基于物聯網技術的鑰匙智能管理系統的設計與實現

田華+郭衛東+林志賢

摘 要：目前，很多行業面臨重要鑰匙的管理問題，采用傳統的專人管理，簽到取用的方式管理，存在低效、費時、管理混亂等問題。該文的鑰匙智能管理系統采用物聯網技術中的RFID技術、指紋識別技術、4G通訊技術，視頻技術，實現了鑰匙識別，操作人員身份識別，鑰匙鎖定、遠程授權開鎖，鑰匙取還過程自動拍照記錄，鑰匙取還信息自動記錄、鑰匙取送記錄追蹤等自動化管理功能。

關鍵詞：鑰匙管理 遠程授權 4G RFID 物聯網

中圖分類號：TP18 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（a）-0001-02

目前，軍隊行業、公安行業、電力行業、醫院等醫療衛生行業及很多大型生產制造行業，都存在倉庫鑰匙、車輛鑰匙、重要房間鑰匙等的管理問題。傳統的專人管理、簽到使用的管理模式，存在人力資源浪費、低效、管理混亂、鑰匙丟失及鑰匙去向難以追蹤等弊端。目前主流的鑰匙管理系統，無法解決鑰匙一柜鎖定分級分級管理、應急緊急取用鑰匙等問題。

1 設計目標

針對鑰匙管理的現狀，結合物聯網技術、指紋識別技術、4G通訊技術、視頻監控技術，研究鑰匙管理的自動、可靠、安全和高效的管理方法。

系統采用RFID技術完成鑰匙自動識別；采用RFID技術和指紋識別技術，完成人員身份自動識別；采用柜門鎖定和鑰匙獨立鎖定兩級鎖定，完成鑰匙安全管理；采用開門取用鑰匙和開門申請遠程授權取用鑰匙，完成一柜管理，兩級權限的分級鑰匙管理；采用4G通訊技術，完成遠程授權開鎖取用鑰匙；配備緊急開鎖裝置，完成應急狀況緊急處理；采用視頻監控技術，實現鑰匙取還全過程監管；采用鑰匙鎖定模塊化，實現鑰匙柜的可擴展性。實現了更安全、更靈活、更高效的智能鑰匙管理。

2 系統設計

2.1 系統組成

（1）鑰匙智能管理柜。不銹鋼柜體，配有電磁鎖，液晶屏顯示，指紋識別，攝像頭和緊急開鎖裝置，在實現鑰匙安全管理的同時，也考慮到了緊急情況的處理。

（2）智能控制終端。鑰匙智能管理主控制器。與智能分控器、智能鎖定裝置組成鑰匙智能管理控制系統。

（3）智能分控器。根據管理鑰匙數量可配置多個分控器，每個分控器可管理6個鑰匙智能鎖定裝置。

（4）鑰匙智能鎖定裝置。與智能控制終端配合使用，完成鑰匙的識別和鎖定；配置取用者權限指示燈、鑰匙狀態指示燈、鎖定狀態指示燈；配備取用開鎖按鈕和取用申請按鈕。

（5）智能鑰匙環。內置唯一識別的RFID標簽，可環形360°識別，方便鑰匙送還和鎖定；通過一次性鉛封將管理鑰匙與智能鑰匙環綁定，保證鑰匙不被替換。

（6）數據通訊服務器。與鑰匙智能管理柜通過網絡連接，保存鑰匙管理柜當前鑰匙狀態、鑰匙取用和送還記錄信息、 “非法”取用鑰匙信息、鑰匙申請信息，完成app軟件、管理軟件和鑰匙智能管理柜之間的通訊。

（7）管理軟件。完成鑰匙信息和人員信息的管理；智能控制終端配置信息的加載；與鑰匙智能管理終端實時通訊，接收并保存鑰匙取環信息；鑰匙取環信息的查詢與追溯。

（8）App軟件。通過手機或iPad等移動設備，遠程查看鑰匙狀態，鑰匙申請信息并進行許可操作等。

2.2 控制系統結構

控制系統采用智能控制終端、中控器和智能鎖定裝置3級控制設計，485總線通訊，提高通訊效率的同時提高了系統的可擴展性。

2.3 系統架構

鑰匙智能管理系統架構圖如圖1所示。

2.4 系統功能及優點

（1）每把鑰匙配備全球唯一ID編碼，不可復制，保證其唯一性。

（2）智能鑰匙環與鑰匙采用特殊工藝連接，非暴力無法破壞，確保鑰匙不會被替換。

（3）柜體外液晶屏實時顯示鑰匙狀態。

（4）每個鑰匙智能鎖定裝置顯示鑰匙名稱等信息，并可編輯，杜絕取錯鑰匙事情的發生。

（5）鑰匙智能鎖定裝置和智能鑰匙環配合，實時檢測鑰匙狀態，鑰匙智能鎖定裝置上通過指示燈指示當前鑰匙狀態：在存、取用、鑰匙位錯誤。

（6）非授權人員無法取用鑰匙，既無需專人管理，又保證鑰匙管理的安全性和可靠性。

（7）可通過刷卡、指紋、密碼三種獨立或組合的方式進行身份驗證。

（8）鑰匙可設定有權責任人，允許一把鑰匙指定多個責任人，并指定一個遠程授權責任人。

（9）操作人員通過身份驗證打開柜門后，系統自動點亮權限內的鑰匙權限指示燈，醒目提示哪些鑰匙可直接取用，哪些鑰匙需申請取用。

（10）取用非權限內鑰匙時，可通過鑰匙智能鎖定裝置上的“申請”按鈕，系統自動向遠程授權責任人發送申請信息，遠程授權責任人可遠程開鎖。

（11）整個鑰匙取還過程中，系統自動定時拍照，并與鑰匙取還記錄信息關聯，杜絕冒用他人身份取用鑰匙。

（12）緊急情況下，可通過特殊工具開柜取用鑰匙。系統自動拍照并向授權責任人發送帶有照片的報警信息。杜絕未經許可非法開柜取用鑰匙。

（13）三級控制系統，方便擴展。

（14）鑰匙智能鎖定裝置模塊化，便于鑰匙管理柜內美化布局。

（15）鑰匙管理柜可存儲10 000條鑰匙取還記錄，與管理軟件接口后，所有記錄均可上傳管理軟件保存，方便查詢和追蹤。

（16）鑰匙管理柜采用220 V交流電源，同時配置1500 ma/h可充電電池，交流供電的同時對電池充電，停電時電池供電。

（17）鑰匙管理柜柜門鎖開鎖后規定時間內未打開柜門，柜門鎖自動閉鎖。

（18）鑰匙鎖具打開規定時間內未取走鑰匙，鑰匙鎖具自動閉鎖。

（19）鑰匙位記憶功能，鑰匙送還位置錯誤，鑰匙狀態指示燈閃爍，不閉鎖；否則，鑰匙狀態指示燈常亮，并自動閉鎖。

3 系統實現

3.1 鑰匙狀態指示

每個鑰匙智能鎖定裝置通過機械撥碼設置一個唯一ID，每個智能鑰匙環內嵌一個全球唯一編碼的RFID標簽，將鑰匙智能鎖定裝置的ID和智能鑰匙環的唯一編碼一一配對，并寫入智能控制終端。

鑰匙智能鎖定裝置定時（間隔時間10ms以內）驅動讀卡模塊讀取編碼。未讀取到編碼，說明鑰匙被取走，斷開鑰匙狀態指示燈供電；讀取到的編碼，將讀取到的編碼與配對的鑰匙環編碼比對，相同，鑰匙位正確，點亮鑰匙狀態指示燈；否則，鑰匙位錯誤，

3.2 取用鑰匙

通過指紋識別或刷卡等方式驗證身份后，柜門鎖自動開鎖，打開柜門后，按下取用鑰匙鎖定裝置上的“取用”按鈕，鑰匙智能控制系統根據預先下載的鑰匙人員權限表，判斷是否屬于權限內鑰匙，是，自動開鎖；否，權限指示燈閃爍（無權取用）。

系統會自動記錄整個取用鑰匙過程信息。在打開柜門鎖、按下“取用”按鈕、取走鑰匙、關閉柜門時自動拍照并與鑰匙取用記錄關聯。在鑰匙取用信息查詢或追蹤時，可以查詢到包含取用人照片的記錄信息。

3.3 申請鑰匙

通過指紋識別或刷卡等方式驗證身份后，柜門鎖自動開鎖，打開柜門后，按下取用鑰匙鎖定裝置上的“申請”按鈕（自動拍照），鑰匙智能控制系統根據預先下載的鑰匙人員權限表，判斷是否屬于權限外鑰匙，是，記錄申請取用的鑰匙信息；否，權限指示燈閃爍（無需申請）。

1 min（可編輯）內操作人員未再按下“申請”按鈕，此次申請結束，系統自動組合申請信息并發送給授權責任人。授權責任人登錄App后，可看到帶有申請人照片的鑰匙取用申請，并可進行“允許”或“拒絕”的操作。允許取用的鑰匙鎖具自動開鎖。

系統同樣自動記錄整個取用鑰匙過程信息，并標記為遠程授權取用。在打開柜門鎖、按下“申請”按鈕、取走鑰匙、關閉柜門時自動拍照并與鑰匙取用記錄關聯。在鑰匙取用信息查詢或追蹤時，可以查詢到包含取用人照片的記錄信息。

3.4 送還鑰匙

通過指紋識別或刷卡等方式驗證身份后，柜門鎖自動開鎖，打開柜門后，將鑰匙放回正確的鑰匙位（鑰匙智能鎖定裝置），系統自動閉鎖鑰匙。如鑰匙位放錯，不閉鎖鑰匙且“鑰匙狀態”指示燈閃爍。

系統會自動記錄整個送還鑰匙過程信息。在打開柜門鎖、送回鑰匙、關閉柜門時自動拍照并與鑰匙送還記錄關聯。在鑰匙送還信息查詢或追蹤時，可以查詢到包含送還人照片的送還記錄。

3.5 緊急取用

為了應對突發事件，系統配有應急機械解鎖鑰匙，無需身份驗證即可打開柜門鎖和所有鑰匙鎖，我們稱之為“非法開鎖”。為了避免出現濫用“非法開鎖”取用鑰匙，在“非法開鎖”取用鑰匙過程中，系統自動在開柜門鎖、開鑰匙鎖、取用鑰匙、關閉柜門時拍照，在關閉柜門后向授權責任人發送“非法”操作報警信息，并在整個“非法開鎖”過程中聲音報警。

4 結語

基于RFID技術和4G通訊技術的鑰匙智能管理系統，實現了鑰匙自動、安全、可靠、高效的無人管理。鑰匙獨立鎖定，權限內自主取用、權限外申請取用、緊急取用三種取用模式并存，取用過程拍照等措施在保證鑰匙安全、可靠管理的前提下，大大提高了鑰匙管理的自主性和高效性。