基于物联网技术的钥匙智能管理系统的设计与实现

田华+郭卫东+林志贤

摘 要：目前，很多行业面临重要钥匙的管理问题，采用传统的专人管理，签到取用的方式管理，存在低效、费时、管理混乱等问题。该文的钥匙智能管理系统采用物联网技术中的RFID技术、指纹识别技术、4G通讯技术，视频技术，实现了钥匙识别，操作人员身份识别，钥匙锁定、远程授权开锁，钥匙取还过程自动拍照记录，钥匙取还信息自动记录、钥匙取送记录追踪等自动化管理功能。

关键词：钥匙管理 远程授权 4G RFID 物联网

中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（a）-0001-02

目前，军队行业、公安行业、电力行业、医院等医疗卫生行业及很多大型生产制造行业，都存在仓库钥匙、车辆钥匙、重要房间钥匙等的管理问题。传统的专人管理、签到使用的管理模式，存在人力资源浪费、低效、管理混乱、钥匙丢失及钥匙去向难以追踪等弊端。目前主流的钥匙管理系统，无法解决钥匙一柜锁定分级分级管理、应急紧急取用钥匙等问题。

1 设计目标

针对钥匙管理的现状，结合物联网技术、指纹识别技术、4G通讯技术、视频监控技术，研究钥匙管理的自动、可靠、安全和高效的管理方法。

系统采用RFID技术完成钥匙自动识别；采用RFID技术和指纹识别技術，完成人员身份自动识别；采用柜门锁定和钥匙独立锁定两级锁定，完成钥匙安全管理；采用开门取用钥匙和开门申请远程授权取用钥匙，完成一柜管理，两级权限的分级钥匙管理；采用4G通讯技术，完成远程授权开锁取用钥匙；配备紧急开锁装置，完成应急状况紧急处理；采用视频监控技术，实现钥匙取还全过程监管；采用钥匙锁定模块化，实现钥匙柜的可扩展性。实现了更安全、更灵活、更高效的智能钥匙管理。

2 系统设计

2.1 系统组成

（1）钥匙智能管理柜。不锈钢柜体，配有电磁锁，液晶屏显示，指纹识别，摄像头和紧急开锁装置，在实现钥匙安全管理的同时，也考虑到了紧急情况的处理。

（2）智能控制终端。钥匙智能管理主控制器。与智能分控器、智能锁定装置组成钥匙智能管理控制系统。

（3）智能分控器。根据管理钥匙数量可配置多个分控器，每个分控器可管理6个钥匙智能锁定装置。

（4）钥匙智能锁定装置。与智能控制终端配合使用，完成钥匙的识别和锁定；配置取用者权限指示灯、钥匙状态指示灯、锁定状态指示灯；配备取用开锁按钮和取用申请按钮。

（5）智能钥匙环。内置唯一识别的RFID标签，可环形360°识别，方便钥匙送还和锁定；通过一次性铅封将管理钥匙与智能钥匙环绑定，保证钥匙不被替换。

（6）数据通讯服务器。与钥匙智能管理柜通过网络连接，保存钥匙管理柜当前钥匙状态、钥匙取用和送还记录信息、 “非法”取用钥匙信息、钥匙申请信息，完成app软件、管理软件和钥匙智能管理柜之间的通讯。

（7）管理软件。完成钥匙信息和人员信息的管理；智能控制终端配置信息的加载；与钥匙智能管理终端实时通讯，接收并保存钥匙取环信息；钥匙取环信息的查询与追溯。

（8）App软件。通过手机或iPad等移动设备，远程查看钥匙状态，钥匙申请信息并进行许可操作等。

2.2 控制系统结构

控制系统采用智能控制终端、中控器和智能锁定装置3级控制设计，485总线通讯，提高通讯效率的同时提高了系统的可扩展性。

2.3 系统架构

钥匙智能管理系统架构图如图1所示。

2.4 系统功能及优点

（1）每把钥匙配备全球唯一ID编码，不可复制，保证其唯一性。

（2）智能钥匙环与钥匙采用特殊工艺连接，非暴力无法破坏，确保钥匙不会被替换。

（3）柜体外液晶屏实时显示钥匙状态。

（4）每个钥匙智能锁定装置显示钥匙名称等信息，并可编辑，杜绝取错钥匙事情的发生。

（5）钥匙智能锁定装置和智能钥匙环配合，实时检测钥匙状态，钥匙智能锁定装置上通过指示灯指示当前钥匙状态：在存、取用、钥匙位错误。

（6）非授权人员无法取用钥匙，既无需专人管理，又保证钥匙管理的安全性和可靠性。

（7）可通过刷卡、指纹、密码三种独立或组合的方式进行身份验证。

（8）钥匙可设定有权责任人，允许一把钥匙指定多个责任人，并指定一个远程授权责任人。

（9）操作人员通过身份验证打开柜门后，系统自动点亮权限内的钥匙权限指示灯，醒目提示哪些钥匙可直接取用，哪些钥匙需申请取用。

（10）取用非权限内钥匙时，可通过钥匙智能锁定装置上的“申请”按钮，系统自动向远程授权责任人发送申请信息，远程授权责任人可远程开锁。

（11）整个钥匙取还过程中，系统自动定时拍照，并与钥匙取还记录信息关联，杜绝冒用他人身份取用钥匙。

（12）紧急情况下，可通过特殊工具开柜取用钥匙。系统自动拍照并向授权责任人发送带有照片的报警信息。杜绝未经许可非法开柜取用钥匙。

（13）三级控制系统，方便扩展。

（14）钥匙智能锁定装置模块化，便于钥匙管理柜内美化布局。

（15）钥匙管理柜可存储10 000条钥匙取还记录，与管理软件接口后，所有记录均可上传管理软件保存，方便查询和追踪。

（16）钥匙管理柜采用220 V交流电源，同时配置1500 ma/h可充电电池，交流供电的同时对电池充电，停电时电池供电。

（17）钥匙管理柜柜门锁开锁后规定时间内未打开柜门，柜门锁自动闭锁。

（18）钥匙锁具打开规定时间内未取走钥匙，钥匙锁具自动闭锁。

（19）钥匙位记忆功能，钥匙送还位置错误，钥匙状态指示灯闪烁，不闭锁；否则，钥匙状态指示灯常亮，并自动闭锁。

3 系统实现

3.1 钥匙状态指示

每个钥匙智能锁定装置通过机械拨码设置一个唯一ID，每个智能钥匙环内嵌一个全球唯一编码的RFID标签，将钥匙智能锁定装置的ID和智能钥匙环的唯一编码一一配对，并写入智能控制终端。

钥匙智能锁定装置定时（间隔时间10ms以内）驱动读卡模块读取编码。未读取到编码，说明钥匙被取走，断开钥匙状态指示灯供电；读取到的编码，将读取到的编码与配对的钥匙环编码比对，相同，钥匙位正确，点亮钥匙状态指示灯；否则，钥匙位错误，

3.2 取用钥匙

通过指纹识别或刷卡等方式验证身份后，柜门锁自动开锁，打开柜门后，按下取用钥匙锁定装置上的“取用”按钮，钥匙智能控制系统根据预先下载的钥匙人员权限表，判断是否属于权限内钥匙，是，自动开锁；否，权限指示灯闪烁（无权取用）。

系统会自动记录整个取用钥匙过程信息。在打开柜门锁、按下“取用”按钮、取走钥匙、关闭柜门时自动拍照并与钥匙取用记录关联。在钥匙取用信息查询或追踪时，可以查询到包含取用人照片的记录信息。

3.3 申请钥匙

通过指纹识别或刷卡等方式验证身份后，柜门锁自动开锁，打开柜门后，按下取用钥匙锁定装置上的“申请”按钮（自动拍照），钥匙智能控制系统根据预先下载的钥匙人员权限表，判断是否属于权限外钥匙，是，记录申请取用的钥匙信息；否，权限指示灯闪烁（无需申请）。

1 min（可编辑）内操作人员未再按下“申请”按钮，此次申请结束，系统自动组合申请信息并发送给授权责任人。授权责任人登录App后，可看到带有申请人照片的钥匙取用申请，并可进行“允许”或“拒绝”的操作。允许取用的钥匙锁具自动开锁。

系统同样自动记录整个取用钥匙过程信息，并标记为远程授权取用。在打开柜门锁、按下“申请”按钮、取走钥匙、关闭柜门时自动拍照并与钥匙取用记录关联。在钥匙取用信息查询或追踪时，可以查询到包含取用人照片的记录信息。

3.4 送还钥匙

通过指纹识别或刷卡等方式验证身份后，柜门锁自动开锁，打开柜门后，将钥匙放回正确的钥匙位（钥匙智能锁定装置），系统自动闭锁钥匙。如钥匙位放错，不闭锁钥匙且“钥匙状态”指示灯闪烁。

系统会自动记录整个送还钥匙过程信息。在打开柜门锁、送回钥匙、关闭柜门时自动拍照并与钥匙送还记录关联。在钥匙送还信息查询或追踪时，可以查询到包含送还人照片的送还记录。

3.5 紧急取用

为了应对突发事件，系统配有应急机械解锁钥匙，无需身份验证即可打开柜门锁和所有钥匙锁，我们称之为“非法开锁”。为了避免出现滥用“非法开锁”取用钥匙，在“非法开锁”取用钥匙过程中，系统自动在开柜门锁、开钥匙锁、取用钥匙、关闭柜门时拍照，在关闭柜门后向授權责任人发送“非法”操作报警信息，并在整个“非法开锁”过程中声音报警。

4 结语

基于RFID技术和4G通讯技术的钥匙智能管理系统，实现了钥匙自动、安全、可靠、高效的无人管理。钥匙独立锁定，权限内自主取用、权限外申请取用、紧急取用三种取用模式并存，取用过程拍照等措施在保证钥匙安全、可靠管理的前提下，大大提高了钥匙管理的自主性和高效性。