基于物联网的无线智能锁设计与实现

朱启文

摘要：随着社会经济的不断发展，科学技术的不断创新，人们已不满足于使用普通的家居，这使得物联网技术不断地渗透到人们的日常生活和工作中，促进了无线智能锁的发展。计算机技术+物联网智能技术是无线智能锁创造的基础，无线智能锁的诞生为未来人们普遍使用智能化家居奠定了基础。

关键词：物联网;无线智能锁;设计;实现

1物联网概述

物联网即“万物相连的互联网”，是互联网基础上的延伸和扩展的网络，将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。早在1985年PETERTL提出了这个概念。1995年比尔·盖茨出版的《未来之路》一书中提及物互联。1999年，在物品编码技术上Auto-ID公司提出了物联网的概念。2005-11-17，世界信息峰会上，国际电信联盟发布了《ITU互联网报告：物联网》，预示着物联网时代的来临。

2无线智能锁系统架构

无线智能锁系统主要是由电子锁、智能化模组、通信系统、移动终端和云服务系统组成。云服务系统是智能门锁的核心系统，包括应用系统、数据库、应用服务器和安全机制。云服务系统为智能门锁和移动客户端提供用户权限管理、身份鉴别、数据储存和数据增值等服务。用户通过云服务系统实现对锁的远程控制、远程视频、远程语音和远程授权等，云服务系统对用户操作进行鉴权、安全审计，并对锁的状态和报警信息进行监控记录。

无线智能锁通过多种通讯方式连接智能云端系统。一种方式是，智能门锁通过ZigBee、BLE等低功耗通讯协议连接智能网关，智能网关再连接WIFI进入Internet访问云服务系统。另一种方式是，智能门锁系统通过自带的WIFI模块连接云端，這种方式对电池容量有较高要求。最后一种方式是通过移动通讯网络4G/5G/NB-IOT接入互联网访问云服务器系统。智能化模组是智能门锁系统中最能体现智能化的部分，用户通过智能化模组可以直观的感受智能门锁的便利性和智能性。常用的智能化模组包括智能猫眼、人脸识别、虹膜识别、指纹识别、语音智能等。电子锁主要包括机械锁、嵌入式系统和集成模块，这部分主要实现门锁的机械功能。移动客户端主要作用是方便用户通过移动终端设备（如手机、PAD等）直接操控智能门锁，例如：远程开锁、远程语音视频、开锁记录、临时密码授权等服务。无线智能锁的使用场景如下：用户使用移动终端App获取开锁凭据，通过移动App，或者用户输入密码，或者对用户进行生物特征信息验证后，从智能门锁云服务系统获取一个动态开锁密钥，或者是访问锁设备中安全存储的开锁钥匙，并通过近场通讯协议与智能门锁进行交互和验证后，控制开锁。无线智能锁是一个由门锁、网关、路由器、云平台以及移动终端构成的一个“生态”系统。该系统的任何一个环节出现漏洞，或者数据在传输过程中被截获与解析，都有可能对消费者带来极大的人身和财产安全风险。因此对智能门锁系统开展信息安全研究迫在眉睫。

3无线智能门锁设计

3.1电路设计

3.2智能门锁的程序设计

利用手机开启的智能门锁系统中的程序部分实现的功能主要有：（1）把手机APP中输入的密码通过蓝牙传输给单片机;（2）单片机对蓝牙通信模块接收到信息的处理;（3）手机端开锁APP的设计。智能门锁系统的工作流程图如图2所示。

其中，对于手机和单片机的信息传输问题，需要预先设置通讯指令的具体传输格式，然后把指令的格式在手机端和单片机端的通信程序中编程实现。手机和智能门锁的单片机之间的通信需要按照蓝牙的通信协议要求进行设置，根据通信协议的要求，通信的字符串格式设定为：起始码+本机地址+目标地址+控制代码+数据长度+结束码+数据+结束位+结束码，手机和单片机的通信数据按此格式进行编程。按照协议的要求，通信用的字符串设置如下：起始码设为

“W”;串口的公共地址设为“00”;本机的地址设置为“D1”;对与不同的设备需要设置不同的控制码，在该系统中的控制代码设置为“D”;由于只对门锁进行开启操作，数据有1位就够用了，因此数据长度设为“01”;对于需要传送的具体数据来说，开锁设置为“1”，关锁设置为“2”;数字键9为“9”，功能按键中的确认键设置为“a”;字符串的结束位设置为“S”;而字符串的结束码为“#”号;按此规则设置蓝牙通信数据的格式，传送数字“9”的字符串就设置为：W00D1D01S9#;而确认键的指令设置为：W00D1D01Sa#。在按照通信协议对相关指令的字符串预设完成后，当在手机APP上点击任一按钮后，手机就会向智能门锁的蓝牙模块发送相应的字符串;单片机会根据预设的通信协议对字符串进行解析和判读，从解析后的数据中获得地址、控制代码和相应的数据，然后根据发送的数据采取对应操作。

4未来发展趋势

随着5G技术开始商用，网络速度不断提升，给智能门锁在通信、管理、数据同步等方面带来直接的作用;人工智能等新技术的繁荣和发展也将为智能产业带来新的发展思路和前景;云计算等内容收集和存储功能会赋予智能门锁更加丰富的功能和作用。未来，智能门锁如何接入智慧社区、智慧城市，如何纳入更加广阔的智慧生活行业，形成相应的行业标准，将成为新的研究议题，并不断推动该行业发展和进步。

（1）互联网智能门锁，是利用无线技术和物联网技术，通过手机GSM通信、蓝牙、WiFi等无线信号实现门锁与手机或遥控的连接完成开锁，一般支持iOS或Android手机系统，甚至可以与智能手表配合使用。一般由终端设备、集中控制器、门锁、无线充电的发射模块等物理设备组成。互聯网智能门锁最大的优势是可以实现远程、选客开门。即通过互联网生成“虚拟钥匙”，由用户选择特定的时间或人打开房门。当门被开启或关上时，互联网智能门锁还会将信息及时反馈给用户;当有人试图打开门锁时，用户可以实时获得通知，确保家居安全。此外，互联网智能门锁还会配合摄像头使用，将安防做得更精细。当然，互联网智能门锁也有一定的弊端，如手机GSM通信的智能门锁受网络信号影响较大，而蓝牙连接的智能门锁则具有一定的距离限制，因此用户在选择时也需要辨别考虑。但据天猫平台销售数据显示，目前智能门锁销售位居前50位的大都属于互联网智能门锁，因此其也具有一定的市场响应度。

（2）门禁卡类的智能门锁是利用计算机技术、电子技术、精密电磁技术、智能卡技术来实现对用户的身份识别，并控制机械门锁的开合，常用的有磁卡、频射卡等。其核心技术为电磁感应，即感应器中的初级线圈，与感应卡中的次级线圈靠近时，耦合产生电流，并通过电磁信号完成开门。由于此类智能锁不需要与门锁直接接触，具有较高的安全系数，且通常采用塑料材质，造价较低，因此拥有一定的市场保有量。

5结语：随着现代化快节奏的生活，人们出于便携原因，使用虚拟钥匙开启各类智能锁逐渐成为主流。因此，在以后的无线智能锁升级版本中，可以采用模块化方式添加更多的生物识别、摇一摇等方式，不断提升人们的生活质量。同时，也可丰富其功能变成智能社区管理平台、智能公寓租赁平台、物流传输管理平台等。

参考文献：

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