基于機(jī)械門鎖的遠(yuǎn)程解鎖模塊開發(fā)設(shè)計(jì)

陸建東　顏競(jìng)峰

摘 要：互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)加速了智能鎖的升級(jí)，本項(xiàng)目針對(duì)老式外裝門鎖加裝無(wú)線解鎖模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開鎖。本文介紹如何以手機(jī)為客戶端，結(jié)合blinker和Arduino軟件以及機(jī)械解鎖模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制解鎖，減少更換鎖產(chǎn)生的成本，方便實(shí)用，無(wú)需鑰匙，解決忘帶鑰匙的煩惱。本項(xiàng)目開發(fā)內(nèi)容包含無(wú)線控制模塊與基座模塊，通過無(wú)線控制模塊作為移動(dòng)端的信號(hào)接受點(diǎn)，收到開鎖指令后判斷，如果命令合法則將指令通過繼電器傳送給基座中的馬達(dá)完成轉(zhuǎn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)門鎖的開啟。

關(guān)鍵詞：機(jī)械門鎖 遠(yuǎn)程控制 解鎖模塊

Development and Design of Remote Unlocking Module based on Mechanical Door Lock

Lu Jiandong Yan Jingfeng

Abstract：The emergence of internet has accelerated the upgrade of smart locks. This project is aimed at retrofitting a wireless unlocking module for old exterior door locks to realize remote unlocking. This article introduces how to use the mobile phone as the client， combined with blinker and Arduino software and mechanical unlocking module to realize remote control unlocking， reducing the cost of changing the lock， and solving the trouble of forgetting bringing the key. The development content of this project includes a wireless control module and a base module. The wireless control module is used as the signal receiving point of the mobile terminal. After receiving the unlock command， it is judged. If the command is legal， the command is transmitted to the motor in the base to complete the rotation and realize the opening of the door lock.

Key words：mechanical door lock， remote control， unlocking module

近年來(lái)，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，帶動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖經(jīng)過再次升級(jí)成為智能鎖，能實(shí)現(xiàn)更多的解鎖方式如遠(yuǎn)程解鎖、指紋解鎖、人臉解鎖等等。但在經(jīng)歷機(jī)械鎖到智能鎖的切換時(shí)，必然會(huì)帶來(lái)一段較長(zhǎng)的過渡期，目前全國(guó)傳統(tǒng)的老式機(jī)械鎖保有量還十分巨大，如果需要更換成智能鎖，存在以下缺點(diǎn)：

1）機(jī)械鎖更換成智能鎖將會(huì)帶來(lái)額外成本支出，傳統(tǒng)機(jī)械鎖和智能鎖的價(jià)格差別一般在5-10倍左右。

2）更換為智能鎖工序也較為繁瑣。

因此，本項(xiàng)目基于市面上常見的老式機(jī)械鎖為研究對(duì)象，開發(fā)一款簡(jiǎn)易的通用型無(wú)線解鎖模塊，能在不更換機(jī)械鎖的前提下，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手機(jī)控制解鎖。

1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程解鎖模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框如圖1所示。手機(jī)客戶端作為命令發(fā)送的起點(diǎn)，通過服務(wù)器連接無(wú)線控制模塊，控制基座模塊的運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)解鎖功能。

2 手機(jī)客戶端

采用市面上主流產(chǎn)品點(diǎn)燈科技（blinker），它是一套專業(yè)且易用物聯(lián)網(wǎng)解決方案?？缬布?、跨平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，提供APP端、設(shè)備端、服務(wù)器端支持，使用公有云服務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸存儲(chǔ)。Blinker常見支持藍(lán)牙 、 WiFi 等通訊方式，理論上只要是支持藍(lán)牙或者WiFi的設(shè)備，都可以使用blinker連接。此處我們只運(yùn)用其中Wifi控制功能。

在blinker中新增開鎖設(shè)備[1]名稱，確定產(chǎn)品密鑰，將產(chǎn)品密鑰通過燒錄寫進(jìn)Esp8266芯片中進(jìn)行識(shí)別關(guān)聯(lián)。再對(duì)該設(shè)備進(jìn)行開鎖頁(yè)面設(shè)置，設(shè)置常見開關(guān)按鈕，并調(diào)用Monitor模塊對(duì)芯片狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。最后在總頁(yè)面中能查看設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，確認(rèn)是否離線。

3 無(wú)線控制模塊

無(wú)線控制模塊[2]由一款Esp 8266芯片，一塊5V供電模塊，一個(gè)繼電器，一個(gè)馬達(dá)，若干杜邦線等共同組成。選用一款Esp8266是一款集成了Wifi功能的MCU開發(fā)板，可以直接連接wifi，開發(fā)環(huán)境多元化，也是表較受歡迎的物聯(lián)網(wǎng)芯片。配套繼電器，將電信號(hào)ESP8266芯片中的電信號(hào)通過繼電器轉(zhuǎn)換成電路的開閉。電源模塊，提供該控制中心的電源。馬達(dá)，根據(jù)電路中的供電信用提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，用以開鎖。

ESP 8266芯片采用Arduino語(yǔ)言[3]進(jìn)行編寫腳本，Arduino使用C/C++編寫程序，雖然C++兼容C語(yǔ)言，但這是兩種語(yǔ)言，C語(yǔ)言是一種面向過程的編程語(yǔ)言，C++是一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言。早期的Arduino核心庫(kù)使用C語(yǔ)言編寫，后來(lái)引進(jìn)了面向?qū)ο蟮乃枷?，目前最新的Arduino核心庫(kù)采用C與C++混合編寫而成。

程序主要包含以下核心內(nèi)容：

#define BLINKER_WIFI 1.

//表示通過wifi接入

#include

//點(diǎn)燈科技的核心庫(kù)

char auth[] = "c21239998e60";

//設(shè)備的密鑰

char ssid[] = "TP-LINK_A319";

char pswd[] = "xxxxxxxxx";

// wifi 的SSID和密碼，

BlinkerButton Button1（BUTTON_1）;

//手機(jī)點(diǎn)擊按鈕后，觸發(fā)這個(gè)函數(shù)工作

void setup（） {

Serial.begin（115200）;

//設(shè)置波特率115200

Blinker.begin（auth， ssid， pswd）; //連接wifi

Button1.attach（button1_callback）;

通過燒錄器將函數(shù)寫入Esp8266芯片中，實(shí)現(xiàn)Blinker與控制模塊進(jìn)行匹配綁定。手機(jī)APP控制ESP8266芯片（已接入wifi），由8266芯片控制繼電器的開關(guān)，最后控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

搭建遠(yuǎn)程解鎖模塊如下：

4 基座模塊設(shè)計(jì)

本文以老式門鎖為例子。內(nèi)部采用橫向開鎖設(shè)置，左右滑動(dòng)開關(guān)即可打開鎖舌，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)開關(guān)的橫向運(yùn)動(dòng)即可打開門[4]。鎖舌橫向有效位移為14mm，因此設(shè)置電機(jī)的有效行程為14mm能有效保證鎖舌開啟和關(guān)閉。如下圖4所示

解鎖模塊設(shè)計(jì)如圖5，馬達(dá)通過繼電器控制閉合，帶動(dòng)圓盤的旋轉(zhuǎn)，由圓盤上的圓柱帶動(dòng)橫軸的左右位移，最終推動(dòng)門的開閉。

通過硬件的測(cè)試，基于blinker軟件可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手機(jī)APP解鎖傳統(tǒng)機(jī)械鎖，在不更換原機(jī)械鎖的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上加裝解鎖模塊實(shí)現(xiàn)最終的解鎖操作。在一定范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的開關(guān)鎖，保護(hù)了個(gè)人財(cái)產(chǎn)和增加了便利性和經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械鎖遠(yuǎn)程解鎖問題，以手機(jī)為客戶端，以無(wú)線通信技術(shù)為傳輸手段，機(jī)械裝置控制鎖具的開關(guān)，方便實(shí)用，無(wú)需鑰匙，提高開鎖的便捷性，可運(yùn)用到市面常見的老式機(jī)械門鎖。同時(shí)不需要更換原先的機(jī)械鎖，可以大幅度節(jié)約成本。后續(xù)基于當(dāng)前功能還可自主開發(fā)附加功能如報(bào)警、遠(yuǎn)程門鎖監(jiān)控功能等，也為后續(xù)的開發(fā)設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)。

基金項(xiàng)目：臺(tái)州職業(yè)技術(shù)學(xué)院2021年校級(jí)大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2021DKC28）。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊世恩. 智能電子門禁系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[J].通信技術(shù)，2011（5）：24-26.

[2]徐正科，陳杰，佟安.基于樹莓派+Arduino實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易智能模塊化門鎖[J] .計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通，2018（12）：109.

[3]孫宏明. Android 手機(jī)程序設(shè)計(jì)，App Widget 常駐程序.中國(guó)水利水電出版社，2012.

[4]王元峰，曾惜. 面向?qū)Ｓ门渚W(wǎng)設(shè)施的智能鎖控管理及APP應(yīng)用[J].信息與電腦（理論版），2019，47（2）： 105-106，109.