基于Android 远程控制的“老式门锁”智能系统的设计与实现*

曾小安，甘国才

（罗定职业技术学院，广东 云浮 527200）

0 引言

人们对于家居生活的要求随着科技水平和物质生活水平的提高而变得越来越高，日常生活的各方面都朝着数字化、网络化、智能化、人性化的目标发展。作为现代生活的一个必然趋势，门锁的智能化正在受到越来越多的关注[1-3]。

目前，市场上还保存大量的“老式门锁”，尤其是农村地区[4]。而“老式门锁”采用传统金属钥匙手动进行开启，该开门方式只满足了人们最基本的需求，无法满足人们对于居家生活越来越高的要求。此外，智能家居企业也更倾向于新产品的设计与研发，而忽略了“老式门锁”的改造与升级[5-9]。因此，本文基于上述情况，拟设计一款基于Android 远程控制的“老式门锁”智能系统，对农村“老式门锁”进行智能化改造，可以使现有“老式门锁”实现远程开门。该系统最重要的是以简单适用性、低成本为主旨，摒弃掉了那些虚有其表、只可充作摆设的功能，产品以适用性、易用性和人性化来优化农村的生活方式，让生活更加舒适、安全、高效、可靠。

1 研究意义

本文搭建的智能门锁装置是综合考虑了农村现实情况、家庭实用性、稳定性、可行性以及国内外发展现状和研究成果等而开发的由无线蓝牙继电器模块FOREVER-09 进行通信，Android 手机进行控制，推拉式伸缩杆进行驱动门锁运动的智能系统。该智能门锁装置在保证可靠稳定、节能环保和低成本的前提下，在不破坏门锁原有结构的基础上，成为门锁的一个外挂设备，增加了一种开门方式，方便了居民生活。同时，该系统又具有方便的可扩展性以及可移植性，从而满足了不同用户的不同需求，因此具有广阔的市场前景和实际研究意义。

2 总体方案

该系统主要由Android 手机、无线蓝牙继电器模块FOREVER-09、推拉式伸缩杆、电源模块等硬件组成。具体实现方案如下：首先，将推拉式伸缩杆与无线蓝牙继电器模块的两路端子连接，可将推拉式伸缩杆视为驱动器，然后将蓝牙MESH与手机蓝牙进行连接，实现无线蓝牙继电器模块与网络服务器间数据互通，用户在Android 手机端通过App 界面以互联网为媒介，向在线的无线蓝牙继电器模块发送指令，无线蓝牙继电器模块依据指令启动推拉式伸缩杆进行点动，从而实现远程智能开锁控制。系统总体布局如图1所示，系统原理如图2所示。

图1 系统总体布局

图2 系统原理

3 系统核心硬件

3.1 无线蓝牙继电器模块FOREVER-09

无线蓝牙继电器模块FOREVER-09 是一款集成度高、体积小、传输效率高且稳定、低能耗的智能控制开关，其工作有效空旷距离为20 m 左右，蓝牙MESH传输模式，支持Android/IOS手机、平板电脑蓝牙自动连接控制。该模块工作模式有点动模式、自锁模式和互锁模式，本文设计使用点动模式进行研究。

3.2 驱动模块

无线蓝牙继电器模块FOREVER-09 作为该系统驱动模块，该模块通过牵动绳连接“老式门锁”的斜舌拉动部件，控制门锁完成开锁和关闭功能。电动伸缩杆具有体积小、能耗低、经济实惠、稳定性好、伸缩行程可调等特点。通过继电器模块TK73-50-K424控制电机点动，在Android 手机App 端按一次电动伸缩杆缩回，延迟5 s 后，电动伸缩杆恢复伸出状态。该驱动模块结构非常满足本系统设计需求。

3.3 电源模块

选取12 V锂电池组18650作为电源模块使用，该电池具有重量轻、体积小、安全智能等特点。其中，每组电池加装有IC 安全智能保护板，包括短路保护、过压保护、温度保护、充电防逆等保护功能，电池容量为2 200 mAh～3 400 mAh。同时，该电池没有记忆效应，在充电前不必将剩余电量放空，使用方便。锂电池组18650 使用寿命长，理论为循环充电1 000 次，经济环保。本文智能门锁使用环境在家庭封闭房间里面，因此在选用电池时，要充分考虑其安全性。

3.4 光伏充电模块

智能门锁使用较为频繁，设计过程中需要考虑到该系统是否具有一个稳定的电源[10]。因此，该系统加装6 W/5 V 太阳能电池板，该电池板具有高转换率、高强度边框、防水防潮、性能稳定等特点，保证了锂电池组18650 电量充足。光伏充电模块系统如图3 所示。

图3 光伏充电模块系统

4 软件设计

为了使Android 手机实现对上述硬件电路的控制，实现“老式门锁”无钥匙开锁功能和特定参数设置，本文采用市场上开发的一款定制的App 软件。该软件具有操作界面简单实用、效率高、安全性好等特色。系统主流程如图4 所示：首先，将Android 手机匙端与接受蓝牙锁端进行蓝牙配对码匹配和地址匹配，系统进入串口中断，手机匙端蓝牙的密钥执行验证。如密码正确，手机App 可以有三种模式选择：门锁打开模式、修改密码模式、断开匹配模式。如密码错误输入超过3 次，则立马断开匹配。手机匙端将接收门锁的验证反馈信息，并显示操作结果。在本设计的手机App 的参数设置窗口中，用户可以实现个性化功能设置。

图4 系统主流程

5 “老式门锁”智能系统实物测试

基于Android 远程控制的“老式门锁”智能系统的设计方案，利用上述核心硬件搭建了一个微型自动门装置，该装置用来测试系统是否能实现远程控制“老式门锁”开锁和关锁，智能门锁装置（实物）如图5所示。测试过程如下：首先，将手机蓝牙与无线蓝牙继电器模块进行匹配，用手机App 端发出开门信号，驱动模块带着门锁斜舌拉动部件运动，打开门锁，提前设置好开锁后多少秒恢复关门状态。测试结果如表1所示。

表1 实物测试结果表

图5 智能门锁装置（实物）

经过测试表明：重复试验100 次，出现2～3 次开锁失败现象，成功率达到97%以上，其余功能满足设计要求。因此，该装置可以可靠地实现远程无线开锁功能。

“老式门锁”智能系统的优点主要有以下几点：1）在原本传统金属钥匙手动开门的“老式门锁”上安装该智能系统后，可以通过Android 手机对门锁进行控制，让农村人们体验到科技带来的方便；2）用户可以通过日常用的Android 手机，对该智能系统的App软件进行设置，实现简单操作开锁功能，降低了操作难度，扩大了适用范围；3）在保证其可靠稳定、节能环保和低成本的前提下，在不破坏门锁原有结构的基础上，增加外挂装置，降低了用户成本，更容易使用户接受；4）用户可以对开锁设置加密指令，提高了门锁的安全性。

6 结论

本文针对“老式门锁”进行远程控制智能开门的系统设计，主要包括系统核心硬件搭建和手机端界面连接。采用Android 手机App 作为控制终端，以具有无线蓝牙连接功能的继电器模块FOREVER-09 作为开关控制器，将推拉式伸缩杆视为驱动器，驱动器通过绳子连接门锁斜舌拉动部件，从而实现对“老式门锁”的远程开锁功能。该系统旨在对“老式门锁”进行智能化升级改造，让更多农村人们接触到智能科技家居带来的便利，对科技服务乡村振兴具有一定现实意义。

本文基于Android 远程控制的“老式门锁”智能系统的设计，在不破坏门锁原有结构的基础上，实现了远程开锁。但是，现阶段该系统也存在许多不足：1）与智能门锁企业相比，终端支持设备类型不够丰富，往后可以对接相关企业设计标准，支持市场上常用的智能终端设备；2）该系统的手机App 主要针对农村人群，其功能非常基础，不能让用户体验到更多科技感，因此后续需要开发更多的功能；3）该系统软硬件开发测试数据不够全面，仅搭建了一个简单的微型自动门装置来测试功能是否可实现；4）该系统安全加密设置过于简单，为提高用户居家安全性，后续需要开发更加安全的措施。