手機鎖的原理與結構

白晨 黃園園 倪宗哲 龔梓瀚 曹云玖

摘 要：隨著手機安全的可靠性不斷提升，利用手機遠程控制鎖體的開關成為了一種即方便酷炫又安全的技術。本文分析了智能鎖的現狀，與傳統智能鎖相比手機智能鎖具有很多優勢，并相應設計了一種手機智能鎖的基本結構，簡要介紹了其工作流程。對未來智能鎖的發展具有一定的參考意義。

關鍵詞：遙控技術；藍牙技術；單片機；手機智能鎖

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.174

1 引言

傳統機械設備與有線通訊設備形式較復雜，且智能度不高，在科技日新月異的現代，安全隱患較多。隨著手機科技的日益發展與手機安全的進步，手機集成的功能越來越多，支付寶，手機紅外遙控，手機公共交通卡，這些功能的出現極大的便利了我們的生活，也是未來手機的發展方向。在智能家居概念提出后，移動終端的遠程控制便成為了無線通信的重要運用方向。無線藍牙技術是一種無線短距離通信技術，它具有成本低，適用面廣，安全性強，操作簡單等特點。基于藍牙技術設計手機鎖，不僅可以解決用戶攜帶鑰匙不便易丟失所帶來的安全隱患，也驗證了移動端遠程控制系統設計的可行性與簡易性，為智能家居的普及做準備。

2 智能鎖現狀

國內外智能鎖的發展差異巨大，以韓國為首，據《2017中國智能鎖應用與發展白皮書》數據，韓國市場滲透率高達80%，中國市場滲透率僅為2%。除固有的國情差距外，我國仍有很大的發展空間。國內目前的智能鎖主要有以下三類。

第一類被大量采用的是密碼類智能鎖具，它們由傳統的密碼鎖經過電子化零件的應用而升級為電子密碼鎖。密碼與機械鎖配合使用，可只需記住密碼，無需攜帶鑰匙，免除了經常忘記帶鑰匙的煩惱，因此這一類產品的研究從20世紀30年代就開始了，20世紀80年代后，隨著電子鎖專用集成電路的出現，電子鎖的體積縮小，應用更為廣泛，而且密鑰量急劇增大[1]。由于其較高的穩定性，被大量運用在高檔小區與商用居民樓內。

第二類是電子標簽技術的廣泛應用，包括射頻卡（RFID）、條形碼、二維碼的應用等等。電子標簽式智能鎖具仍然保留了“鑰匙”這一概念，只是將其形式轉化為卡片、圖形等更為靈活的元素，與憑證、收據等結合為一體，在酒店、企業、健身房等公共與私密隨機切換的空間內進行應用，非常方便[2]。此類智能鎖在安全性上要高于第一類，并具有一定的靈活性，但與鑰匙一樣，存在忘帶，易丟失等弊端。

第三類是具有生物識別的智能鎖具，包括指紋識別、虹膜識別、人臉識別等等。利用人生物特征的唯一性，安全性最高，其中指紋識別的技術較為成熟，且成本較低，使用頻率最高。此類智能鎖避免了鑰匙帶來的弊端，且開鎖過程便利，在目前最為流行。

以上三類智能鎖多為個體機，它們無法與外界交流，盡管便利性正在逐漸提升，但安全上仍可能存在各種各樣的問題，因此，利用手機遙控解鎖，不僅可以利用手機本身的安全特征（指紋、密碼等）以較低的成本安全開鎖，也可以與鎖體本身進行數據交換，進一步提升門鎖的安全性。

3 手機鎖的基本結構

本次采用單片機作為控制核心，藍牙模塊作為信號輸入端，鎖的驅動系統由一個簡單的螺線圈機械組成。當手機端向藍牙模塊發送正確的開鎖指令時，單片機處理判斷后輸出高/低電平，從而打開繼電器驅動鎖控制系統。系統總體設計結構框圖如圖1所示。

3.1 藍牙模塊

藍牙模塊發展至今技術已經十分成熟，且部件價格低廉，適合量產，市面上HR-05/HR-06較為常見，作為整個系統的輸入端，用于接受手機端所發送的開鎖指令并將數據傳送至控制器模塊。

3.2 控制器模塊

單片機作為一種微控制器，用于控制門鎖系統性價比較高，在接受到藍牙模塊的開鎖指令后，判斷其指令與程序內設定的開鎖指令是否相符，若是則在輸出端輸出高電平，否則重新進入待機狀態。

3.3 電控制模塊

選用繼電器作為電控制器件，利用繼電器可以用小電流去控制大電流的特性，在接收到單片機的高電平信號后導通三極管，致使繼電器吸合，給予鎖控制系統電力打開門鎖。

4 系統工作流程

藍牙系統在安卓手機上與門鎖系統進行連接。軟件系統分單片機軟件系統與安卓手機端軟件系統。單片機軟件系統負責接收手機的信號并作流程處理，在未連接藍牙或未得到正確的開鎖指令時，輸出端默認不輸出任何信息，當收到正確的開鎖指令時，輸出端輸出高電平，導通繼電器，從而驅動鎖驅動模塊。安卓手機軟件系統提供一個最基礎的交互界面，負責提示連接門鎖藍牙模塊，并向門鎖發送正確的開鎖指令。

實驗通過STC15F104E單片機與HC-05藍牙模塊完成了智能電子鎖的設計，保有了大量的改良空間，在單片機端可加入震動傳感器以及聲光傳感器用于防盜，增強設備的安全性，手機端可結合手機自身的指紋模塊代替密碼，簡化用戶體驗的同時并不需要提高成本。實驗的創新的不止在于提出了一種新的手機遙控鎖的思路，更在于驗證了物聯網時代移動端遠程控制系統設計的可行性與簡易性，對將來智能家居的發展有借鑒意義。

參考文獻：

[1]伏波.物聯網背景下智能鎖具的設計策略研究[J].廣東輕工職業技術學院學報，2017.

[2]塞繆爾劉林德.物聯網[M].北京：中信出版集團，2016.

作者簡介：白晨（1998-），男，江蘇淮安人，本科在讀，交通運輸專業。