基于物聯(lián)網(wǎng)智能門鎖系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

陳殊

摘要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展以及人們對生活安全防盜的更高要求，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能門鎖控制技術(shù)也在不斷提升，越來越多的智能電器走入百姓家，中國正在進(jìn)入智能時代。本文系統(tǒng)地敘述了物聯(lián)網(wǎng)的概念與應(yīng)用及基于物聯(lián)網(wǎng)智能門鎖系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能門鎖控制系統(tǒng)；設(shè)計與開發(fā)

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）01-0177-02

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)，其英文名稱是“The Internet of things”，簡稱IOT。簡單來說，物聯(lián)網(wǎng)就是在物與物之間搭起橋梁，將它們彼此連接起來的互聯(lián)網(wǎng)，其目的是實現(xiàn)對物體的監(jiān)測與監(jiān)控，以達(dá)到遠(yuǎn)距離控制與管理的效果?？梢詫⑽锫?lián)網(wǎng)視為互聯(lián)網(wǎng)的延伸與擴(kuò)展，但與互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)具有更加廣泛的應(yīng)用。因為物聯(lián)網(wǎng)中融入了傳感技術(shù)，不同于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬，其可通過傳感技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作。以智能家居為例，通過物聯(lián)網(wǎng)，用戶無需在家就可對家中的家用電器進(jìn)行管理和監(jiān)測。

一般情況下，物聯(lián)網(wǎng)可以劃分為五個層次，分別是傳感器層、網(wǎng)絡(luò)信息匯聚層、信息分析層、數(shù)據(jù)傳輸層和應(yīng)用層。傳感器層于物聯(lián)網(wǎng)，就相當(dāng)于人類的感覺器官和表層皮膚，其主要作用是識別和采集信息；網(wǎng)絡(luò)信息匯聚層是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞和大腦，主要負(fù)責(zé)信息數(shù)據(jù)的歸納總集；信息分析層則是將網(wǎng)絡(luò)信息匯聚層傳來的信息加以分析；數(shù)據(jù)傳輸層則是起傳遞作用；應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)的“社會分工”——與行業(yè)需求結(jié)合，達(dá)到廣泛智能化的效果。

2 設(shè)計目標(biāo)與設(shè)計思路

本文設(shè)計目標(biāo)為改善傳統(tǒng)門鎖的低安全系數(shù)，采用智能門鎖控制系統(tǒng)增強(qiáng)安全性和用戶的舒適度。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們的安全意識也在逐漸加強(qiáng)，傳統(tǒng)的安全防盜裝置設(shè)計原理簡單，安全系數(shù)低，已經(jīng)很難滿足人們的需求。而智能家居以科學(xué)技術(shù)為理論基礎(chǔ)，構(gòu)造復(fù)雜，安全性大大增強(qiáng)，逐漸為人民大眾所選擇。在信息技術(shù)不斷發(fā)展的時代背景下，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居已經(jīng)開始進(jìn)入人們的日常生活，給人們以方便快捷的享受，符合當(dāng)代城市的快節(jié)奏生活。雖然智能門鎖在國內(nèi)的發(fā)展屬于初級階段，但其的銷售量卻表明了智能家居在中國發(fā)展的良好形勢，中國即將迎來全面的智能時代。

本文設(shè)計思路為：（1）可以通過輸入密碼或指紋進(jìn)行開鎖；（2）有外來者試圖強(qiáng)行進(jìn)入或多次輸入密碼錯誤時能向綁定手機(jī)發(fā)出報警信號；（3）用戶可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制是否開門；（4）在發(fā)生火災(zāi)時發(fā)出警報，即室內(nèi)溫度達(dá)到高溫時發(fā)出強(qiáng)力警報并自動彈開門鎖。

3 系統(tǒng)硬件

3.1 藍(lán)牙解鎖模塊

藍(lán)牙解鎖模塊的主要功能是進(jìn)行向用戶手機(jī)發(fā)鎖智能門鎖開關(guān)狀態(tài)時的信息采集，HC-06電路主要以單片機(jī)電路為核心，組成其的電路還有電磁繼電器電路和HC-06的外圍電路。

3.2 密碼解鎖模塊

密碼解鎖模塊是整個智能門鎖控制系統(tǒng)中較為重要的一部分，其主要功能為對用戶設(shè)置或改變密碼行為的實現(xiàn)以及超次鎖定或報警、輸入錯誤鎖定或報警。在使用時，用戶通過密碼盤輸入密碼，單片機(jī)進(jìn)行智能比對，判斷輸入密碼是否為之前輸入的密碼，若比對結(jié)果為一致，則單片機(jī)電路中的控制引腳輸出低電平，使繼電器吸合，門鎖被彈開；相反，若密碼輸入錯誤，則控制引腳輸出高電平連通報警電路，發(fā)出警報聲。若用戶在輸入密碼的過程中碰到干擾鍵，則輸入的密碼會自動清零。輸入密碼超時或輸入次數(shù)達(dá)到上限該模塊都會自動鎖定。

3.3 SIM900A模塊

設(shè)置SIM900A模塊的主要目的是要提高智能門鎖的安全性，在門鎖打開時會向用戶綁定的手機(jī)發(fā)送消息，以防止密碼泄露所引起的經(jīng)濟(jì)損失，達(dá)到密碼加通知雙重保險。該模塊中有兩種通知形式可供選擇：語音通話或者短信提醒，且移動和聯(lián)通兩種手機(jī)卡都支持使用。該設(shè)計開啟省電模式，睡眠狀態(tài)下僅耗電1mA，符合低能耗的經(jīng)濟(jì)理念。SIM900A模塊上有兩個顯示燈，用于判斷智能門鎖是否處于工作狀態(tài)，以方便用戶在機(jī)器壞損失及時發(fā)現(xiàn)。

3.4 液晶顯示器

液晶顯示屏用于客戶輸入密碼時的顯示狀態(tài)，以方便用戶判斷是否輸入錯誤。

3.5 單片機(jī)控制電路

單片機(jī)控制電路是基于物聯(lián)網(wǎng)智能門鎖控制系統(tǒng)的核心，其工作原理是通過對信息的采集和處理來實現(xiàn)對輸出電平高低的控制，以達(dá)成開關(guān)門鎖的結(jié)果，同時推動消息的發(fā)送，是整個系統(tǒng)的“首腦”部分，其主要組成有STC89C51芯片、時鐘電路、復(fù)位電路等。

4 手機(jī)APP設(shè)計及軟件組成

智能門鎖的網(wǎng)絡(luò)終端是與安卓手機(jī)的藍(lán)牙相連接的。系統(tǒng)將藍(lán)牙與硬件設(shè)備相連接，以達(dá)到用戶登錄和設(shè)備管理兩個模塊。用戶登錄模塊用于登錄和注冊用戶的私人信息密碼的輸入，而設(shè)備管理則是對綁定手機(jī)藍(lán)牙的管理及對藍(lán)牙連接的硬件設(shè)備的管理。系統(tǒng)的主要目的是開發(fā)一個簡潔明了的可控手機(jī)APP。

4.1 軟件流程及功能

4.1.1 設(shè)備連接及管理模塊功能

用戶需通過手機(jī)進(jìn)入管理系統(tǒng)，打開藍(lán)牙進(jìn)行連接，連接成功后，可對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和管理。

4.1.2 掃描功能

開啟藍(lán)牙后，需要對設(shè)備進(jìn)行掃描，進(jìn)行配對，成功后配對的硬件設(shè)備將進(jìn)入手機(jī)頁面的已配對列表，后可進(jìn)行連接。

4.1.3 監(jiān)聽功能

當(dāng)設(shè)備不再連接狀態(tài)時，需開啟一項服務(wù)，即一個要求監(jiān)聽的進(jìn)程，將設(shè)備設(shè)置為等待連接的狀態(tài)。該進(jìn)程啟動后，直到用戶連接設(shè)備之前，連接設(shè)備的請求都被接收并進(jìn)行監(jiān)控。若連接設(shè)備失敗則該請求會被關(guān)閉，連接成功則會進(jìn)入連接進(jìn)程，監(jiān)聽則會被取消。

4.1.4 連接功能

進(jìn)入連接進(jìn)程后，設(shè)備會從待連接狀態(tài)改為連接狀態(tài)，藍(lán)牙的可見狀態(tài)將被隱藏，設(shè)備進(jìn)行連接。若連接失敗，界面會顯示失敗狀態(tài)，并關(guān)閉藍(lán)牙，同時重新開啟監(jiān)聽狀態(tài)。

4.1.5 連接管理功能

設(shè)備最終連接后，手機(jī)界面顯示已連接，用戶則可以正式進(jìn)入管理狀態(tài)。即此過程需要用戶輸入管理信息，進(jìn)程接收并讀取信息，最后將用戶輸入的信息傳入輸出流，該進(jìn)程同步更新，若更新過程中出現(xiàn)異常，將顯示連接丟失。

4.2 軟件使用詳解

4.2.1 用戶登錄模塊

該模塊包括登錄和注冊兩部分。若為新客戶首次登錄則需要進(jìn)行注冊，若存在賬號則直接登錄，系統(tǒng)會自動核實輸入密碼和之前輸入的密碼是否一致，若一致，則用戶可進(jìn)入管理系統(tǒng)。

4.2.2 設(shè)備管理模塊

用戶成功進(jìn)入管理系統(tǒng)后，會收到打開藍(lán)牙的提示，如不打開藍(lán)牙則系統(tǒng)自動退出。打開藍(lán)牙，進(jìn)入主界面，分別顯示連接、打開、關(guān)閉三個按鈕。點(diǎn)擊連接設(shè)備，系統(tǒng)會通過藍(lán)牙自動搜索附近可連接的設(shè)備。搜索成功并連接后，用戶就可以通過手機(jī)對設(shè)備即門鎖實行開關(guān)行為了。

4.3 系統(tǒng)的安全性設(shè)計

為提高智能門鎖的安全性，在設(shè)計上有多重保障。首先，該手機(jī)APP只有用戶才可下載使用，則同一時刻智能門鎖控制系統(tǒng)只能與一部手機(jī)的藍(lán)牙進(jìn)行對接，并且必須在藍(lán)牙與設(shè)備連接成功后才可進(jìn)行開關(guān)鎖的控制行為。其次，在門鎖的輸入密碼盤上設(shè)有干擾鍵，極大地增強(qiáng)了門鎖的安全性。最后，當(dāng)有人試圖用外力破壞門鎖時，智能門鎖控制系統(tǒng)會發(fā)出強(qiáng)力警報并向用戶手機(jī)發(fā)送消息。

5 智能鎖的基本類型

5.1 指紋鎖

指紋鎖是絕大多數(shù)家庭用戶的選擇，其不僅具有方便快捷、安全系數(shù)高的特點(diǎn)，還符合現(xiàn)代人的時尚品味，為廣大年輕用戶所青睞。指紋鎖又分為半導(dǎo)體指紋鎖頭和光學(xué)指紋鎖頭，前者的設(shè)計小巧，且識別度和安全系數(shù)都較高，后者的技術(shù)則相對比較純熟，抗刮性和耐污性也比較好。市面上所銷售的密碼鎖同時還具有輸入鍵盤和遙感裝置。指紋鎖的主要功能有獨(dú)立信息管理、防盜報警功能、按鈕遙控開鎖等，實施一體化管理。主用戶可以根據(jù)自己的意愿增加或刪除指紋，使得安全性大大提高。

5.2 電子密碼鎖

電子密碼鎖在西方國家的使用已經(jīng)較為普遍，而電子密碼鎖最先被使用于我國的銀行及一些高級的辦公場所，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，該智能設(shè)備也已經(jīng)部分走入民用市場。與指紋發(fā)出警報聲鎖相比，電子密碼鎖安全性相對較高，但其缺陷在于需要記住密碼，所以該款產(chǎn)品不是用于有老人小孩的家庭。電子密碼鎖配有輸入鍵盤，該鍵盤分為觸屏式和實體式，使用起來都非常方便。市面銷售的電子密碼鎖一般都具有以下功能：安保功能（即達(dá)輸入上限自動斷電）、入侵感應(yīng)功能（感應(yīng)到有人試圖破門而入時，警報聲會加強(qiáng)）、火災(zāi)報警功能（室內(nèi)溫度達(dá)到高溫時，門鎖會自動彈開并）、雙重鎖定（外部鎖定，內(nèi)部無法開啟）、自動上鎖、外部顯示等功能，全面提高了防盜防災(zāi)系數(shù)。

5.3 感應(yīng)鎖

感應(yīng)鎖一般應(yīng)用于酒店或公寓門禁、高級辦公場所等需要集中管理的系統(tǒng)，家用門鎖采用感應(yīng)鎖的比率還很低。市面上銷售的感應(yīng)鎖一般包括以下幾部分：前臺管理電腦、感應(yīng)IC卡、讀卡器、門鎖、控制器。感應(yīng)鎖一般都配有IC卡，IC卡的內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜且難以被復(fù)制，所以感應(yīng)鎖的專一性較強(qiáng)，相對指紋鎖和電子密碼鎖，系統(tǒng)更為復(fù)雜，安全系數(shù)更高。感應(yīng)鎖在中國市場的銷量呈上升趨勢，有望逐步走入民用市場。

6 結(jié)語

傳統(tǒng)的門鎖由鎖孔和鑰匙兩個部分組成，構(gòu)造比較容易破壞，安全系數(shù)低。而基于物聯(lián)網(wǎng)的智能門鎖蘊(yùn)含前沿的科學(xué)技術(shù)，搭配多種復(fù)雜電路且結(jié)合如傳感等多種技術(shù)，密碼輸入錯誤鎖定、根據(jù)智能指令開關(guān)門等操作，門鎖控制系統(tǒng)等待接收智能移動設(shè)備發(fā)出的指令后雙方進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通過正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)方式完成開關(guān)鎖操作，使安全系數(shù)大大提高。相比于機(jī)械鑰匙，基于物聯(lián)網(wǎng)智能門鎖系統(tǒng)的密碼輸入給人們的生活帶來了便利。

總的來說，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能門鎖控制系統(tǒng)在國內(nèi)市場的銷售形勢較好，漸漸成為絕大多數(shù)家庭門鎖的選擇。其基于物物相連的物聯(lián)網(wǎng)和如傳感等多種前沿技術(shù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制開關(guān)門鎖、精準(zhǔn)密碼輸入、防火防盜報警等各種功能，并對客戶的私人信息和密碼進(jìn)行加密，極大地提高了用戶的生活品質(zhì)和家庭的安全系數(shù)。智能門鎖的設(shè)計屬于一種電子科技技術(shù)，成本相對較低，符合低成本、高效用的現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)理念，其時尚、快捷、安全的特點(diǎn)也在不斷吸引現(xiàn)代人群的眼球，智能門鎖走入千家萬戶指日可待。

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