物联网条件下办公智能门锁的设计与实现

金荣华 黄益曼 余富荣

（浙江威欧希科技股份有限公司，浙江 温州 325000）

0 引言

办公智能门锁往往是利用生物识别技术、电子信息技术、遥感控制技术以及通信技术等基础信息处理方式，以自动化方式和智能性命令控制机械设备开启或关闭的门锁结构，通过在互联网云技术条件下搭建的云平台系统，智能门锁还能够实现远程查看、在线监管、门锁开关控制、开关门过程数据保留、临时密码生成等很多功能，最大限度增强办公区域安全防控的便捷性，提高了办公区域的安全性。与传统机械锁不同的是，基于互联网技术的智能门锁，能够在安全识别、用户管理以及智能化管理方面得到强化，能够结合当代先进控制技术生成复合型门锁，满足新时代办公智能需要，因此，该文对物联网时代下办公智能门锁创新设计与实现的探讨和分析，也就具备重要理论意义和现实价值。

1 项目背景分析

智能门锁由于不需带钥匙，在各行各业得到了广泛支持和青睐，消费者对智能门锁的认知程度和需求程度逐步提高，同时随着当代信息科技的飞速发展以及工业制造水平的快速提升，智能门锁行业制造的规模经济已逐步凸显，智能门锁的实际售价已经逐步趋于大众可接受范围，能够在各行各业市场上快速推广。就目前而言，绝大部分市面上的智能门锁是以智能家居服务场景和家庭安全防范为基本目标，针对互联网背景条件下企业办公场所的智能门锁控制仍旧处于空白状态。据调查可知，企业办公目前采用智能锁的比例远远低于1%，而当代政务平台和政府在数字化转型过程中，逐步实现了高效率性“人、财、物、事”办公和在线处理[1]，但是，目前并未实现办公智能场景中门锁的云在线化管理，因此，有必要开展互联物联网时代下办公智能门锁进行创新设计和实现的相关研究。

2 办公智能门锁系统整体设计

2.1 需求分析

物联网时代背景下的办公智能门锁功能需求主要包括以下5个部分：第一，办公智能门锁能够预先储存开锁名单，授权用户可以开锁，非授权用户严禁开锁。第二，办公智能门锁终端服务能够进一步向服务平台上报开门关门数据信息，能够留存相关开关门记录。第三，系统管理员能够录入平台下发办公室门锁的开锁名单，也能够根据已离职员工的离职情况进行名单移除。第四，系统管理员能够通过办公智能门锁实现远程开锁和远程控制。第五，服务平台能够实时查看同一办公楼不同权限的办公室智能门锁的实际流水信息和开关记录[2]。

2.2 设计原则

在互联网时代背景下的办公智能门锁整体设计过程中，设计原则主要包括先进性、实用性、可靠性、安全性和可扩展性大部分内容。先进性要求设计办公室的门锁时考虑采取国内先进的智能控制技术，保证系统设计更加符合预期；实用性考虑办公智能门锁切实满足其实际需求；可靠性考虑办公智能门锁必须具备安全防护功能，确保新技术经过严格的试验筛选；保障办公室的门锁和系统大量数据的安全性；可扩展性则是办公智能系统所具备的兼容性和可升级性。

2.3 整体架构

智能门锁整体框架结构如图1所示，由图可知，办公智能门锁结构主要通过云平台连接了门锁板卡和移动端软件，其中门锁板卡包括了指纹模块、按键模块、语音模块、电机驱动模块等重要内容，移动端软件则包括了蓝牙开锁、通知信息管理、设备信息管理、临时密码管理等很多功能。在整个办公智能门锁运行的过程中，门锁板卡通过处理器的控制芯片，借助接口和外在屏幕相连，借助触摸芯片完成数据信息之间的交流沟通，实现显示屏和按键模块之间的相互连接，SPI接口则通过时钟芯片、读写芯片的数据通信功能，完成指纹开锁，借助I/O 接口、电机驱动装置以及语音芯片控制等实现电机驱动功能、语音模块设计功能等[3]。

图1 智能门锁整体框架结构图

2.4 安全性分析

为了最大限度提升办公室门锁的安全性，往往需要多层保障，确保办公智能门锁的结构安全。在此过程中，应关注办公智能门锁的蓝牙解锁功能，由于手机App并非公开使用的，只有手机主人才有，因此，蓝牙开锁功能应确保同一时刻只能连接同一设备，并且在蓝牙配对成功后才能够开启开锁功能，其他设备均无法在同一时间连接，借助该一一匹配的方式增强门锁的密码安全性。

3 关键技术分析

3.1 软件设计

物联网背景下的办公智能门锁软件设计主要包括总体架构设计、密码管理系统设计、视频数据传输模块设计、锁体电机模块结构设计等很多部分内容。以密码管理中的蓝牙开锁功能的匹配连接为例分析可知，当手机蓝牙连接后，设备会从待连接状态转化为已连接状态，而手机主人的蓝牙可见状态将会被隐藏，从而保障办公智能设备在连接完成后的安全性。当设备连接失败时，界面会显示失败状态并关闭蓝牙，同步开启监听状态以避免出现泄密事件。

3.2 硬件设计

智能办公门锁系统的硬件设计主要包括指纹模块设计、触摸按钮模块设计、系统电源设计、单片机控制系统设计、LED液晶屏设计等很多部分内容。其中，就单片机控制电路设计而言，由于智能办公系统单片机控制电路由芯片、复位电路、时钟电路等关键内容组成，实现对智能门锁开关信息的高效率收集和分析处理，并实现对电磁继电器的管理与控制，实现智能门锁的开合，因此，时钟电路主要采用32.768kHz左右的无源晶体振荡器作为基础，并在两侧连接瓷片电容器稳定整个单片机控制电路的频率和振幅，复位电路则采取按键手动复位方式，实现引脚和电源的联通。

3.3 通信设计

智能办公系统的通信设计主要是指移动端App和小程序的设计开发，通过安卓系统开发手机移动终端App，或通过微信平台开发小程序，借助阿里云网络系统开发功能实现大数据通信，最终实现对办公智能门锁数据信息的查看与控制。

4 实现与应用

4.1 产品介绍

VOC C7办公智能门锁是针对木门、铝框门和铁门安装的智能设备，主要应用于企业办公室、公寓和出租屋等重要场所，是现阶段行业内第一款专门为办公室和宿舍打造的云智能门锁，也是行业内第一款与钉钉平台软件有深度互交功能的智能门锁。与企业办公门禁有所不同的是，智能门锁能够在多个独立的办公室或宿舍使用，而企业门禁往往需要开槽埋线暗装或者明装，其市场安装费用较高，在实际运行过程中一旦断电，则很容易失去安防作用，同时，企业门禁只针对公司入户进行安全保护。但物联网时代下的办公智能门锁VOC C7的整个安装过程相对简单，门锁利用外在供电方式，经常更换电池即可保证其安防功能永不失效，图2即为该产品内部构造示意图[4]。

图2 VOC C7产品内部构造示意图

4.2 参数设定

VOC C7智能门锁是以指纹和蓝牙为主要开门方式的重要安全防范设备，其备用开启方式为机械钥匙开启，指纹识别主要采用电容半导体方式，应急电源为Type-C，引导提示是语音，识别速度≤0.5 s，指纹容量高达120，其整个产品的技术参数信息如表1所示。

表1 产品技术参数设定

4.3 功能实现

物联网时代背景下的VOC C7智能门锁具备指纹管理功能、蓝牙开锁功能、远程开锁功能、Wi-Fi实时在线功能、常开常闭模式切换功能等。其中，指纹管理功能创新地将指纹管理通过钉钉App来轻松完成，指纹录入钉钉App上实现，录完之后该员工的指纹会被上传至阿里云端，然后下发至该员工权限下的所有门锁，真正实现指纹最多录一次的想法。例如某研发人员的权限是可以开研发部、技术部、测试部的门，而且有一个属于自己的员工宿舍，则员工入职时，只需在行政办公处录入指纹，上述具备权限的所有门锁都会同时收到这枚新指纹，该员工可以在无须人事帮助的情况下拥有开门权限。当该员工离职从钉钉组织中删除后，该员工权限下的所有门锁都会自动删除该员工指纹，无须人事再去每个门锁前手动删除指纹，真正做到了只需在手机App上点一点即可轻松管理全公司的所有门锁。在此过程中，VOC C7的指纹模组采用进口FPC的采样器，而且是汇顶自学习的指纹算法，越用越灵活且每把锁最多录入120枚指纹，能真正适用于各个办公场景。指纹开锁是最方便也是最安全的开门方式，但由于部分员工的手指指纹天生就浅，或者属于体力劳动者或者手指磨皮严重的车间职工，指纹开锁方式存在一定困难，因此VOC C7智能门锁特意加上了第二种开锁方式，即手机蓝牙开锁。不论手机是安卓还是iOS系统，只要打开钉钉App，即可一键蓝牙开锁。VOC C7智能门锁远程开锁功能主要针对临时访客，只需在App上点击远程开锁，门锁收到指令后便会转动电机，此时访客下压把手就可以轻松开锁，图3即为该产品蓝牙开锁构架示意。

图3 蓝牙开锁流程图

在蓝牙开锁过程中，由于Wi-Fi_ble模组和锁端MCU之间涉及部分较大的文件传输，其中包括了2k字节的指纹模板数据（上传和下载）以及70k字节的锁端OTA升级image（仅下载），因此，须规定双方通信的协议，将文件正确的从模组传送到锁端MCU。基于此改造优化目标，该文提出发送端发起流程取代接收端发起文件传送流程，新加一个发起文件传输的命令且该命令遵循《C7通用串口通信协议（完全遵循天猫精灵产品的协议）.docx》，在发送端发完命令后，接收端如果收到此命令，回复ACK字符后进入Xmodem收文件流程，发送端收到返回的ACK之后也进入Xmodem发文件流程，双方做好超时处理。待双方收发文件流程走完，就自动从Xmodem模式退出回到原来的“C7通用串口通信协议”。

4.4 性能要求

物联网时代背景下的VOC C7智能门锁性能设计要求见表2。

表2 性能要求示意表

5 结论

总而言之，该文在物联网时代办公智能门锁市场应用空白的基础上，提出了创新设计和应用办公智能门锁的基本目标，并对办公智能门锁整体系统设计需求、设计原则、整体架构和安全性进行分析，对其中可能涉及的软件技术、硬件技术以及通信设计模块进行探究，最终得到的物联网时代背景下的VOC C7智能门锁，借助钉钉App联网软件实现了VOC模块的自主开发，能够适配于各个平台或企业内部系统，从而真正无缝融入企业办公系统，不断提升企业办公效率，为企业节省人力资源管理成本做出应有的贡献。