手機(jī)鎖的原理與結(jié)構(gòu)

白晨 黃園園 倪宗哲 龔梓瀚 曹云玖

摘 要：隨著手機(jī)安全的可靠性不斷提升，利用手機(jī)遠(yuǎn)程控制鎖體的開關(guān)成為了一種即方便酷炫又安全的技術(shù)。本文分析了智能鎖的現(xiàn)狀，與傳統(tǒng)智能鎖相比手機(jī)智能鎖具有很多優(yōu)勢，并相應(yīng)設(shè)計了一種手機(jī)智能鎖的基本結(jié)構(gòu)，簡要介紹了其工作流程。對未來智能鎖的發(fā)展具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：遙控技術(shù)；藍(lán)牙技術(shù)；單片機(jī)；手機(jī)智能鎖

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.174

1 引言

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備與有線通訊設(shè)備形式較復(fù)雜，且智能度不高，在科技日新月異的現(xiàn)代，安全隱患較多。隨著手機(jī)科技的日益發(fā)展與手機(jī)安全的進(jìn)步，手機(jī)集成的功能越來越多，支付寶，手機(jī)紅外遙控，手機(jī)公共交通卡，這些功能的出現(xiàn)極大的便利了我們的生活，也是未來手機(jī)的發(fā)展方向。在智能家居概念提出后，移動終端的遠(yuǎn)程控制便成為了無線通信的重要運(yùn)用方向。無線藍(lán)牙技術(shù)是一種無線短距離通信技術(shù)，它具有成本低，適用面廣，安全性強(qiáng)，操作簡單等特點(diǎn)?；谒{(lán)牙技術(shù)設(shè)計手機(jī)鎖，不僅可以解決用戶攜帶鑰匙不便易丟失所帶來的安全隱患，也驗(yàn)證了移動端遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計的可行性與簡易性，為智能家居的普及做準(zhǔn)備。

2 智能鎖現(xiàn)狀

國內(nèi)外智能鎖的發(fā)展差異巨大，以韓國為首，據(jù)《2017中國智能鎖應(yīng)用與發(fā)展白皮書》數(shù)據(jù)，韓國市場滲透率高達(dá)80%，中國市場滲透率僅為2%。除固有的國情差距外，我國仍有很大的發(fā)展空間。國內(nèi)目前的智能鎖主要有以下三類。

第一類被大量采用的是密碼類智能鎖具，它們由傳統(tǒng)的密碼鎖經(jīng)過電子化零件的應(yīng)用而升級為電子密碼鎖。密碼與機(jī)械鎖配合使用，可只需記住密碼，無需攜帶鑰匙，免除了經(jīng)常忘記帶鑰匙的煩惱，因此這一類產(chǎn)品的研究從20世紀(jì)30年代就開始了，20世紀(jì)80年代后，隨著電子鎖專用集成電路的出現(xiàn)，電子鎖的體積縮小，應(yīng)用更為廣泛，而且密鑰量急劇增大[1]。由于其較高的穩(wěn)定性，被大量運(yùn)用在高檔小區(qū)與商用居民樓內(nèi)。

第二類是電子標(biāo)簽技術(shù)的廣泛應(yīng)用，包括射頻卡（RFID）、條形碼、二維碼的應(yīng)用等等。電子標(biāo)簽式智能鎖具仍然保留了“鑰匙”這一概念，只是將其形式轉(zhuǎn)化為卡片、圖形等更為靈活的元素，與憑證、收據(jù)等結(jié)合為一體，在酒店、企業(yè)、健身房等公共與私密隨機(jī)切換的空間內(nèi)進(jìn)行應(yīng)用，非常方便[2]。此類智能鎖在安全性上要高于第一類，并具有一定的靈活性，但與鑰匙一樣，存在忘帶，易丟失等弊端。

第三類是具有生物識別的智能鎖具，包括指紋識別、虹膜識別、人臉識別等等。利用人生物特征的唯一性，安全性最高，其中指紋識別的技術(shù)較為成熟，且成本較低，使用頻率最高。此類智能鎖避免了鑰匙帶來的弊端，且開鎖過程便利，在目前最為流行。

以上三類智能鎖多為個體機(jī)，它們無法與外界交流，盡管便利性正在逐漸提升，但安全上仍可能存在各種各樣的問題，因此，利用手機(jī)遙控解鎖，不僅可以利用手機(jī)本身的安全特征（指紋、密碼等）以較低的成本安全開鎖，也可以與鎖體本身進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，進(jìn)一步提升門鎖的安全性。

3 手機(jī)鎖的基本結(jié)構(gòu)

本次采用單片機(jī)作為控制核心，藍(lán)牙模塊作為信號輸入端，鎖的驅(qū)動系統(tǒng)由一個簡單的螺線圈機(jī)械組成。當(dāng)手機(jī)端向藍(lán)牙模塊發(fā)送正確的開鎖指令時，單片機(jī)處理判斷后輸出高/低電平，從而打開繼電器驅(qū)動鎖控制系統(tǒng)。系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

3.1 藍(lán)牙模塊

藍(lán)牙模塊發(fā)展至今技術(shù)已經(jīng)十分成熟，且部件價格低廉，適合量產(chǎn)，市面上HR-05/HR-06較為常見，作為整個系統(tǒng)的輸入端，用于接受手機(jī)端所發(fā)送的開鎖指令并將數(shù)據(jù)傳送至控制器模塊。

3.2 控制器模塊

單片機(jī)作為一種微控制器，用于控制門鎖系統(tǒng)性價比較高，在接受到藍(lán)牙模塊的開鎖指令后，判斷其指令與程序內(nèi)設(shè)定的開鎖指令是否相符，若是則在輸出端輸出高電平，否則重新進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

3.3 電控制模塊

選用繼電器作為電控制器件，利用繼電器可以用小電流去控制大電流的特性，在接收到單片機(jī)的高電平信號后導(dǎo)通三極管，致使繼電器吸合，給予鎖控制系統(tǒng)電力打開門鎖。

4 系統(tǒng)工作流程

藍(lán)牙系統(tǒng)在安卓手機(jī)上與門鎖系統(tǒng)進(jìn)行連接。軟件系統(tǒng)分單片機(jī)軟件系統(tǒng)與安卓手機(jī)端軟件系統(tǒng)。單片機(jī)軟件系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收手機(jī)的信號并作流程處理，在未連接藍(lán)牙或未得到正確的開鎖指令時，輸出端默認(rèn)不輸出任何信息，當(dāng)收到正確的開鎖指令時，輸出端輸出高電平，導(dǎo)通繼電器，從而驅(qū)動鎖驅(qū)動模塊。安卓手機(jī)軟件系統(tǒng)提供一個最基礎(chǔ)的交互界面，負(fù)責(zé)提示連接門鎖藍(lán)牙模塊，并向門鎖發(fā)送正確的開鎖指令。

實(shí)驗(yàn)通過STC15F104E單片機(jī)與HC-05藍(lán)牙模塊完成了智能電子鎖的設(shè)計，保有了大量的改良空間，在單片機(jī)端可加入震動傳感器以及聲光傳感器用于防盜，增強(qiáng)設(shè)備的安全性，手機(jī)端可結(jié)合手機(jī)自身的指紋模塊代替密碼，簡化用戶體驗(yàn)的同時并不需要提高成本。實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新的不止在于提出了一種新的手機(jī)遙控鎖的思路，更在于驗(yàn)證了物聯(lián)網(wǎng)時代移動端遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計的可行性與簡易性，對將來智能家居的發(fā)展有借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]伏波.物聯(lián)網(wǎng)背景下智能鎖具的設(shè)計策略研究[J].廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2017.

[2]塞繆爾劉林德.物聯(lián)網(wǎng)[M].北京：中信出版集團(tuán)，2016.

作者簡介：白晨（1998-），男，江蘇淮安人，本科在讀，交通運(yùn)輸專業(yè)。