基于物聯網智能門鎖系統設計與開發

陳殊

摘要：隨著物聯網技術的迅速發展以及人們對生活安全防盜的更高要求，基于物聯網的智能門鎖控制技術也在不斷提升，越來越多的智能電器走入百姓家，中國正在進入智能時代。本文系統地敘述了物聯網的概念與應用及基于物聯網智能門鎖系統的設計與開發。

關鍵詞：物聯網；智能門鎖控制系統；設計與開發

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

1 物聯網技術

物聯網，其英文名稱是“The Internet of things”，簡稱IOT。簡單來說，物聯網就是在物與物之間搭起橋梁，將它們彼此連接起來的互聯網，其目的是實現對物體的監測與監控，以達到遠距離控制與管理的效果。可以將物聯網視為互聯網的延伸與擴展，但與互聯網相比，物聯網具有更加廣泛的應用。因為物聯網中融入了傳感技術，不同于互聯網的虛擬，其可通過傳感技術進行遠距離操作。以智能家居為例，通過物聯網，用戶無需在家就可對家中的家用電器進行管理和監測。

一般情況下，物聯網可以劃分為五個層次，分別是傳感器層、網絡信息匯聚層、信息分析層、數據傳輸層和應用層。傳感器層于物聯網，就相當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；網絡信息匯聚層是物聯網的神經中樞和大腦，主要負責信息數據的歸納總集；信息分析層則是將網絡信息匯聚層傳來的信息加以分析；數據傳輸層則是起傳遞作用；應用層是物聯網的“社會分工”——與行業需求結合，達到廣泛智能化的效果。

2 設計目標與設計思路

本文設計目標為改善傳統門鎖的低安全系數，采用智能門鎖控制系統增強安全性和用戶的舒適度。隨著科學技術的發展和人們生活水平的提高，人們的安全意識也在逐漸加強，傳統的安全防盜裝置設計原理簡單，安全系數低，已經很難滿足人們的需求。而智能家居以科學技術為理論基礎，構造復雜，安全性大大增強，逐漸為人民大眾所選擇。在信息技術不斷發展的時代背景下，基于物聯網的智能家居已經開始進入人們的日常生活，給人們以方便快捷的享受，符合當代城市的快節奏生活。雖然智能門鎖在國內的發展屬于初級階段，但其的銷售量卻表明了智能家居在中國發展的良好形勢，中國即將迎來全面的智能時代。

本文設計思路為：（1）可以通過輸入密碼或指紋進行開鎖；（2）有外來者試圖強行進入或多次輸入密碼錯誤時能向綁定手機發出報警信號；（3）用戶可進行遠程控制是否開門；（4）在發生火災時發出警報，即室內溫度達到高溫時發出強力警報并自動彈開門鎖。

3 系統硬件

3.1 藍牙解鎖模塊

藍牙解鎖模塊的主要功能是進行向用戶手機發鎖智能門鎖開關狀態時的信息采集，HC-06電路主要以單片機電路為核心，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中較為重要的一部分，其主要功能為對用戶設置或改變密碼行為的實現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，單片機進行智能比對，判斷輸入密碼是否為之前輸入的密碼，若比對結果為一致，則單片機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達到上限該模塊都會自動鎖定。

3.3 SIM900A模塊

設置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發送消息，以防止密碼泄露所引起的經濟損失，達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，且移動和聯通兩種手機卡都支持使用。該設計開啟省電模式，睡眠狀態下僅耗電1mA，符合低能耗的經濟理念。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，以方便用戶在機器壞損失及時發現。

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，以方便用戶判斷是否輸入錯誤。

3.5 單片機控制電路

單片機控制電路是基于物聯網智能門鎖控制系統的核心，其工作原理是通過對信息的采集和處理來實現對輸出電平高低的控制，以達成開關門鎖的結果，同時推動消息的發送，是整個系統的“首腦”部分，其主要組成有STC89C51芯片、時鐘電路、復位電路等。

4 手機APP設計及軟件組成

智能門鎖的網絡終端是與安卓手機的藍牙相連接的。系統將藍牙與硬件設備相連接，以達到用戶登錄和設備管理兩個模塊。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，而設備管理則是對綁定手機藍牙的管理及對藍牙連接的硬件設備的管理。系統的主要目的是開發一個簡潔明了的可控手機APP。

4.1 軟件流程及功能

4.1.1 設備連接及管理模塊功能

用戶需通過手機進入管理系統，打開藍牙進行連接，連接成功后，可對設備進行監控和管理。

4.1.2 掃描功能

開啟藍牙后，需要對設備進行掃描，進行配對，成功后配對的硬件設備將進入手機頁面的已配對列表，后可進行連接。

4.1.3 監聽功能

當設備不再連接狀態時，需開啟一項服務，即一個要求監聽的進程，將設備設置為等待連接的狀態。該進程啟動后，直到用戶連接設備之前，連接設備的請求都被接收并進行監控。若連接設備失敗則該請求會被關閉，連接成功則會進入連接進程，監聽則會被取消。

4.1.4 連接功能

進入連接進程后，設備會從待連接狀態改為連接狀態，藍牙的可見狀態將被隱藏，設備進行連接。若連接失敗，界面會顯示失敗狀態，并關閉藍牙，同時重新開啟監聽狀態。

4.1.5 連接管理功能

設備最終連接后，手機界面顯示已連接，用戶則可以正式進入管理狀態。即此過程需要用戶輸入管理信息，進程接收并讀取信息，最后將用戶輸入的信息傳入輸出流，該進程同步更新，若更新過程中出現異常，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行注冊，若存在賬號則直接登錄，系統會自動核實輸入密碼和之前輸入的密碼是否一致，若一致，則用戶可進入管理系統。

4.2.2 設備管理模塊

用戶成功進入管理系統后，會收到打開藍牙的提示，如不打開藍牙則系統自動退出。打開藍牙，進入主界面，分別顯示連接、打開、關閉三個按鈕。點擊連接設備，系統會通過藍牙自動搜索附近可連接的設備。搜索成功并連接后，用戶就可以通過手機對設備即門鎖實行開關行為了。

4.3 系統的安全性設計

為提高智能門鎖的安全性，在設計上有多重保障。首先，該手機APP只有用戶才可下載使用，則同一時刻智能門鎖控制系統只能與一部手機的藍牙進行對接，并且必須在藍牙與設備連接成功后才可進行開關鎖的控制行為。其次，在門鎖的輸入密碼盤上設有干擾鍵，極大地增強了門鎖的安全性。最后，當有人試圖用外力破壞門鎖時，智能門鎖控制系統會發出強力警報并向用戶手機發送消息。

5 智能鎖的基本類型

5.1 指紋鎖

指紋鎖是絕大多數家庭用戶的選擇，其不僅具有方便快捷、安全系數高的特點，還符合現代人的時尚品味，為廣大年輕用戶所青睞。指紋鎖又分為半導體指紋鎖頭和光學指紋鎖頭，前者的設計小巧，且識別度和安全系數都較高，后者的技術則相對比較純熟，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，隨著技術的不斷發展，該智能設備也已經部分走入民用市場。與指紋發出警報聲鎖相比，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（即達輸入上限自動斷電）、入侵感應功能（感應到有人試圖破門而入時，警報聲會加強）、火災報警功能（室內溫度達到高溫時，門鎖會自動彈開并）、雙重鎖定（外部鎖定，內部無法開啟）、自動上鎖、外部顯示等功能，全面提高了防盜防災系數。

5.3 感應鎖

感應鎖一般應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，家用門鎖采用感應鎖的比率還很低。市面上銷售的感應鎖一般包括以下幾部分：前臺管理電腦、感應IC卡、讀卡器、門鎖、控制器。感應鎖一般都配有IC卡，IC卡的內部構造復雜且難以被復制，所以感應鎖的專一性較強，相對指紋鎖和電子密碼鎖，系統更為復雜，安全系數更高。感應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 結語

傳統的門鎖由鎖孔和鑰匙兩個部分組成，構造比較容易破壞，安全系數低。而基于物聯網的智能門鎖蘊含前沿的科學技術，搭配多種復雜電路且結合如傳感等多種技術，密碼輸入錯誤鎖定、根據智能指令開關門等操作，門鎖控制系統等待接收智能移動設備發出的指令后雙方進行數據交換，通過正轉、反轉方式完成開關鎖操作，使安全系數大大提高。相比于機械鑰匙，基于物聯網智能門鎖系統的密碼輸入給人們的生活帶來了便利。

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

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