物聯(lián)網(wǎng)條件下辦公智能門鎖的設(shè)計與實現(xiàn)

金榮華 黃益曼 余富榮

（浙江威歐?？萍脊煞萦邢薰荆憬?溫州 325000）

0 引言

辦公智能門鎖往往是利用生物識別技術(shù)、電子信息技術(shù)、遙感控制技術(shù)以及通信技術(shù)等基礎(chǔ)信息處理方式，以自動化方式和智能性命令控制機械設(shè)備開啟或關(guān)閉的門鎖結(jié)構(gòu)，通過在互聯(lián)網(wǎng)云技術(shù)條件下搭建的云平臺系統(tǒng)，智能門鎖還能夠?qū)崿F(xiàn)遠程查看、在線監(jiān)管、門鎖開關(guān)控制、開關(guān)門過程數(shù)據(jù)保留、臨時密碼生成等很多功能，最大限度增強辦公區(qū)域安全防控的便捷性，提高了辦公區(qū)域的安全性。與傳統(tǒng)機械鎖不同的是，基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能門鎖，能夠在安全識別、用戶管理以及智能化管理方面得到強化，能夠結(jié)合當代先進控制技術(shù)生成復(fù)合型門鎖，滿足新時代辦公智能需要，因此，該文對物聯(lián)網(wǎng)時代下辦公智能門鎖創(chuàng)新設(shè)計與實現(xiàn)的探討和分析，也就具備重要理論意義和現(xiàn)實價值。

1 項目背景分析

智能門鎖由于不需帶鑰匙，在各行各業(yè)得到了廣泛支持和青睞，消費者對智能門鎖的認知程度和需求程度逐步提高，同時隨著當代信息科技的飛速發(fā)展以及工業(yè)制造水平的快速提升，智能門鎖行業(yè)制造的規(guī)模經(jīng)濟已逐步凸顯，智能門鎖的實際售價已經(jīng)逐步趨于大眾可接受范圍，能夠在各行各業(yè)市場上快速推廣。就目前而言，絕大部分市面上的智能門鎖是以智能家居服務(wù)場景和家庭安全防范為基本目標，針對互聯(lián)網(wǎng)背景條件下企業(yè)辦公場所的智能門鎖控制仍舊處于空白狀態(tài)。據(jù)調(diào)查可知，企業(yè)辦公目前采用智能鎖的比例遠遠低于1%，而當代政務(wù)平臺和政府在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，逐步實現(xiàn)了高效率性“人、財、物、事”辦公和在線處理[1]，但是，目前并未實現(xiàn)辦公智能場景中門鎖的云在線化管理，因此，有必要開展互聯(lián)物聯(lián)網(wǎng)時代下辦公智能門鎖進行創(chuàng)新設(shè)計和實現(xiàn)的相關(guān)研究。

2 辦公智能門鎖系統(tǒng)整體設(shè)計

2.1 需求分析

物聯(lián)網(wǎng)時代背景下的辦公智能門鎖功能需求主要包括以下5個部分：第一，辦公智能門鎖能夠預(yù)先儲存開鎖名單，授權(quán)用戶可以開鎖，非授權(quán)用戶嚴禁開鎖。第二，辦公智能門鎖終端服務(wù)能夠進一步向服務(wù)平臺上報開門關(guān)門數(shù)據(jù)信息，能夠留存相關(guān)開關(guān)門記錄。第三，系統(tǒng)管理員能夠錄入平臺下發(fā)辦公室門鎖的開鎖名單，也能夠根據(jù)已離職員工的離職情況進行名單移除。第四，系統(tǒng)管理員能夠通過辦公智能門鎖實現(xiàn)遠程開鎖和遠程控制。第五，服務(wù)平臺能夠?qū)崟r查看同一辦公樓不同權(quán)限的辦公室智能門鎖的實際流水信息和開關(guān)記錄[2]。

2.2 設(shè)計原則

在互聯(lián)網(wǎng)時代背景下的辦公智能門鎖整體設(shè)計過程中，設(shè)計原則主要包括先進性、實用性、可靠性、安全性和可擴展性大部分內(nèi)容。先進性要求設(shè)計辦公室的門鎖時考慮采取國內(nèi)先進的智能控制技術(shù)，保證系統(tǒng)設(shè)計更加符合預(yù)期；實用性考慮辦公智能門鎖切實滿足其實際需求；可靠性考慮辦公智能門鎖必須具備安全防護功能，確保新技術(shù)經(jīng)過嚴格的試驗篩選；保障辦公室的門鎖和系統(tǒng)大量數(shù)據(jù)的安全性；可擴展性則是辦公智能系統(tǒng)所具備的兼容性和可升級性。

2.3 整體架構(gòu)

智能門鎖整體框架結(jié)構(gòu)如圖1所示，由圖可知，辦公智能門鎖結(jié)構(gòu)主要通過云平臺連接了門鎖板卡和移動端軟件，其中門鎖板卡包括了指紋模塊、按鍵模塊、語音模塊、電機驅(qū)動模塊等重要內(nèi)容，移動端軟件則包括了藍牙開鎖、通知信息管理、設(shè)備信息管理、臨時密碼管理等很多功能。在整個辦公智能門鎖運行的過程中，門鎖板卡通過處理器的控制芯片，借助接口和外在屏幕相連，借助觸摸芯片完成數(shù)據(jù)信息之間的交流溝通，實現(xiàn)顯示屏和按鍵模塊之間的相互連接，SPI接口則通過時鐘芯片、讀寫芯片的數(shù)據(jù)通信功能，完成指紋開鎖，借助I/O 接口、電機驅(qū)動裝置以及語音芯片控制等實現(xiàn)電機驅(qū)動功能、語音模塊設(shè)計功能等[3]。

圖1 智能門鎖整體框架結(jié)構(gòu)圖

2.4 安全性分析

為了最大限度提升辦公室門鎖的安全性，往往需要多層保障，確保辦公智能門鎖的結(jié)構(gòu)安全。在此過程中，應(yīng)關(guān)注辦公智能門鎖的藍牙解鎖功能，由于手機App并非公開使用的，只有手機主人才有，因此，藍牙開鎖功能應(yīng)確保同一時刻只能連接同一設(shè)備，并且在藍牙配對成功后才能夠開啟開鎖功能，其他設(shè)備均無法在同一時間連接，借助該一一匹配的方式增強門鎖的密碼安全性。

3 關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 軟件設(shè)計

物聯(lián)網(wǎng)背景下的辦公智能門鎖軟件設(shè)計主要包括總體架構(gòu)設(shè)計、密碼管理系統(tǒng)設(shè)計、視頻數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計、鎖體電機模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計等很多部分內(nèi)容。以密碼管理中的藍牙開鎖功能的匹配連接為例分析可知，當手機藍牙連接后，設(shè)備會從待連接狀態(tài)轉(zhuǎn)化為已連接狀態(tài)，而手機主人的藍牙可見狀態(tài)將會被隱藏，從而保障辦公智能設(shè)備在連接完成后的安全性。當設(shè)備連接失敗時，界面會顯示失敗狀態(tài)并關(guān)閉藍牙，同步開啟監(jiān)聽狀態(tài)以避免出現(xiàn)泄密事件。

3.2 硬件設(shè)計

智能辦公門鎖系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要包括指紋模塊設(shè)計、觸摸按鈕模塊設(shè)計、系統(tǒng)電源設(shè)計、單片機控制系統(tǒng)設(shè)計、LED液晶屏設(shè)計等很多部分內(nèi)容。其中，就單片機控制電路設(shè)計而言，由于智能辦公系統(tǒng)單片機控制電路由芯片、復(fù)位電路、時鐘電路等關(guān)鍵內(nèi)容組成，實現(xiàn)對智能門鎖開關(guān)信息的高效率收集和分析處理，并實現(xiàn)對電磁繼電器的管理與控制，實現(xiàn)智能門鎖的開合，因此，時鐘電路主要采用32.768kHz左右的無源晶體振蕩器作為基礎(chǔ)，并在兩側(cè)連接瓷片電容器穩(wěn)定整個單片機控制電路的頻率和振幅，復(fù)位電路則采取按鍵手動復(fù)位方式，實現(xiàn)引腳和電源的聯(lián)通。

3.3 通信設(shè)計

智能辦公系統(tǒng)的通信設(shè)計主要是指移動端App和小程序的設(shè)計開發(fā)，通過安卓系統(tǒng)開發(fā)手機移動終端App，或通過微信平臺開發(fā)小程序，借助阿里云網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開發(fā)功能實現(xiàn)大數(shù)據(jù)通信，最終實現(xiàn)對辦公智能門鎖數(shù)據(jù)信息的查看與控制。

4 實現(xiàn)與應(yīng)用

4.1 產(chǎn)品介紹

VOC C7辦公智能門鎖是針對木門、鋁框門和鐵門安裝的智能設(shè)備，主要應(yīng)用于企業(yè)辦公室、公寓和出租屋等重要場所，是現(xiàn)階段行業(yè)內(nèi)第一款專門為辦公室和宿舍打造的云智能門鎖，也是行業(yè)內(nèi)第一款與釘釘平臺軟件有深度互交功能的智能門鎖。與企業(yè)辦公門禁有所不同的是，智能門鎖能夠在多個獨立的辦公室或宿舍使用，而企業(yè)門禁往往需要開槽埋線暗裝或者明裝，其市場安裝費用較高，在實際運行過程中一旦斷電，則很容易失去安防作用，同時，企業(yè)門禁只針對公司入戶進行安全保護。但物聯(lián)網(wǎng)時代下的辦公智能門鎖VOC C7的整個安裝過程相對簡單，門鎖利用外在供電方式，經(jīng)常更換電池即可保證其安防功能永不失效，圖2即為該產(chǎn)品內(nèi)部構(gòu)造示意圖[4]。

圖2 VOC C7產(chǎn)品內(nèi)部構(gòu)造示意圖

4.2 參數(shù)設(shè)定

VOC C7智能門鎖是以指紋和藍牙為主要開門方式的重要安全防范設(shè)備，其備用開啟方式為機械鑰匙開啟，指紋識別主要采用電容半導(dǎo)體方式，應(yīng)急電源為Type-C，引導(dǎo)提示是語音，識別速度≤0.5 s，指紋容量高達120，其整個產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)信息如表1所示。

表1 產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)設(shè)定

4.3 功能實現(xiàn)

物聯(lián)網(wǎng)時代背景下的VOC C7智能門鎖具備指紋管理功能、藍牙開鎖功能、遠程開鎖功能、Wi-Fi實時在線功能、常開常閉模式切換功能等。其中，指紋管理功能創(chuàng)新地將指紋管理通過釘釘App來輕松完成，指紋錄入釘釘App上實現(xiàn)，錄完之后該員工的指紋會被上傳至阿里云端，然后下發(fā)至該員工權(quán)限下的所有門鎖，真正實現(xiàn)指紋最多錄一次的想法。例如某研發(fā)人員的權(quán)限是可以開研發(fā)部、技術(shù)部、測試部的門，而且有一個屬于自己的員工宿舍，則員工入職時，只需在行政辦公處錄入指紋，上述具備權(quán)限的所有門鎖都會同時收到這枚新指紋，該員工可以在無須人事幫助的情況下?lián)碛虚_門權(quán)限。當該員工離職從釘釘組織中刪除后，該員工權(quán)限下的所有門鎖都會自動刪除該員工指紋，無須人事再去每個門鎖前手動刪除指紋，真正做到了只需在手機App上點一點即可輕松管理全公司的所有門鎖。在此過程中，VOC C7的指紋模組采用進口FPC的采樣器，而且是匯頂自學(xué)習的指紋算法，越用越靈活且每把鎖最多錄入120枚指紋，能真正適用于各個辦公場景。指紋開鎖是最方便也是最安全的開門方式，但由于部分員工的手指指紋天生就淺，或者屬于體力勞動者或者手指磨皮嚴重的車間職工，指紋開鎖方式存在一定困難，因此VOC C7智能門鎖特意加上了第二種開鎖方式，即手機藍牙開鎖。不論手機是安卓還是iOS系統(tǒng)，只要打開釘釘App，即可一鍵藍牙開鎖。VOC C7智能門鎖遠程開鎖功能主要針對臨時訪客，只需在App上點擊遠程開鎖，門鎖收到指令后便會轉(zhuǎn)動電機，此時訪客下壓把手就可以輕松開鎖，圖3即為該產(chǎn)品藍牙開鎖構(gòu)架示意。

圖3 藍牙開鎖流程圖

在藍牙開鎖過程中，由于Wi-Fi_ble模組和鎖端MCU之間涉及部分較大的文件傳輸，其中包括了2k字節(jié)的指紋模板數(shù)據(jù)（上傳和下載）以及70k字節(jié)的鎖端OTA升級image（僅下載），因此，須規(guī)定雙方通信的協(xié)議，將文件正確的從模組傳送到鎖端MCU?；诖烁脑靸?yōu)化目標，該文提出發(fā)送端發(fā)起流程取代接收端發(fā)起文件傳送流程，新加一個發(fā)起文件傳輸?shù)拿钋以撁钭裱禖7通用串口通信協(xié)議（完全遵循天貓精靈產(chǎn)品的協(xié)議）.docx》，在發(fā)送端發(fā)完命令后，接收端如果收到此命令，回復(fù)ACK字符后進入Xmodem收文件流程，發(fā)送端收到返回的ACK之后也進入Xmodem發(fā)文件流程，雙方做好超時處理。待雙方收發(fā)文件流程走完，就自動從Xmodem模式退出回到原來的“C7通用串口通信協(xié)議”。

4.4 性能要求

物聯(lián)網(wǎng)時代背景下的VOC C7智能門鎖性能設(shè)計要求見表2。

表2 性能要求示意表

5 結(jié)論

總而言之，該文在物聯(lián)網(wǎng)時代辦公智能門鎖市場應(yīng)用空白的基礎(chǔ)上，提出了創(chuàng)新設(shè)計和應(yīng)用辦公智能門鎖的基本目標，并對辦公智能門鎖整體系統(tǒng)設(shè)計需求、設(shè)計原則、整體架構(gòu)和安全性進行分析，對其中可能涉及的軟件技術(shù)、硬件技術(shù)以及通信設(shè)計模塊進行探究，最終得到的物聯(lián)網(wǎng)時代背景下的VOC C7智能門鎖，借助釘釘App聯(lián)網(wǎng)軟件實現(xiàn)了VOC模塊的自主開發(fā)，能夠適配于各個平臺或企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)，從而真正無縫融入企業(yè)辦公系統(tǒng)，不斷提升企業(yè)辦公效率，為企業(yè)節(jié)省人力資源管理成本做出應(yīng)有的貢獻。