，打开闸机；若认证不通过，不打开闸机。

由于二维码模组读取的二维码信息是由用户终端生成，其生成格式与内容由网络后台进行控制，并包含用户的ID信息(二维码ID)和二维码生成时间t，并且ID信息与用户的射频卡(一般M1射频卡的ID为8位16进制编码，发卡时可将人员信息与射频卡的ID绑定，并在后台存储)的ID信息一致。

由于中间模块为独立模块，其参考时间为单片机的晶振产生，并未定时与闸机后台服务器的时间进行配准(网络连接需要额外进行改造施工，增加成本)，所以中间模块在经过一段时间运行后会存在偏差，从而导致Δt不准确，影响二维码的认证判断。因此，需要对中间模块的参考时间进行校准，方法包括：手动校准和自动校准。

请参阅图3，图3是本发明实施例中一种离线闸机时间同步方法的流程示意图；本发明实施例提供的离线闸机时间同步方法应用于所述离线闸机认证装置中；所述离线闸机时间同步方法包括手动校正方法和自动校正方法。

手动校准为通过同一人员扫描多次后将二维码生成的平均值付给中间模块的工作参考时间t，具体方法如下：

S101：二维码模组扫描用户终端产生的二维码，得到二维码生成时间和对应的二维码ID；并进行闸机认证判断，若认证通过，则正常开闸，并计数1次，到步骤S102；否则，不开闸，并到步骤S105；

S102：用户终端的二维码刷新后，二维码模组再次扫描用户终端产生的二维码，得到刷新后的二维码对应的二维码生成时间和二维码ID；并进行闸机认证判断，若认证通过，则正常开闸，并计数2次，到步骤S103；否则，不开闸，并到步骤S105；

S103：按照步骤S101-S102的方法连续扫描n次二维码；若任意相邻两次扫描得到的二维码ID相同，且相邻两次扫描得到的二维码生成时间的时间差小于或者等于10秒；则判定为进入手动校准程序，到步骤S104；否则，只进行闸机认证判断，并到步骤S105；其中，n为预设值；本发明实施例中，n的取值为20；

S104：根据下式对中间模块的参考时间t进行手动校准：

上式中，

为平均时间误差；Δt₂,Δt₃,…Δt_i,…,Δt_n为n次扫描得到的n-1个时间差；Δt_i为第i次扫描得到的二维码生成时间t_i与对应的中间模块参考时间t的时间差；

S105：结束。

自动校正方法如下：

二维码模组连续采集m次二维码信息之后，中间模块进行一次时间自动校正；具体为：当m次扫描的二维码信息均有效的情况下(即每次扫描的二维码信息均在有效时间范围内)，分别得到对应的中间模块的参考时间与m次扫描得到的二维码生成时间的误差ΔT_i；i1,2,…,m；且m>20；

ΔTi＝t-ti

其中，ti为第i次扫描得到的二维码生成时间ti，t为ti(第i次扫描)对应的中间模块的参考时间；

计算平均误差

并根据公式

对中间模块的参考时间进行自动校正。

实施例二：

本发明实施例中，手动校正中间模块的参考时间的方法如下：

用户终端产生二维码，二维码模组扫描所述二维码，识别获得其中的二维码ID和二维码的生成时间T1；

经过预设的二维码刷新时间Tref后，用户终端刷新二维码，二维码模组再次扫描刷新后的二维码，获取对应的二维码ID和二维码生成时间；

按照上述方法重复三次，得到三个二维码的生成时间T1、T2、T3；

若相邻两次得到的二维码生成时间的时间差ΔT∈[Tref-a,Tref+a]，则将最后一次获得的二维码生成时间赋值给中间模块的参考时间，以对中间模块的参考时间进行手动校正；其中，a为预设值。

具体的，本实施例是上述实施例对应的改进实施例，相同的部分具体参见上述实施例，在此不再一一赘述。

本发明实施例中，中间模块的处理器采用stm32F103ZET6单片机(后总称为单片机)，采用嵌入式二维码模组采集二维码信息，此模组现已在自动贩卖机，电影取票机等上得到广泛应用，它支持多种接口，兼容多种终端***，提供多种连接线。对于刷卡器此电路设计为对原有刷卡器的端子和数据传输兼容。

请参阅图4，图4是本发明实施例中单片机的电路连接示意图；对要使用的I/O口加以104的电容进行保护，采用8Mzh的晶振作提供***所需的时钟信号，此外对于电路中实时时钟采用32.768Khz的晶振提供时钟信号；具体包括：8MHz晶振X1、第二电容C2、第三电容C3、32.768kHz晶振X2、第二十电容C20、第二十一电容C21；其中：

stm32F103ZET6芯片的23号引脚和24号引脚分别连接至晶振X1的两端，且晶振X1连接23号引脚的一端通过第二电容C2连接数字地GND_D，晶振X1连接24号引脚的一端通过第三电容C3连接数字地GND_D；

stm32F103ZET6芯片的8号引脚和9号引脚分别连接至晶振X2的两端，且晶振X2的连接8号引脚的一端通过第二十电容C20连接数字地GND_D，晶振X2的连接9号引脚的一端通过第二十一电容C21连接数字地GND_D；

stm32F103ZET6芯片的138号引脚通过第三电阻R3接地GND，48号引脚通过第四电阻R4接地GND；stm32F103ZET6芯片的72号引脚、108号引脚、144号引脚、39号引脚、17号引脚、52号引脚、62号引脚、84号引脚、95号引脚、121号引脚、131号引脚均连接+3.3D电源，stm32F103ZET6芯片的130号引脚、120号引脚、94号引脚、83号引脚、61号引脚、51号引脚、16号引脚、38号引脚、143号引脚、107号引脚、71号引脚均接通数字地GND_D。

stm32F103ZET6芯片的复位电路包括：第一电阻R1、第一电容C1、复位开关S1、第七电容C7、第一电感L1、第八电容C8和第五电阻R5；其中，stm32F103ZET6芯片的25号引脚分别连接至复位开关S1的一端、第一电阻R1的一端和第一电容C1的一端，复位开关S1的另一端和第一电容C1的另一端均接地GND，第一电阻R1的另一端接+3.3V电源；stm32F103ZET6芯片的32号引脚基准参考正电压VREF+，连接至第七电容C7的一端，第七电容C7的另一端接地GND，stm32F103ZET6芯片的33号引脚输出芯片的工作模拟正电压VDDA，连接至第七电容C7的一端；stm32F103ZET6芯片的第31号引脚接通数字地GND_D；stm32F103ZET6芯片的第30号引脚输出芯片的工作模拟负电压VSSA；第一电感L1一端接通+3.3D电源，另一端粉笔连接至+3.3V电源、VDDA和第八电容C8的一端，第八电容C8的另一端分别连接至地GND、VSSA和第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端接通数字地GND_D。

请参阅图5，图5是本发明实施例中程序下载电路的电路图；包括：第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第三十五电阻R35、第三十六电阻R36、第三十八电阻R38和10针JTAG下载接口jtag_10；其中，jtag_10的3、5、7、9号引脚分别连接至stm32F103ZET6芯片的134、110、105、109号引脚；jtag_10的4号和6号引脚分别连接至stm32F103ZET6芯片的25和133号引脚；jtag_10的1号引脚和2号引脚均连接至+3.3D电源，8号和10号引脚均连接数字地GND_D；jtag_10的4号引脚还通过第三十八电阻R38连接至3号引脚；jtag_10的3、5、7、9号引脚分别通过第三十六电阻R36、第三十五电阻R35、第三十四电阻R34和第三十三电阻R33连接至+3.3D电源。

请参阅图6，图6是本发明实施例中韦根接口、GPS接口和测试接口的电路图；stm32F103ZET6芯片的11号引脚～14号引脚接通韦根接口P2、P3、P5和P6；其中，接口P2和接口P3均为5针接口，分别用于连接韦根34的输出连接器和输入连接器，接口P5和接口P6均为4针接口，分别用于连接韦根26的输出连接器和输入连接器；具体为：stm32F103ZET6芯片的11号引脚连接P2的2号引脚和P5的3号引脚，12号引脚连接P2的3号引脚和P6的4号引脚，13号引脚连接P3的2号引脚和P6的3号引脚，14号引脚连接P3的3号引脚和P6的4号引脚；P2的4号引脚接地GND，5号引脚接通+12V电源；P5的1号引脚接通+12V电源，2号引脚接地；P3的4号引脚接地GND，5号引脚接通+12V电源；P6的1号引脚接通+12V电源，2号引脚接地GND；

stm32F103ZET6芯片的15号引脚接通韦根信号选择接口P7，其中，stm32F103ZET6芯片的15号引脚接通P7的2号引脚，P7的1号和3号引脚分别接通+5V电源和地GND。

stm32F103ZET6芯片的69号引脚和70号引脚连接二维码模组接口P8，P8为4针接口，用于连接二维码模组；其中，P8的2号引脚和3号引脚分别连接至stm32F103ZET6芯片的69号引脚和70号引脚；P8的1号引脚和4号引脚分别连接+5V电源和地GND。

stm32F103ZET6芯片的36号引脚和37号引脚连接GPS接口P9，P9为4针接口，用于连接GPS，该接口为***授时备用接口；其中，P9的2号引脚和3号引脚分别连接至stm32F103ZET6芯片的36号引脚和37号引脚；P9的1号引脚和4号引脚分别连接+5V电源和地GND。

stm32F103ZET6芯片的101号引脚和102号引脚连接调试接口P10，P10为4针接口，用于***测试；其中，P10的2号引脚和3号引脚分别连接至stm32F103ZET6芯片的101号引脚和102号引脚；P10的1号引脚和4号引脚分别连接+5V电源和地GND。

请参阅图7，图7是本发明实施例中单片机供电电路的电路图；采用保护的基础上采用自恢复保险丝在供电出现错误时保护单片机不会烧毁，待电路供电恢复稳定后保险丝自主恢复。

电源模块可采用两类方式：一是嵌入式电源网上售卖的“mp1584”，根据各模块对电源电压的不同需求，由模块提供不同幅度的稳定工作电压，***设计需求，本***需要提供5V，3.3V固定电压。在充分考虑电源***的电压输出值、电路电磁干扰，负载能力等基础上，可选用嵌入式电源为***供电，确保***能有效、稳定、正常的工作；

二是在电路板上集成电源部分，但相对的电路电磁干扰，负载能力将会有所减弱。本发明实施例中，采用嵌入式电源。电路各个安全装置的设计对于设备对刷卡器的供电使用自恢复熔断保险丝，外部总线输入的电源线加以抑制二极管。

电源电路包括：AMS1117-3.3芯片、保险丝F1、第五电容C5、第四电容C4、第六电容C6和DM02芯片；其中，DM02芯片的7号引脚和8号引脚接通后连接外部+12V输入电源，DM02芯片的3-6号引脚均接通数字地GND_D；DM02芯片的1号引脚和2号引脚接通后输出+5V电源；

AMS1117-3.3芯片的1号引脚接通数字地GND_D，3号引脚连接至第五电容C5的一端和+5V输入电源，第五电容C5的另一端连接1号引脚；AMS1117-3.3芯片的2号引脚和4号引脚均连接至保险丝F1的一端，保险丝F1的另一端输出+3.3D电源，用于为stm32F103ZET6芯片提供供电电源；保险丝F1的另一端还分别连接至第四电容C4的正极和第六电容C6的一端，第四电容C4的负极和第六电容C6的另一端均接通数字地GND_D；+3.3D电源和数字地GND_D之间并联有11个电容第九电容C9～第19电容C19；

电源电路还包括第第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16和三个发光二极管DS2、DS3、和DS4；其中，DS2、DS3和DS4分别用于+3.3D电源、+5.5V电源和+12V电源的电源指示灯，灯灭，代表异常；具体地：R14的一端接通+12V电源，另一端接通DS2的阳极，R16的一端接通+5V电源，另一端接通DS4的阳极，R15的一端接通+3.3V电源，另一端接通DS3的阳极；DS2、DS3和DS4的阴极均接地GND。

电源电路还包括电平转化电路，用于stm32F103ZET6芯片供电电源与韦根接口供电电源之间的转换；请参阅图8，图8是本发明实施例中电平转化电路的电路图；所述电平转化电路包括：第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、NPN型三极管Q1-Q4；具体见图8。

请参阅图9，图9是本发明实施例中时钟同步电路连接示意图；时钟信息由ds3231时钟芯片进行运算，对于时钟信息的储存24Cxx外置EEPROM进行储存。对于ds3231时钟芯片和单片机之间的通信为I2C通信，在内部程序编写⑦中有通信的详细规定。

时钟同步电路包括：ds3231时钟芯片、电源CR1、24Cxx存储芯片、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十四电容C24、第二十五电容C25、第二十六电容C26、发光二极管D1和发光二极管D3；具体的：

ds3231时钟芯片的5号引脚-13号引脚均接地GND，14号引脚接通电源CR1的正极，电源CR1的负极接地GND；ds3231时钟芯片的2号引脚接通+5V电源，1号引脚、3号引脚、15号引脚和16号引脚分别通过R10、R11、R8和R9接通+5V电源；ds3231时钟芯片的15号引脚分别连接至24Cxx存储芯片的5号引脚和stm32F103ZET6芯片的137号引脚，ds3231时钟芯片的16号引脚分别连接至24Cxx存储芯片的6号引脚和stm32F103ZET6芯片的136号引脚，用于为stm32F103ZET6芯片提供高精度时钟信号；

ds3231时钟芯片的14号引脚还接通二极管D1的阴极，二极管D1的阳极通过R17接通+5V电源，二极管D1用于指示电源CR1的工作状态；+5V电源和地GND之间并联有C25和C26两个电容；+5V电源和地GND之间还串联有R18和二极管D3；

24Cxx存储芯片的1-4号引脚均接地GND，5号引脚和6号引脚分别通过R24和R23接通+3.3D电源，7号引脚通过C24接通+3.3D电源，8号引脚直接接通+3.3D电源，7号引脚还接通地GND。

时钟同步电路还包括接口P1，P1为一个6针接口，用于外接实时钟；具体地：P1的1号引脚和2号引脚分别接地GND和+5V电源；P1的3号引脚～6号引脚分别连接至ds3231时钟芯片的15号引脚、16号引脚、3号引脚和1号引脚。

请参阅图10，图10是本发明实施例中蜂鸣器的电路连接示意图；蜂鸣器响声的设计由程序编写①进行简述。

蜂鸣器电路包括：NPN型三极管Q5、二极管D4、蜂鸣器BEEP1、第三十七电阻R37和第三十九电阻R39；其中，三极管Q5的集电极和二极管D4的阴极之间连接有蜂鸣器BEEP1；且三极管Q5的集电极还连接至二极管D4的阳极，二极管D4的阴极还连接至+3.3V电源；三极管Q5的基极分别连接至第三十七电阻R37的一端和第三十九电阻R39的一端，第三十七电阻R37的另一端连接至stm32F103ZET6芯片的第5号引脚，第三十九电阻R39的另一端和三极管Q5的发射极均接地GND。

单片机程序部分简述：

对于单片机的内部程序编写采用MDK5进行编写，包括：①LCD以及蜂鸣器；②韦根模式选择；③二维码串行接口函数；④韦根26与韦根34信号输出；⑤***信号采集中断与单片机模拟门禁***信号；⑥RTC-ds3231模块；⑦I2C通信；⑧主程序部分。

其中，①LCD与以及蜂鸣器部分主要为硬件引脚的设置，LCD与蜂鸣器提供直观的指示，通过可感知形式传出***的工作状态,板子上的设计有三个LED，LED反应电路板运行是否正常，其中两颗并行的LED在正常情况下为常亮，另一个靠近单片机的LED为隔一段时间闪烁，在蜂鸣器的设置上为设备开启，响两声，用户刷正确的二维码，响一声，错误二维码，响两声。设备校时是为用户连续刷正确二维码五次，前四次为蜂鸣器响两声但是不发出信号，在第五次时，蜂鸣器连续响三声表达校时完毕；

②韦根模式选择主要是针对刷卡器的类型不同设计选择模式，接收外部开关信号采用不同的传出模式；

③二维码串行接口函数为设置IO口参数接收二维码模组传输的26位数据，并将数据放置到相应的存储器等待调用；

④韦根26与韦根34信号输出部分，对于输出方式的设置为推挽输出，在设备运行过程中②③的数据传入，对传输的数据的位进行奇偶校验和韦根26和韦根34的输出模式程序选择；

⑤***信号采集中断与单片机模拟门禁***信号对刷卡器和二维码模组的中断优先级进行规定，并对选择韦根26和韦根34选择后进行输出，由后台数据处理需要将所要传出的数据进行取反处理；

⑥RTC-ds3231模块部分采取I2C通信程序将初始数据传入其中由硬件本身进行时间的计算，在此时间戳是以1970年1月1日0时0分0秒，往后依次累加，在此我们计算时不必以最开始的时间戳为基准，故本发明实施例中以过去的某一个时间点为基准，故将代码测试时间2019年7月24日15时05分0秒(时间戳为1563951900)为基准，设备运行时获取的当时的时间戳减去基准后经过简单的运算得到年月日，再将获得的年月日加到基准上获得时间；

⑦I2C通信软件部分为对I2C的初始化和起始信号和停止信号，设置单片机引脚为外部储存进行通信，规定SDA和SCL，对ACK产生应答和不产生应答情况设置；

⑧主程序部分为各个子程序的调用与逻辑顺序的规定，其中分为四个部分为***初始化、开门信号判断、校准时间算法、清空缓存数据：

***初始化：为对刷码频率的规定，各个函数初始化，设置两位响应优先级，对当前时间的获取；

开门信号判断：获取二维码的时间戳，判断二维码是否有效，根据不同信号产生为韦根26或者韦根34信号传出，开门与否交于后台处理与操作；

校准时间算法：在不断读取时间，用户使用刷卡器开门时传递的数据没有时间信息，此处不判断刷卡器传输的***时间是否有效，对于二维码传输的数据包含时间信息，装置对信息信进行保存，读取⑥经运算得到时间与***时间进行对比，两者的时间差距超过一定范围则认定为无效二维码，对二维码的数据进行短时间储存，二维码读取一次后读取第二次将认定为无效二维码。

在接收到二维码传输的数据后，采集传输的数据为26位二进制数，对这26位二进制数进行分段处理，获取不同的数据，对采集的不同位置的数据进行储存和处理，在本方案中设定为第0位到底25位共26个数据，18位到25位是含有时间戳信息的位，2到9位是卡的信息位。

本发明实施例中，PCB设计如下：

设计时，电源部分与单片机部分布线时不能太近，避免对信号的干扰元件的排布在电路板整体的情况下。在元件的排布在电路板整体的情况下，将原理图各个功能的元件布线在较近位置，有利于后期的问题排除和维护。

在实际设备的安装发现的问题与在一些设备安装后发现的一些问题进行改进。电路中各个元件的安置对于电路板上的端子(母)设计，端子的朝向和位置，实践发现对于刷卡器的模式选择可以进行进一步简化。

本发明的有益效果是：本发明实施例所提出的技术方案具备以下优点：

(1)本发明实施例提出的离线闸机认证装置在传统的门禁闸机***上进行加装升级，操作简单，对于各类门禁***兼容性好，在***兼容性上为对原有刷卡器无需进行更换，实现安装本装置后便可即按即用，对于不同类型的刷卡器，本装置的协议选择开关单元、中间模块根据不同的选择对信号进行不同的位处理，处理信号后将数据传输至闸机后台服务器判断是否开门；在原有刷卡门禁的基础上改造简单，模块化可进行直接加装，在原有设备的基础上只需加装本模块与一根总线即可；

(2)不需要在二维码阅读器上安装额外的网口或者无线芯片进行网络时间同步，大大简化了电路，只需在***本身运行时设备将会不断读取来自用户二维码的时间数数据，进行不影响使用校时。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种离线闸机认证装置，其特征在于：包括：刷卡器、射频卡、二维码阅读器、中间模块、用户终端和闸机后台服务器；

其中，所述刷卡器和所述二维码阅读器分别与所述中间模块电性连接；所述中间模块与所述闸机后台服务器通信连接；

所述射频卡内存储有唯一的ID号；

所述刷卡器，用于识别所述射频卡，获取对应的ID号，并将所述ID号发送至所述闸机后台服务器；

所述用户终端，用于产生二维码；

所述二维码阅读器，用于识别所述用户终端产生的二维码，得到对应的二维码信息；所述二维码信息包括用户二维码ID和二维码生成时间；同一用户的射频卡内存储的ID号与用户终端产生的所述二维码ID一一对应；

所述中间模块，用于接收所述二维码信息，并根据所述二维码信息中的二维码生成时间验证所述二维码信息的有效性；若判定为有效，则将所述二维码信息中的二维码ID格式转换为与所述射频卡的ID号相同格式；否则，不进行二维码ID格式的转换；

所述闸机后台服务器内存储有多个合法的ID信息，用于接收二维码ID，并与本地存储的多个合法ID信息进行比较配对，从而完成认证，若认证通过，则闸机后台服务器发送开闸指令至闸机，打开闸机；若认证不通过，不打开闸机。

2.如权利要求1所述的一种离线闸机认证装置，其特征在于：所述闸机后台服务器接刷卡器发送的ID号后，将其与本地存储的多个合法ID信息进行比较配对，从而完成认证，若认证通过，则闸机后台服务器发送开闸指令至闸机，打开闸机；若认证不通过，不打开闸机。

3.如权利要求1所述的一种离线闸机认证装置，其特征在于：所述二维码阅读器采用嵌入式二维码模组。

4.如权利要求1所述的一种离线闸机认证装置，其特征在于：所述中间模块中嵌入有协议选择开关单元，所述协议选择开关单元用于根据所述刷卡器所使用的协议将所述二维码信息中的二维码ID的格式转换为与所述射频卡的ID号相同格式。

5.如权利要求1所述的一种离线闸机认证装置，其特征在于：所述中间模块以单片机作为处理器，中间模块具有单片机晶振产生的参考时间；

中间模块根据所述二维码生成时间和参考时间进行对比，以判断所述二维码信息的有效性，具体为：

Δt＝t-tRFE

t为二维码生成时间，tRFE为中间模块的参考时间，Δt为二维码的生存期，将生存期Δt与预设的二维码窗口时间ΔT进行对比，若Δt<ΔT，则判定为有效二维码信息；否则，判定为无效二维码信息。

6.一种离线闸机时间同步方法，应用于权利要求1-5任意一项所述离线闸机认证装置中，其特征在于：所述离线闸机时间同步方法包括手动校正方法和自动校正方法；

手动校准方法，包括：

S101：二维码模组扫描用户终端产生的二维码，得到二维码生成时间和对应的二维码ID；并进行闸机认证判断，若认证通过，则正常开闸，并计数1次，到步骤S102；否则，不开闸，并到步骤S105；

S102：用户终端的二维码刷新后，二维码模组再次扫描用户终端产生的二维码，得到刷新后的二维码对应的二维码生成时间和二维码ID；并进行闸机认证判断，若认证通过，则正常开闸，并计数2次，到步骤S103；否则，不开闸，并到步骤S105；

S103：按照步骤S101-S102的方法连续扫描n次二维码；若任意相邻两次扫描得到的二维码ID相同，且相邻两次扫描得到的二维码生成时间的时间差小于或者等于10秒；则判定为进入手动校准程序，到步骤S104；否则，只进行闸机认证判断，并到步骤S105；其中，n为预设值；

S104：根据下式对中间模块的参考时间t进行手动校准：

上式中，

为平均时间误差；Δt₂,Δt₃,…,Δt_i,…,Δt_n为n次扫描得到的n-1个时间差；Δt_i为第i次扫描得到的二维码生成时间t_i与对应的中间模块参考时间t的时间差；

S105：结束。

7.如权利要求6所述的一种离线闸机时间同步方法，其特征在于：自动校正方法如下：

二维码模组连续采集m次二维码信息之后，中间模块进行一次时间自动校正；具体为：当m次扫描的二维码信息均有效的情况下，分别得到对应的中间模块的参考时间与m次扫描得到的二维码生成时间的误差ΔTi；i＝1,2,…,m；m＞20；

ΔTi＝t-ti

其中，ti为第i次扫描得到的二维码生成时间ti，t为第i次扫描对应的中间模块的参考时间；

计算平均误差

并根据公式

对中间模块的参考时间进行自动校正。

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