基于Android 遠程控制的“老式門鎖”智能系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)*

曾小安，甘國才

（羅定職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 云浮 527200）

0 引言

人們對于家居生活的要求隨著科技水平和物質(zhì)生活水平的提高而變得越來越高，日常生活的各方面都朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、人性化的目標(biāo)發(fā)展。作為現(xiàn)代生活的一個必然趨勢，門鎖的智能化正在受到越來越多的關(guān)注[1-3]。

目前，市場上還保存大量的“老式門鎖”，尤其是農(nóng)村地區(qū)[4]。而“老式門鎖”采用傳統(tǒng)金屬鑰匙手動進行開啟，該開門方式只滿足了人們最基本的需求，無法滿足人們對于居家生活越來越高的要求。此外，智能家居企業(yè)也更傾向于新產(chǎn)品的設(shè)計與研發(fā)，而忽略了“老式門鎖”的改造與升級[5-9]。因此，本文基于上述情況，擬設(shè)計一款基于Android 遠程控制的“老式門鎖”智能系統(tǒng)，對農(nóng)村“老式門鎖”進行智能化改造，可以使現(xiàn)有“老式門鎖”實現(xiàn)遠程開門。該系統(tǒng)最重要的是以簡單適用性、低成本為主旨，摒棄掉了那些虛有其表、只可充作擺設(shè)的功能，產(chǎn)品以適用性、易用性和人性化來優(yōu)化農(nóng)村的生活方式，讓生活更加舒適、安全、高效、可靠。

1 研究意義

本文搭建的智能門鎖裝置是綜合考慮了農(nóng)村現(xiàn)實情況、家庭實用性、穩(wěn)定性、可行性以及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和研究成果等而開發(fā)的由無線藍牙繼電器模塊FOREVER-09 進行通信，Android 手機進行控制，推拉式伸縮桿進行驅(qū)動門鎖運動的智能系統(tǒng)。該智能門鎖裝置在保證可靠穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保和低成本的前提下，在不破壞門鎖原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，成為門鎖的一個外掛設(shè)備，增加了一種開門方式，方便了居民生活。同時，該系統(tǒng)又具有方便的可擴展性以及可移植性，從而滿足了不同用戶的不同需求，因此具有廣闊的市場前景和實際研究意義。

2 總體方案

該系統(tǒng)主要由Android 手機、無線藍牙繼電器模塊FOREVER-09、推拉式伸縮桿、電源模塊等硬件組成。具體實現(xiàn)方案如下：首先，將推拉式伸縮桿與無線藍牙繼電器模塊的兩路端子連接，可將推拉式伸縮桿視為驅(qū)動器，然后將藍牙MESH與手機藍牙進行連接，實現(xiàn)無線藍牙繼電器模塊與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器間數(shù)據(jù)互通，用戶在Android 手機端通過App 界面以互聯(lián)網(wǎng)為媒介，向在線的無線藍牙繼電器模塊發(fā)送指令，無線藍牙繼電器模塊依據(jù)指令啟動推拉式伸縮桿進行點動，從而實現(xiàn)遠程智能開鎖控制。系統(tǒng)總體布局如圖1所示，系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)總體布局

圖2 系統(tǒng)原理

3 系統(tǒng)核心硬件

3.1 無線藍牙繼電器模塊FOREVER-09

無線藍牙繼電器模塊FOREVER-09 是一款集成度高、體積小、傳輸效率高且穩(wěn)定、低能耗的智能控制開關(guān)，其工作有效空曠距離為20 m 左右，藍牙MESH傳輸模式，支持Android/IOS手機、平板電腦藍牙自動連接控制。該模塊工作模式有點動模式、自鎖模式和互鎖模式，本文設(shè)計使用點動模式進行研究。

3.2 驅(qū)動模塊

無線藍牙繼電器模塊FOREVER-09 作為該系統(tǒng)驅(qū)動模塊，該模塊通過牽動繩連接“老式門鎖”的斜舌拉動部件，控制門鎖完成開鎖和關(guān)閉功能。電動伸縮桿具有體積小、能耗低、經(jīng)濟實惠、穩(wěn)定性好、伸縮行程可調(diào)等特點。通過繼電器模塊TK73-50-K424控制電機點動，在Android 手機App 端按一次電動伸縮桿縮回，延遲5 s 后，電動伸縮桿恢復(fù)伸出狀態(tài)。該驅(qū)動模塊結(jié)構(gòu)非常滿足本系統(tǒng)設(shè)計需求。

3.3 電源模塊

選取12 V鋰電池組18650作為電源模塊使用，該電池具有重量輕、體積小、安全智能等特點。其中，每組電池加裝有IC 安全智能保護板，包括短路保護、過壓保護、溫度保護、充電防逆等保護功能，電池容量為2 200 mAh～3 400 mAh。同時，該電池沒有記憶效應(yīng)，在充電前不必將剩余電量放空，使用方便。鋰電池組18650 使用壽命長，理論為循環(huán)充電1 000 次，經(jīng)濟環(huán)保。本文智能門鎖使用環(huán)境在家庭封閉房間里面，因此在選用電池時，要充分考慮其安全性。

3.4 光伏充電模塊

智能門鎖使用較為頻繁，設(shè)計過程中需要考慮到該系統(tǒng)是否具有一個穩(wěn)定的電源[10]。因此，該系統(tǒng)加裝6 W/5 V 太陽能電池板，該電池板具有高轉(zhuǎn)換率、高強度邊框、防水防潮、性能穩(wěn)定等特點，保證了鋰電池組18650 電量充足。光伏充電模塊系統(tǒng)如圖3 所示。

圖3 光伏充電模塊系統(tǒng)

4 軟件設(shè)計

為了使Android 手機實現(xiàn)對上述硬件電路的控制，實現(xiàn)“老式門鎖”無鑰匙開鎖功能和特定參數(shù)設(shè)置，本文采用市場上開發(fā)的一款定制的App 軟件。該軟件具有操作界面簡單實用、效率高、安全性好等特色。系統(tǒng)主流程如圖4 所示：首先，將Android 手機匙端與接受藍牙鎖端進行藍牙配對碼匹配和地址匹配，系統(tǒng)進入串口中斷，手機匙端藍牙的密鑰執(zhí)行驗證。如密碼正確，手機App 可以有三種模式選擇：門鎖打開模式、修改密碼模式、斷開匹配模式。如密碼錯誤輸入超過3 次，則立馬斷開匹配。手機匙端將接收門鎖的驗證反饋信息，并顯示操作結(jié)果。在本設(shè)計的手機App 的參數(shù)設(shè)置窗口中，用戶可以實現(xiàn)個性化功能設(shè)置。

圖4 系統(tǒng)主流程

5 “老式門鎖”智能系統(tǒng)實物測試

基于Android 遠程控制的“老式門鎖”智能系統(tǒng)的設(shè)計方案，利用上述核心硬件搭建了一個微型自動門裝置，該裝置用來測試系統(tǒng)是否能實現(xiàn)遠程控制“老式門鎖”開鎖和關(guān)鎖，智能門鎖裝置（實物）如圖5所示。測試過程如下：首先，將手機藍牙與無線藍牙繼電器模塊進行匹配，用手機App 端發(fā)出開門信號，驅(qū)動模塊帶著門鎖斜舌拉動部件運動，打開門鎖，提前設(shè)置好開鎖后多少秒恢復(fù)關(guān)門狀態(tài)。測試結(jié)果如表1所示。

表1 實物測試結(jié)果表

圖5 智能門鎖裝置（實物）

經(jīng)過測試表明：重復(fù)試驗100 次，出現(xiàn)2～3 次開鎖失敗現(xiàn)象，成功率達到97%以上，其余功能滿足設(shè)計要求。因此，該裝置可以可靠地實現(xiàn)遠程無線開鎖功能。

“老式門鎖”智能系統(tǒng)的優(yōu)點主要有以下幾點：1）在原本傳統(tǒng)金屬鑰匙手動開門的“老式門鎖”上安裝該智能系統(tǒng)后，可以通過Android 手機對門鎖進行控制，讓農(nóng)村人們體驗到科技帶來的方便；2）用戶可以通過日常用的Android 手機，對該智能系統(tǒng)的App軟件進行設(shè)置，實現(xiàn)簡單操作開鎖功能，降低了操作難度，擴大了適用范圍；3）在保證其可靠穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保和低成本的前提下，在不破壞門鎖原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加外掛裝置，降低了用戶成本，更容易使用戶接受；4）用戶可以對開鎖設(shè)置加密指令，提高了門鎖的安全性。

6 結(jié)論

本文針對“老式門鎖”進行遠程控制智能開門的系統(tǒng)設(shè)計，主要包括系統(tǒng)核心硬件搭建和手機端界面連接。采用Android 手機App 作為控制終端，以具有無線藍牙連接功能的繼電器模塊FOREVER-09 作為開關(guān)控制器，將推拉式伸縮桿視為驅(qū)動器，驅(qū)動器通過繩子連接門鎖斜舌拉動部件，從而實現(xiàn)對“老式門鎖”的遠程開鎖功能。該系統(tǒng)旨在對“老式門鎖”進行智能化升級改造，讓更多農(nóng)村人們接觸到智能科技家居帶來的便利，對科技服務(wù)鄉(xiāng)村振興具有一定現(xiàn)實意義。

本文基于Android 遠程控制的“老式門鎖”智能系統(tǒng)的設(shè)計，在不破壞門鎖原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了遠程開鎖。但是，現(xiàn)階段該系統(tǒng)也存在許多不足：1）與智能門鎖企業(yè)相比，終端支持設(shè)備類型不夠豐富，往后可以對接相關(guān)企業(yè)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，支持市場上常用的智能終端設(shè)備；2）該系統(tǒng)的手機App 主要針對農(nóng)村人群，其功能非常基礎(chǔ)，不能讓用戶體驗到更多科技感，因此后續(xù)需要開發(fā)更多的功能；3）該系統(tǒng)軟硬件開發(fā)測試數(shù)據(jù)不夠全面，僅搭建了一個簡單的微型自動門裝置來測試功能是否可實現(xiàn)；4）該系統(tǒng)安全加密設(shè)置過于簡單，為提高用戶居家安全性，后續(xù)需要開發(fā)更加安全的措施。