基于Node-red的物联网钥匙管理系统

◆广东省江门市棠下中学 张锦昆

一、创作背景

我所在的城市，绝大多数学校对功能室的管理依然使用传统的门锁，而非智能门禁系统，致使学生使用功能室不规范、经常找不到功能室钥匙等问题无法得到很好的解决。

我校高三年级组长带着以上需求来找我，希望我能开发一套功能室钥匙管理系统。在该系统中，要求能使用饭卡对使用功能室的学生进行身份认证与权限划分。

二、设计原理

在我看来，这套系统更偏向于产品，由于甲方（我校高三年级组长）需求紧迫，要求在4天时间内完成“电路+软件”的开发与调试。为实现快速上线，我将MY SQL数据库、Node-red物联网消息队列、siot MQTT服务器等均部署在同一台物理服务器上。管理App采用App inventor进行图形化编程。

图1 物联网架构图

钥匙柜采用ESP32主控，ESP32的GPIO与继电器相连，实现电磁锁开关控制。箱体的屏幕采用HMI串口屏，可使用厂家提供的上位机软件进行快速开发。

三、工作流程

当RFID模块检测到卡片时，将卡号发送至服务器，服务器查询后返回Json至ESP32，ESP32对Json信 息 进行解码后，通过串口控制串口屏显示不同内容。用户选择柜号后，ESP32控制继电器开启对应柜门的电磁锁，并上传数据至服务器保留记录。

图2 系统工作流程图

四、制作过程

该项目的外形设计是在2021年8月进行的，在完成外形设计后因为其他原因我暂停了该项目。我在设计之初就考虑到，重启该项目后，可用于装配的时间非常紧张，因此选用激光切割5 mm木板完成作品搭建，木板与木板之间的固定采用2020铝型材及m4沉头螺丝进行固定，最终实现快速加工与装配。

考虑到使用该存储柜的区域已实现校园Wi-Fi的覆盖，因此主控选用ESP32。我在学校的一台旧电脑上安装了Windows server2008，部署MQTT服务器、MY SQL数据库及Node-red，将其作为服务器，置于实验室运行。

图3 绘制电路图

图4 作品实物图

该项目能在4天时间内快速上线，得益于物联网应用开发神器Nodered。Node-red通过“图形化+低代码”将硬件设备、api接口与数据库等在线服务器连接，上手门槛低且开发速度快，而且Node的软件包存储库中含有大量拓展模块，可以轻松实现应用开发。

作者心声

在我看来，该作品的制作更像一次完整的“产品研发”过程：甲方提出需求，我为甲方分析需求，确定具体功能，产品研发、装配、调试，产品上线，收集用户痛点，推送OTA更新。

虽然该项目还存在诸多不足，但在短时间内体验一轮近乎完整的产品研发流程，让我提前感受了未来的工作。这项作品的开发不仅拓展了我的编程思维、提升了我的动手能力，而且让我的抗压能力也经受住了一次不小的考验。

专家点评

张锦昆同学完成的基于Node-red的物联网钥匙管理系统，是一件富有技术支撑的创新实践作品。这项作品的完成，体现了张锦昆同学具有以下三个方面的素养。

第一，具有良好的创新意识。即在发现问题的同时，还具有积极主动想运用新的手段或方法等加以解决的决心。

第二，富有开拓与实践精神。他找到这个课题以后，虽然要花的时间长，耗费的精力大，但他一直坚持利用课余时间把项目做好。青少年的科创能力只有在不断的实践中才能养成。

第三，技术应用能力突出。这个作品需运用计算机网络、物联网技术、激光切割技术和智能电子编程等才能实现。

有一点建议：我们不能满足于创新实践，还要在选取项目时进行查新，使项目具有原创性，让我们的创新成长更具突破性。这是因为创新实践作品虽然有一定的实用价值，但创新性不够。这种类型的储物柜已经投入使用多年，如丰巢快递柜等。