基于NBIoT的智能門鎖及其管控系統設計

嚴偉苗 鄒翔 諸葛楊楊 劉瑞

摘 ? 要：針對零星房源對智能門鎖及其配套設施的安裝有諸多限制條件的現狀，本文設計制造了一套面向零星房源租賃業務的窄帶物聯網（NBIoT）智能門鎖管控系統。該系統不僅可無線遠距離控制智能門鎖，還可準確管理租戶的相關信息，有效克服了多區域零星房源的管控難題。實際項目應用表明該系統可靠穩定，擁有良好的市場應用前景和推廣價值。

關鍵詞：零星房源 ?窄帶物聯網 ?智能門鎖 ?管控系統

中圖分類號：TP273 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）02（c）-0073-02

隨著經濟社會的不斷發展和城鄉一體化進程的加快，解決城市低收入人群的住房問題變得尤為緊迫。為緩解住房壓力，多地將本區域存量商品住房等零星房源納入到公租房租賃管理業務中[1]。然而，由于零星房源所在的小區通常不適合二次施工，原本適用于集中式建設公租房的智能門鎖已無法直接應用，相應的智能門禁等管控系統也無法施展其用處。基于此，NB技術開發的設備不再要求用戶自建接入網關，部署簡單，有效克服了多區域零星房源智能管控中遇到的施工安裝、遠程控制等難題。

1 ?系統總體設計

面向零星房源的NBIoT智能門鎖管控系統主要包括NBIoT智能門鎖、NBIoT基站、NBIoT核心網、NBIoT平臺、門鎖管控平臺以及住房租賃業務管理平臺等多個重要組成部分。依照國家和相關行業標準及項目特殊使用要求，NBIoT智能門鎖在開發設計中采用了PSM（省電模式）來實現低功耗性能[2]。在實際使用中，通過AT指令對相應的定時器進行配置，設計NB模塊休眠時間，達到低功耗目的。

2 ?門鎖硬件設計

NBIoT智能門鎖硬件選用STM32L431作為主控芯片，外圍硬件電路包括串口電路、射頻識別電路、指紋模塊接口電路、按鍵操作電路、NB模組接口電路、電源電路、電機控制電路、語音報警電路等，整體硬件電路框圖如圖1所示。

STM32L431芯片是一款超低功耗單片機芯片，具備256KB的Flash和64KB的SRAM，最高時鐘工作頻率是80MHz，可有效存儲多組IC/身份證卡片信息、密碼信息、催繳費策略信息以及多種類型的開門報告記錄，同時可高效接收并處理平臺端下發的各類指令數據，選用該款主控芯片可有效應對極限情況下的數據實時性和準確性要求。考慮到公租房項目中一戶家庭可能存在多個家庭成員，且還允許多戶合租，這就要求指紋模塊需要保存多個指紋特征數據，同時由于公租房租戶多為低收入人群，為保證地區安全，防止轉租轉借的現象發生，指紋模塊必須具備一定的防偽能力。綜合以上因素，選用了SM-66H2半導體指紋模塊，其認假率<0.0001%。語音芯片使用WTN6系列，可超低功耗待機，待機模式下靜態電流小于5μA，通過IO口控制語音播報。電機驅動芯片使用NY9M012B，具有低電源及低成本的特性。芯片具有1.5A以上的輸出電流能力，低待機電流為0.1μA，通過LPTIM低功耗定時器控制電機轉動。

3 ?門鎖軟件設計

NB模組與IoT平臺之間的數據交互基于CoAP協議實現，并通過DTLS協議保障兩者之間的鏈路安全;而NB模組與主控芯片之間則通過UART實現通信，并利用AT指令集協議實現數據互傳，整個門鎖嵌入式系統基本遵循層次進行設計開發。門鎖在接通電源后即開始初始化時鐘、觸摸按鍵模塊、射頻識別模塊、指紋模塊、NBIOT BC35-G模組等功能模塊。按鍵模塊喚醒/射頻識別模塊喚醒/指紋觸摸喚醒/供電檢測請求時喚醒系統，并進行聯網通信，隨后進入卡開鎖/密碼開鎖/指紋開鎖等功能模塊。當射頻模塊、按鍵模塊或指紋模塊其中之一被喚醒后，相應的業務流程便會啟動，激活NB模組與IoT平臺進行通信，當門鎖既無外部輸入也無平臺側的指令交互任務，一旦滿足休眠條件，便會主動進入休眠狀態。

4 ?門鎖管控平臺設計

NBIoT智能門鎖管控平臺軟件采用前后分離的設計方式進行架構開發，前端基于PC瀏覽器進行開發，通過后臺服務提供的RESTful統一接口，采用JSON方式完成接口調用[3]。后臺采用分布式微服務框架解耦各個內部服務模塊，統一對外提供RESTful接口服務，處理和存儲業務數據，通過各種安全管控手段，與IoT平臺實現設備數據交互、與第三方業務平臺實現數據同步。為提升與IoT平臺之間交互的可靠性和穩定性，管控平臺采用啟動一個監聽進程的方式進行并發高效處理，當監聽進程收到來自IoT平臺轉發的設備數據，首先解析出設備類型，再根據該類型啟動相應的線程進行處理，并確定是否需要向智能門鎖發送指令數據。

5 ?項目應用

杭州易和網絡有限公司智慧社區事業部研發團隊應杭州住保辦要求，針對零星房源的公共租賃業務專門組建了一個基于城域網的智能門鎖管控系統管理網絡，通過NBIoT的方式與門鎖進行通信，對入戶門開啟權限進行控制，實現零散型房源的智能化統一管理。

該套智能門鎖管控系統主要由杭州市住房保障和房產綜合管理系統、公租房智能門禁管控平臺、電信物聯網平臺以及NBIoT智能門鎖等重要部分組成。杭州市住房保障和房產綜合管理系統包含配租、續租、退租、調房、換房、延期等復雜業務，而所有的業務數據都匯聚在中間數據庫進行交互。公租房智能門禁管控平臺將業務數據同步至本地數據庫，并結合門鎖協議將這些數據轉換成指令數據緩存至Redis緩存中，待門鎖喚醒上報數據，便將緩存中的指令數據即時下發，經電信物聯網平臺轉發至終端智能門鎖，再按照同一鏈路將執行結果反饋至智能門禁管控平臺。

6 ?結語

本文設計制造了一款基于NBIoT的智能門鎖，同時以零星房源的租賃業務為項目依托，以電信物聯網平臺為支撐設計并實現了一套智能門鎖管控系統，實現了對終端設備的遠程無線控制，同時也很好地融入了各種業務需求。通過實際應用，整套系統聯網正常，運行穩定可靠，擁有良好的市場應用前景。

參考文獻

[1] 方天啟.公租房退出機制研究[D].浙江工業大學，2017.

[2] 中華人民共和國公安部.電子防盜鎖：GA 374-2019[S].北京：中國標準出版社，2019.

[3] 陳振亞，蔣泰.一種基于以太網的防尾隨電梯門禁控制系統[J].計算機工程與應用，2016（22）：232-237.