基于Android 遠程控制的“老式門鎖”智能系統的設計與實現*

曾小安，甘國才

（羅定職業技術學院，廣東 云浮 527200）

0 引言

人們對于家居生活的要求隨著科技水平和物質生活水平的提高而變得越來越高，日常生活的各方面都朝著數字化、網絡化、智能化、人性化的目標發展。作為現代生活的一個必然趨勢，門鎖的智能化正在受到越來越多的關注[1-3]。

目前，市場上還保存大量的“老式門鎖”，尤其是農村地區[4]。而“老式門鎖”采用傳統金屬鑰匙手動進行開啟，該開門方式只滿足了人們最基本的需求，無法滿足人們對于居家生活越來越高的要求。此外，智能家居企業也更傾向于新產品的設計與研發，而忽略了“老式門鎖”的改造與升級[5-9]。因此，本文基于上述情況，擬設計一款基于Android 遠程控制的“老式門鎖”智能系統，對農村“老式門鎖”進行智能化改造，可以使現有“老式門鎖”實現遠程開門。該系統最重要的是以簡單適用性、低成本為主旨，摒棄掉了那些虛有其表、只可充作擺設的功能，產品以適用性、易用性和人性化來優化農村的生活方式，讓生活更加舒適、安全、高效、可靠。

1 研究意義

本文搭建的智能門鎖裝置是綜合考慮了農村現實情況、家庭實用性、穩定性、可行性以及國內外發展現狀和研究成果等而開發的由無線藍牙繼電器模塊FOREVER-09 進行通信，Android 手機進行控制，推拉式伸縮桿進行驅動門鎖運動的智能系統。該智能門鎖裝置在保證可靠穩定、節能環保和低成本的前提下，在不破壞門鎖原有結構的基礎上，成為門鎖的一個外掛設備，增加了一種開門方式，方便了居民生活。同時，該系統又具有方便的可擴展性以及可移植性，從而滿足了不同用戶的不同需求，因此具有廣闊的市場前景和實際研究意義。

2 總體方案

該系統主要由Android 手機、無線藍牙繼電器模塊FOREVER-09、推拉式伸縮桿、電源模塊等硬件組成。具體實現方案如下：首先，將推拉式伸縮桿與無線藍牙繼電器模塊的兩路端子連接，可將推拉式伸縮桿視為驅動器，然后將藍牙MESH與手機藍牙進行連接，實現無線藍牙繼電器模塊與網絡服務器間數據互通，用戶在Android 手機端通過App 界面以互聯網為媒介，向在線的無線藍牙繼電器模塊發送指令，無線藍牙繼電器模塊依據指令啟動推拉式伸縮桿進行點動，從而實現遠程智能開鎖控制。系統總體布局如圖1所示，系統原理如圖2所示。

圖1 系統總體布局

圖2 系統原理

3 系統核心硬件

3.1 無線藍牙繼電器模塊FOREVER-09

無線藍牙繼電器模塊FOREVER-09 是一款集成度高、體積小、傳輸效率高且穩定、低能耗的智能控制開關，其工作有效空曠距離為20 m 左右，藍牙MESH傳輸模式，支持Android/IOS手機、平板電腦藍牙自動連接控制。該模塊工作模式有點動模式、自鎖模式和互鎖模式，本文設計使用點動模式進行研究。

3.2 驅動模塊

無線藍牙繼電器模塊FOREVER-09 作為該系統驅動模塊，該模塊通過牽動繩連接“老式門鎖”的斜舌拉動部件，控制門鎖完成開鎖和關閉功能。電動伸縮桿具有體積小、能耗低、經濟實惠、穩定性好、伸縮行程可調等特點。通過繼電器模塊TK73-50-K424控制電機點動，在Android 手機App 端按一次電動伸縮桿縮回，延遲5 s 后，電動伸縮桿恢復伸出狀態。該驅動模塊結構非常滿足本系統設計需求。

3.3 電源模塊

選取12 V鋰電池組18650作為電源模塊使用，該電池具有重量輕、體積小、安全智能等特點。其中，每組電池加裝有IC 安全智能保護板，包括短路保護、過壓保護、溫度保護、充電防逆等保護功能，電池容量為2 200 mAh～3 400 mAh。同時，該電池沒有記憶效應，在充電前不必將剩余電量放空，使用方便。鋰電池組18650 使用壽命長，理論為循環充電1 000 次，經濟環保。本文智能門鎖使用環境在家庭封閉房間里面，因此在選用電池時，要充分考慮其安全性。

3.4 光伏充電模塊

智能門鎖使用較為頻繁，設計過程中需要考慮到該系統是否具有一個穩定的電源[10]。因此，該系統加裝6 W/5 V 太陽能電池板，該電池板具有高轉換率、高強度邊框、防水防潮、性能穩定等特點，保證了鋰電池組18650 電量充足。光伏充電模塊系統如圖3 所示。

圖3 光伏充電模塊系統

4 軟件設計

為了使Android 手機實現對上述硬件電路的控制，實現“老式門鎖”無鑰匙開鎖功能和特定參數設置，本文采用市場上開發的一款定制的App 軟件。該軟件具有操作界面簡單實用、效率高、安全性好等特色。系統主流程如圖4 所示：首先，將Android 手機匙端與接受藍牙鎖端進行藍牙配對碼匹配和地址匹配，系統進入串口中斷，手機匙端藍牙的密鑰執行驗證。如密碼正確，手機App 可以有三種模式選擇：門鎖打開模式、修改密碼模式、斷開匹配模式。如密碼錯誤輸入超過3 次，則立馬斷開匹配。手機匙端將接收門鎖的驗證反饋信息，并顯示操作結果。在本設計的手機App 的參數設置窗口中，用戶可以實現個性化功能設置。

圖4 系統主流程

5 “老式門鎖”智能系統實物測試

基于Android 遠程控制的“老式門鎖”智能系統的設計方案，利用上述核心硬件搭建了一個微型自動門裝置，該裝置用來測試系統是否能實現遠程控制“老式門鎖”開鎖和關鎖，智能門鎖裝置（實物）如圖5所示。測試過程如下：首先，將手機藍牙與無線藍牙繼電器模塊進行匹配，用手機App 端發出開門信號，驅動模塊帶著門鎖斜舌拉動部件運動，打開門鎖，提前設置好開鎖后多少秒恢復關門狀態。測試結果如表1所示。

表1 實物測試結果表

圖5 智能門鎖裝置（實物）

經過測試表明：重復試驗100 次，出現2～3 次開鎖失敗現象，成功率達到97%以上，其余功能滿足設計要求。因此，該裝置可以可靠地實現遠程無線開鎖功能。

“老式門鎖”智能系統的優點主要有以下幾點：1）在原本傳統金屬鑰匙手動開門的“老式門鎖”上安裝該智能系統后，可以通過Android 手機對門鎖進行控制，讓農村人們體驗到科技帶來的方便；2）用戶可以通過日常用的Android 手機，對該智能系統的App軟件進行設置，實現簡單操作開鎖功能，降低了操作難度，擴大了適用范圍；3）在保證其可靠穩定、節能環保和低成本的前提下，在不破壞門鎖原有結構的基礎上，增加外掛裝置，降低了用戶成本，更容易使用戶接受；4）用戶可以對開鎖設置加密指令，提高了門鎖的安全性。

6 結論

本文針對“老式門鎖”進行遠程控制智能開門的系統設計，主要包括系統核心硬件搭建和手機端界面連接。采用Android 手機App 作為控制終端，以具有無線藍牙連接功能的繼電器模塊FOREVER-09 作為開關控制器，將推拉式伸縮桿視為驅動器，驅動器通過繩子連接門鎖斜舌拉動部件，從而實現對“老式門鎖”的遠程開鎖功能。該系統旨在對“老式門鎖”進行智能化升級改造，讓更多農村人們接觸到智能科技家居帶來的便利，對科技服務鄉村振興具有一定現實意義。

本文基于Android 遠程控制的“老式門鎖”智能系統的設計，在不破壞門鎖原有結構的基礎上，實現了遠程開鎖。但是，現階段該系統也存在許多不足：1）與智能門鎖企業相比，終端支持設備類型不夠豐富，往后可以對接相關企業設計標準，支持市場上常用的智能終端設備；2）該系統的手機App 主要針對農村人群，其功能非?；A，不能讓用戶體驗到更多科技感，因此后續需要開發更多的功能；3）該系統軟硬件開發測試數據不夠全面，僅搭建了一個簡單的微型自動門裝置來測試功能是否可實現；4）該系統安全加密設置過于簡單，為提高用戶居家安全性，后續需要開發更加安全的措施。