基于物联网智能门锁系统设计与开发

陈殊

摘要：随着物联网技术的迅速发展以及人们对生活安全防盗的更高要求，基于物联网的智能门锁控制技术也在不断提升，越来越多的智能电器走入百姓家，中国正在进入智能时代。本文系统地叙述了物联网的概念与应用及基于物联网智能门锁系统的设计与开发。

关键词：物联网；智能门锁控制系统；设计与开发

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）01-0177-02

1 物联网技术

物联网，其英文名称是“The Internet of things”，简称IOT。简单来说，物联网就是在物与物之间搭起桥梁，将它们彼此连接起来的互联网，其目的是实现对物体的监测与监控，以达到远距离控制与管理的效果。可以将物联网视为互联网的延伸与扩展，但与互联网相比，物联网具有更加广泛的应用。因为物联网中融入了传感技术，不同于互联网的虚拟，其可通过传感技术进行远距离操作。以智能家居为例，通过物联网，用户无需在家就可对家中的家用电器进行管理和监测。

一般情况下，物联网可以划分为五个层次，分别是传感器层、网络信息汇聚层、信息分析层、数据传输层和应用层。传感器层于物联网，就相当于人类的感觉器官和表层皮肤，其主要作用是识别和采集信息；网络信息汇聚层是物联网的神经中枢和大脑，主要负责信息数据的归纳总集；信息分析层则是将网络信息汇聚层传来的信息加以分析；数据传输层则是起传递作用；应用层是物联网的“社会分工”——与行业需求结合，达到广泛智能化的效果。

2 设计目标与设计思路

本文设计目标为改善传统门锁的低安全系数，采用智能门锁控制系统增强安全性和用户的舒适度。随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，人们的安全意识也在逐渐加强，传统的安全防盗装置设计原理简单，安全系数低，已经很难满足人们的需求。而智能家居以科学技术为理论基础，构造复杂，安全性大大增强，逐渐为人民大众所选择。在信息技术不断发展的时代背景下，基于物联网的智能家居已经开始进入人们的日常生活，给人们以方便快捷的享受，符合当代城市的快节奏生活。虽然智能门锁在国内的发展属于初级阶段，但其的销售量却表明了智能家居在中国发展的良好形势，中国即将迎来全面的智能时代。

本文设计思路为：（1）可以通过输入密码或指纹进行开锁；（2）有外来者试图强行进入或多次输入密码错误时能向绑定手机发出报警信号；（3）用户可进行远程控制是否开门；（4）在发生火灾时发出警报，即室內温度达到高温时发出强力警报并自动弹开门锁。

3 系统硬件

3.1 蓝牙解锁模块

蓝牙解锁模块的主要功能是进行向用户手机发锁智能门锁开关状态时的信息采集，HC-06电路主要以单片机电路为核心，组成其的电路还有电磁继电器电路和HC-06的外围电路。

3.2 密码解锁模块

密码解锁模块是整个智能门锁控制系统中较为重要的一部分，其主要功能为对用户设置或改变密码行为的实现以及超次锁定或报警、输入错误锁定或报警。在使用时，用户通过密码盘输入密码，单片机进行智能比对，判断输入密码是否为之前输入的密码，若比对结果为一致，则单片机电路中的控制引脚输出低电平，使继电器吸合，门锁被弹开；相反，若密码输入错误，则控制引脚输出高电平连通报警电路，发出警报声。若用户在输入密码的过程中碰到干扰键，则输入的密码会自动清零。输入密码超时或输入次数达到上限该模块都会自动锁定。

3.3 SIM900A模块

设置SIM900A模块的主要目的是要提高智能门锁的安全性，在门锁打开时会向用户绑定的手机发送消息，以防止密码泄露所引起的经济损失，达到密码加通知双重保险。该模块中有两种通知形式可供选择：语音通话或者短信提醒，且移动和联通两种手机卡都支持使用。该设计开启省电模式，睡眠状态下仅耗电1mA，符合低能耗的经济理念。SIM900A模块上有两个显示灯，用于判断智能门锁是否处于工作状态，以方便用户在机器坏损失及时发现。

3.4 液晶显示器

液晶显示屏用于客户输入密码时的显示状态，以方便用户判断是否输入错误。

3.5 单片机控制电路

单片机控制电路是基于物联网智能门锁控制系统的核心，其工作原理是通过对信息的采集和处理来实现对输出电平高低的控制，以达成开关门锁的结果，同时推动消息的发送，是整个系统的“首脑”部分，其主要组成有STC89C51芯片、时钟电路、复位电路等。

4 手机APP设计及软件组成

智能门锁的网络终端是与安卓手机的蓝牙相连接的。系统将蓝牙与硬件设备相连接，以达到用户登录和设备管理两个模块。用户登录模块用于登录和注册用户的私人信息密码的输入，而设备管理则是对绑定手机蓝牙的管理及对蓝牙连接的硬件设备的管理。系统的主要目的是开发一个简洁明了的可控手机APP。

4.1 软件流程及功能

4.1.1 设备连接及管理模块功能

用户需通过手机进入管理系统，打开蓝牙进行连接，连接成功后，可对设备进行监控和管理。

4.1.2 扫描功能

开启蓝牙后，需要对设备进行扫描，进行配对，成功后配对的硬件设备将进入手机页面的已配对列表，后可进行连接。

4.1.3 监听功能

当设备不再连接状态时，需开启一项服务，即一个要求监听的进程，将设备设置为等待连接的状态。该进程启动后，直到用户连接设备之前，连接设备的请求都被接收并进行监控。若连接设备失败则该请求会被关闭，连接成功则会进入连接进程，监听则会被取消。

4.1.4 连接功能

进入连接进程后，设备会从待连接状态改为连接状态，蓝牙的可见状态将被隐藏，设备进行连接。若连接失败，界面会显示失败状态，并关闭蓝牙，同时重新开启监听状态。

4.1.5 连接管理功能

设备最终连接后，手机界面显示已连接，用户则可以正式进入管理状态。即此过程需要用户输入管理信息，进程接收并读取信息，最后将用户输入的信息传入输出流，该进程同步更新，若更新过程中出现异常，将显示连接丢失。

4.2 软件使用详解

4.2.1 用户登录模块

该模块包括登录和注册两部分。若为新客户首次登录则需要进行注册，若存在账号则直接登录，系统会自动核实输入密码和之前输入的密码是否一致，若一致，则用户可进入管理系统。

4.2.2 设备管理模块

用户成功进入管理系统后，会收到打开蓝牙的提示，如不打开蓝牙则系统自动退出。打开蓝牙，进入主界面，分别显示连接、打开、关闭三个按钮。点击连接设备，系统会通过蓝牙自动搜索附近可连接的设备。搜索成功并连接后，用户就可以通过手机对设备即门锁实行开关行为了。

4.3 系统的安全性设计

为提高智能门锁的安全性，在设计上有多重保障。首先，该手机APP只有用户才可下载使用，则同一时刻智能门锁控制系统只能与一部手机的蓝牙进行对接，并且必须在蓝牙与设备连接成功后才可进行开关锁的控制行为。其次，在门锁的输入密码盘上设有干扰键，极大地增强了门锁的安全性。最后，当有人试图用外力破坏门锁时，智能门锁控制系统会发出强力警报并向用户手机发送消息。

5 智能锁的基本类型

5.1 指纹锁

指纹锁是绝大多数家庭用户的选择，其不仅具有方便快捷、安全系数高的特点，还符合现代人的时尚品味，为广大年轻用户所青睐。指纹锁又分为半导体指纹锁头和光学指纹锁头，前者的设计小巧，且识别度和安全系数都较高，后者的技术则相对比较纯熟，抗刮性和耐污性也比较好。市面上所销售的密码锁同时还具有输入键盘和遥感装置。指纹锁的主要功能有独立信息管理、防盗报警功能、按钮遥控开锁等，实施一体化管理。主用户可以根据自己的意愿增加或删除指纹，使得安全性大大提高。

5.2 电子密码锁

电子密码锁在西方国家的使用已经较为普遍，而电子密码锁最先被使用于我国的银行及一些高级的办公场所，随着技术的不断发展，该智能设备也已经部分走入民用市场。与指纹发出警报声锁相比，电子密码锁安全性相对较高，但其缺陷在于需要记住密码，所以该款产品不是用于有老人小孩的家庭。电子密码锁配有输入键盘，该键盘分为触屏式和实体式，使用起来都非常方便。市面销售的电子密码锁一般都具有以下功能：安保功能（即达输入上限自动断电）、入侵感应功能（感应到有人试图破门而入时，警报声会加强）、火灾报警功能（室内温度达到高温时，门锁会自动弹开并）、双重锁定（外部锁定，内部无法开启）、自动上锁、外部显示等功能，全面提高了防盗防灾系数。

5.3 感应锁

感应锁一般应用于酒店或公寓门禁、高级办公场所等需要集中管理的系统，家用门锁采用感应锁的比率还很低。市面上销售的感应锁一般包括以下几部分：前台管理电脑、感应IC卡、读卡器、门锁、控制器。感应锁一般都配有IC卡，IC卡的内部构造复杂且难以被复制，所以感应锁的专一性较强，相对指纹锁和电子密码锁，系统更为复杂，安全系数更高。感应锁在中国市场的销量呈上升趋势，有望逐步走入民用市场。

6 结语

传统的门锁由锁孔和钥匙两个部分组成，构造比较容易破壞，安全系数低。而基于物联网的智能门锁蕴含前沿的科学技术，搭配多种复杂电路且结合如传感等多种技术，密码输入错误锁定、根据智能指令开关门等操作，门锁控制系统等待接收智能移动设备发出的指令后双方进行数据交换，通过正转、反转方式完成开关锁操作，使安全系数大大提高。相比于机械钥匙，基于物联网智能门锁系统的密码输入给人们的生活带来了便利。

总的来说，基于物联网的智能门锁控制系统在国内市场的销售形势较好，渐渐成为绝大多数家庭门锁的选择。其基于物物相连的物联网和如传感等多种前沿技术，实现远程控制开关门锁、精准密码输入、防火防盗报警等各种功能，并对客户的私人信息和密码进行加密，极大地提高了用户的生活品质和家庭的安全系数。智能门锁的设计属于一种电子科技技术，成本相对较低，符合低成本、高效用的现代经济理念，其时尚、快捷、安全的特点也在不断吸引现代人群的眼球，智能门锁走入千家万户指日可待。

参考文献

[1]刘学会，田珍.基于物联网的智能家居安防监控系统设计与实现[J].制造业自动化，2012，34（17）：36-40.

[2]李佳燃.基于物联网的智能家居系统及其关键技术[J].广东石油化工学院学报，2012，22（03）：45-48.

[3]周佩颖，邬贺铨.智能家居是物联网技术很好的应用[J].物联网技术，2012，2（05）：1-2.

[4]刘端阳，熊天鹏.浅析物联网技术在智能家居系统中的应用[J].科技致富向导，2012，（03）：319.

[5]封松林，叶甜春.物联网/传感网发展之路初探[J].中国科学院院刊，2010，（01）：50-54.

[6]吴海红.3G应用进入物联网时代[J].长春师范学院学报，2011，（02）：66-68.

[7]李慧.智能居住环境学习和控制策略研究[D].山东大学学报，2011.

[8]侯立功.基于物联网技术的智能家居系统构想[J].数字通信，2011，（06）：33-35.

[9]涂亮，段红光.基于443无线收发模块的物联网智能家居系统设计[J].电视技术，2012，36（6）：44-46.

[10]崔菱.基于ARM和ZIGBEE的物联网智能家居系统的设计硬件设计[D].上海：东华大学，2013.