物聯網條件下辦公智能門鎖的設計與實現

金榮華 黃益曼 余富榮

（浙江威歐希科技股份有限公司，浙江 溫州 325000）

0 引言

辦公智能門鎖往往是利用生物識別技術、電子信息技術、遙感控制技術以及通信技術等基礎信息處理方式，以自動化方式和智能性命令控制機械設備開啟或關閉的門鎖結構，通過在互聯網云技術條件下搭建的云平臺系統，智能門鎖還能夠實現遠程查看、在線監管、門鎖開關控制、開關門過程數據保留、臨時密碼生成等很多功能，最大限度增強辦公區域安全防控的便捷性，提高了辦公區域的安全性。與傳統機械鎖不同的是，基于互聯網技術的智能門鎖，能夠在安全識別、用戶管理以及智能化管理方面得到強化，能夠結合當代先進控制技術生成復合型門鎖，滿足新時代辦公智能需要，因此，該文對物聯網時代下辦公智能門鎖創新設計與實現的探討和分析，也就具備重要理論意義和現實價值。

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展以及工業制造水平的快速提升，智能門鎖行業制造的規模經濟已逐步凸顯，智能門鎖的實際售價已經逐步趨于大眾可接受范圍，能夠在各行各業市場上快速推廣。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場景和家庭安全防范為基本目標，針對互聯網背景條件下企業辦公場所的智能門鎖控制仍舊處于空白狀態。據調查可知，企業辦公目前采用智能鎖的比例遠遠低于1%，而當代政務平臺和政府在數字化轉型過程中，逐步實現了高效率性“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，有必要開展互聯物聯網時代下辦公智能門鎖進行創新設計和實現的相關研究。

2 辦公智能門鎖系統整體設計

2.1 需求分析

物聯網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先儲存開鎖名單，授權用戶可以開鎖，非授權用戶嚴禁開鎖。第二，辦公智能門鎖終端服務能夠進一步向服務平臺上報開門關門數據信息，能夠留存相關開關門記錄。第三，系統管理員能夠錄入平臺下發辦公室門鎖的開鎖名單，也能夠根據已離職員工的離職情況進行名單移除。第四，系統管理員能夠通過辦公智能門鎖實現遠程開鎖和遠程控制。第五，服務平臺能夠實時查看同一辦公樓不同權限的辦公室智能門鎖的實際流水信息和開關記錄[2]。

2.2 設計原則

在互聯網時代背景下的辦公智能門鎖整體設計過程中，設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容。先進性要求設計辦公室的門鎖時考慮采取國內先進的智能控制技術，保證系統設計更加符合預期；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，確保新技術經過嚴格的試驗篩選；保障辦公室的門鎖和系統大量數據的安全性；可擴展性則是辦公智能系統所具備的兼容性和可升級性。

2.3 整體架構

智能門鎖整體框架結構如圖1所示，由圖可知，辦公智能門鎖結構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、電機驅動模塊等重要內容，移動端軟件則包括了藍牙開鎖、通知信息管理、設備信息管理、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據信息之間的交流溝通，實現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、讀寫芯片的數據通信功能，完成指紋開鎖，借助I/O 接口、電機驅動裝置以及語音芯片控制等實現電機驅動功能、語音模塊設計功能等[3]。

圖1 智能門鎖整體框架結構圖

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構安全。在此過程中，應關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，藍牙開鎖功能應確保同一時刻只能連接同一設備，并且在藍牙配對成功后才能夠開啟開鎖功能，其他設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 關鍵技術分析

3.1 軟件設計

物聯網背景下的辦公智能門鎖軟件設計主要包括總體架構設計、密碼管理系統設計、視頻數據傳輸模塊設計、鎖體電機模塊結構設計等很多部分內容。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，設備會從待連接狀態轉化為已連接狀態，而手機主人的藍牙可見狀態將會被隱藏，從而保障辦公智能設備在連接完成后的安全性。當設備連接失敗時，界面會顯示失敗狀態并關閉藍牙，同步開啟監聽狀態以避免出現泄密事件。

3.2 硬件設計

智能辦公門鎖系統的硬件設計主要包括指紋模塊設計、觸摸按鈕模塊設計、系統電源設計、單片機控制系統設計、LED液晶屏設計等很多部分內容。其中，就單片機控制電路設計而言，由于智能辦公系統單片機控制電路由芯片、復位電路、時鐘電路等關鍵內容組成，實現對智能門鎖開關信息的高效率收集和分析處理，并實現對電磁繼電器的管理與控制，實現智能門鎖的開合，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，并在兩側連接瓷片電容器穩定整個單片機控制電路的頻率和振幅，復位電路則采取按鍵手動復位方式，實現引腳和電源的聯通。

3.3 通信設計

智能辦公系統的通信設計主要是指移動端App和小程序的設計開發，通過安卓系統開發手機移動終端App，或通過微信平臺開發小程序，借助阿里云網絡系統開發功能實現大數據通信，最終實現對辦公智能門鎖數據信息的查看與控制。

4 實現與應用

4.1 產品介紹

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備，主要應用于企業辦公室、公寓和出租屋等重要場所，是現階段行業內第一款專門為辦公室和宿舍打造的云智能門鎖，也是行業內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，企業門禁只針對公司入戶進行安全保護。但物聯網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，經常更換電池即可保證其安防功能永不失效，圖2即為該產品內部構造示意圖[4]。

圖2 VOC C7產品內部構造示意圖

4.2 參數設定

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體方式，應急電源為Type-C，引導提示是語音，識別速度≤0.5 s，指紋容量高達120，其整個產品的技術參數信息如表1所示。

表1 產品技術參數設定

4.3 功能實現

物聯網時代背景下的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，錄完之后該員工的指紋會被上傳至阿里云端，然后下發至該員工權限下的所有門鎖，真正實現指紋最多錄一次的想法。例如某研發人員的權限是可以開研發部、技術部、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擁有開門權限。當該員工離職從釘釘組織中刪除后，該員工權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，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動電機，此時訪客下壓把手就可以輕松開鎖，圖3即為該產品藍牙開鎖構架示意。

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字節的指紋模板數據（上傳和下載）以及70k字節的鎖端OTA升級image（僅下載），因此，須規定雙方通信的協議，將文件正確的從模組傳送到鎖端MCU。基于此改造優化目標，該文提出發送端發起流程取代接收端發起文件傳送流程，新加一個發起文件傳輸的命令且該命令遵循《C7通用串口通信協議（完全遵循天貓精靈產品的協議）.docx》，在發送端發完命令后，接收端如果收到此命令，回復ACK字符后進入Xmodem收文件流程，發送端收到返回的ACK之后也進入Xmodem發文件流程，雙方做好超時處理。待雙方收發文件流程走完，就自動從Xmodem模式退出回到原來的“C7通用串口通信協議”。

4.4 性能要求

物聯網時代背景下的VOC C7智能門鎖性能設計要求見表2。

表2 性能要求示意表

5 結論

總而言之，該文在物聯網時代辦公智能門鎖市場應用空白的基礎上，提出了創新設計和應用辦公智能門鎖的基本目標，并對辦公智能門鎖整體系統設計需求、設計原則、整體架構和安全性進行分析，對其中可能涉及的軟件技術、硬件技術以及通信設計模塊進行探究，最終得到的物聯網時代背景下的VOC C7智能門鎖，借助釘釘App聯網軟件實現了VOC模塊的自主開發，能夠適配于各個平臺或企業內部系統，從而真正無縫融入企業辦公系統，不斷提升企業辦公效率，為企業節省人力資源管理成本做出應有的貢獻。