基于Node-red的物聯網鑰匙管理系統

◆廣東省江門市棠下中學 張錦昆

一、創作背景

我所在的城市，絕大多數學校對功能室的管理依然使用傳統的門鎖，而非智能門禁系統，致使學生使用功能室不規范、經常找不到功能室鑰匙等問題無法得到很好的解決。

我校高三年級組長帶著以上需求來找我，希望我能開發一套功能室鑰匙管理系統。在該系統中，要求能使用飯卡對使用功能室的學生進行身份認證與權限劃分。

二、設計原理

在我看來，這套系統更偏向于產品，由于甲方（我校高三年級組長）需求緊迫，要求在4天時間內完成“電路+軟件”的開發與調試。為實現快速上線，我將MY SQL數據庫、Node-red物聯網消息隊列、siot MQTT服務器等均部署在同一臺物理服務器上。管理App采用App inventor進行圖形化編程。

圖1 物聯網架構圖

鑰匙柜采用ESP32主控，ESP32的GPIO與繼電器相連，實現電磁鎖開關控制。箱體的屏幕采用HMI串口屏，可使用廠家提供的上位機軟件進行快速開發。

三、工作流程

當RFID模塊檢測到卡片時，將卡號發送至服務器，服務器查詢后返回Json至ESP32，ESP32對Json信 息 進行解碼后，通過串口控制串口屏顯示不同內容。用戶選擇柜號后，ESP32控制繼電器開啟對應柜門的電磁鎖，并上傳數據至服務器保留記錄。

圖2 系統工作流程圖

四、制作過程

該項目的外形設計是在2021年8月進行的，在完成外形設計后因為其他原因我暫停了該項目。我在設計之初就考慮到，重啟該項目后，可用于裝配的時間非常緊張，因此選用激光切割5 mm木板完成作品搭建，木板與木板之間的固定采用2020鋁型材及m4沉頭螺絲進行固定，最終實現快速加工與裝配。

考慮到使用該存儲柜的區域已實現校園Wi-Fi的覆蓋，因此主控選用ESP32。我在學校的一臺舊電腦上安裝了Windows server2008，部署MQTT服務器、MY SQL數據庫及Node-red，將其作為服務器，置于實驗室運行。

圖3 繪制電路圖

圖4 作品實物圖

該項目能在4天時間內快速上線，得益于物聯網應用開發神器Nodered。Node-red通過“圖形化+低代碼”將硬件設備、api接口與數據庫等在線服務器連接，上手門檻低且開發速度快，而且Node的軟件包存儲庫中含有大量拓展模塊，可以輕松實現應用開發。

作者心聲

在我看來，該作品的制作更像一次完整的“產品研發”過程：甲方提出需求，我為甲方分析需求，確定具體功能，產品研發、裝配、調試，產品上線，收集用戶痛點，推送OTA更新。

雖然該項目還存在諸多不足，但在短時間內體驗一輪近乎完整的產品研發流程，讓我提前感受了未來的工作。這項作品的開發不僅拓展了我的編程思維、提升了我的動手能力，而且讓我的抗壓能力也經受住了一次不小的考驗。

專家點評

張錦昆同學完成的基于Node-red的物聯網鑰匙管理系統，是一件富有技術支撐的創新實踐作品。這項作品的完成，體現了張錦昆同學具有以下三個方面的素養。

第一，具有良好的創新意識。即在發現問題的同時，還具有積極主動想運用新的手段或方法等加以解決的決心。

第二，富有開拓與實踐精神。他找到這個課題以后，雖然要花的時間長，耗費的精力大，但他一直堅持利用課余時間把項目做好。青少年的科創能力只有在不斷的實踐中才能養成。

第三，技術應用能力突出。這個作品需運用計算機網絡、物聯網技術、激光切割技術和智能電子編程等才能實現。

有一點建議：我們不能滿足于創新實踐，還要在選取項目時進行查新，使項目具有原創性，讓我們的創新成長更具突破性。這是因為創新實踐作品雖然有一定的實用價值，但創新性不夠。這種類型的儲物柜已經投入使用多年，如豐巢快遞柜等。