一種新型智能安全鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、一種新型智能安全鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)王安義楊長(zhǎng)江西安科技大學(xué)信息與通信工程學(xué)院摘要： 針對(duì)通信行業(yè)機(jī)柜設(shè)備保護(hù)和管理，設(shè)計(jì)一款新型的集開鎖、報(bào)警、監(jiān)控和區(qū)域 化管理為一體的綜合系統(tǒng)。在通過分析智能鎖技術(shù)的便件和軟件的基礎(chǔ)上，提出 了一種新型智能安全鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。探討了智能鎖系統(tǒng)工作的基本原理，并詳 細(xì)分析了新型智能鎖系統(tǒng)的各個(gè)功能及如何實(shí)現(xiàn)。該智能安全鎖系統(tǒng)將為后續(xù)通 信、電力行業(yè)機(jī)柜設(shè)備的保護(hù)和管理提供有力的幫助。關(guān)鍵詞：web前端;app終端;報(bào)警;監(jiān)控;管理;智能鎖系統(tǒng);作者簡(jiǎn)介：王安義（1969-）,男，博士，教授，主要研究方向:td-scd-ma以及 td-lte系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用。作者簡(jiǎn)介：

2、楊長(zhǎng)江（1991-），通信作者，男，碩士研究生，主要研究方向：電子 與通信工程。e-mail:charl iyangfoxmail, com。收稿日期：2017-04-26design of a new type of intelligent system for security lockwang anyi yang changjiangcollege of communication and informationengineering, xi' an university of science andtechnology;abstract：aiming at cabinet eq

3、uipment protection and management in communication industry, a new type of integrated system has been designed in a set of lock, alarm, monitoring, and regional management. through analysing the hardware and software of intel 1igent lock technology, a new solution of intelligent safcty lock system f

4、or a cabinet equipment is proposed. the basic principles of intelligent lock systein in working are investigated, and the each function of the new intelligent lock system and how to impleme nt them are analysed in det ail. the in tellige nt safe ty lock system can provide powerful help for subsequen

5、t communication, cabinet equipment protcction and management in electric power industry.keyword：web front-end; the termindl app; nlnrming; monitoring; management; intelligenl lock system;received： 2017-04-260引言隨著科技的進(jìn)步和人們生活水平的提高，人們的安防意識(shí)在不斷提高ill,通信 行業(yè)飛速發(fā)展，各個(gè)運(yùn)營商對(duì)機(jī)柜設(shè)備的安全意識(shí)也在逐步提升，傳統(tǒng)的機(jī)械 鎖在保護(hù)設(shè)備安全上已經(jīng)顯得很吃力，急

6、迫需求一款能夠智能保護(hù)和管理機(jī)柜 設(shè)備安全的智能鎖系統(tǒng)。市場(chǎng)上存在各種各樣的智能防盜鎖，隨著微電子技術(shù)的 應(yīng)用，出現(xiàn)了磁控鎖、聲控鎖、紅外線鎖、電磁波鎖、電子卡片鎖等一系列的智 能鎖，它們廣泛應(yīng)用于賓館、停車場(chǎng)、樓宇住宅等公共場(chǎng)所及1。這些智能鎖都 是獨(dú)立型的智能鎖，主要存在以下幾個(gè)問題：（1）功能單一，單獨(dú)工作只能被 動(dòng)地防盜，安全因素不高；（2）不能實(shí)吋上傳數(shù)據(jù)以及實(shí)吋報(bào)警，也不能實(shí)吋 監(jiān)控所有鎖具情況；（3）不能互聯(lián)統(tǒng)一管理，缺少同時(shí)兼顧遠(yuǎn)程和近端無線開 鎖功能?；谝陨蠁栴}，提出一種能夠集遠(yuǎn)程和近端同時(shí)開鎖的解決方案，根據(jù) 該方案設(shè)計(jì)一款具有統(tǒng)一化管理的新型智能安全鎖系統(tǒng);該系統(tǒng)對(duì)鎖實(shí)

7、現(xiàn)統(tǒng)一編 碼，通過客戶端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程和近端（應(yīng)急）開鎖，具有發(fā)現(xiàn)異常立刻報(bào)警并及時(shí) 推送報(bào)警消息的功能。該系統(tǒng)將鎖互聯(lián)互通，使其形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，為今后 機(jī)柜設(shè)備安全提供有力的保障。1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)新型智能安全鎖是基于物聯(lián)網(wǎng)思想，要將所有鎖互聯(lián)并管理，必須通過網(wǎng)絡(luò)連 接搭橋，考慮到經(jīng)濟(jì)與實(shí)際問題，選用stm900a實(shí)現(xiàn)硬件和軟件間的網(wǎng)絡(luò)通信； 為了方便工作人員隨時(shí)隨地開鎖，突破傳統(tǒng)的短距離通信，研發(fā)一款手機(jī)終端 應(yīng)用（app）,這樣無論用戶在何處，只要有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)就可實(shí)現(xiàn)零距離操作;對(duì) 鎖的控制選用msp430單片機(jī)，它具有低功耗、豐富的片上資源等優(yōu)勢(shì)，完全可 以滿足對(duì)硬件設(shè)備的控制?；谝陨显O(shè)

8、計(jì)思路，可得出智能鎖安全系統(tǒng)由客戶端（網(wǎng)頁和智能終端）、硬件層和服務(wù)器層構(gòu)成。新型智能安全鎖系統(tǒng)的總體架構(gòu) 如圖1所示。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2. 1硬件系統(tǒng)構(gòu)成智能鎖碩件系統(tǒng)是由msp430f149單片機(jī)及紅外模塊、esp8266wi fi模塊和 sim900a移動(dòng)通信模塊構(gòu)成的一種基于gsm網(wǎng)絡(luò)的智能鎖硬件系統(tǒng)。硬件層整體 結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。2.2硬件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)msp430f149單片機(jī)作為硬件層的核心控制器，是一種新型的混合信號(hào)處理器， 具有更方便高效的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，述有靈活的時(shí)鐘源、中斷源r1，兩通道串行 通信接口及豐富的硬件資源可滿足對(duì)外圍設(shè)備的控制。sim900a作為一個(gè)橋梁， 它連接著

9、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)和嵌入式系統(tǒng)，兩者之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信如，單片機(jī)通過 串口向stm900a發(fā)送at指令固，同吋通過串口接收來自stm900a的指令，并進(jìn) 行解析，從而驅(qū)動(dòng)電子鎖和報(bào)警裝置;與服務(wù)器z間通過gsm網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至 后臺(tái)服務(wù)器，服務(wù)器對(duì)相應(yīng)的指令進(jìn)行解析，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息，更新用戶 端;當(dāng)監(jiān)測(cè)到鎖端有異常時(shí)，通過信號(hào)線立刻將信號(hào)反饋給主核心控制器，核心 控制器將反饋的信號(hào)通過串口發(fā)送至sim900ai51，最終消息通過gsm網(wǎng)絡(luò)反饋 給服務(wù)器端，此吋web前端和手機(jī)終端也會(huì)收到來自服務(wù)器的報(bào)警消息，并及 時(shí)通知相關(guān)工作人員進(jìn)行阻止。鎖"鎖72鎖1鎖1pcgsm網(wǎng)絡(luò)-p公網(wǎng)服務(wù)器

10、1 回j移動(dòng)網(wǎng) 畫公網(wǎng)pcgsm網(wǎng)絡(luò)七公p服務(wù)器“ t移動(dòng)網(wǎng)手機(jī)圖2系統(tǒng)碩件層結(jié)構(gòu)框圖下載原圖3模塊間通信接口設(shè)計(jì)3.1用戶層與服務(wù)器間通信接口設(shè)計(jì)在系統(tǒng)屮，用戶層和服務(wù)器層的通信交互是最為頻繁的，因此其設(shè)計(jì)必須有多 個(gè)接口，或者采用線程池的方法，滿足多個(gè)用戶同時(shí)交互。本設(shè)計(jì)中采用多個(gè)接 口開啟后臺(tái)service服務(wù)線程并發(fā)的方式，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器完成數(shù)據(jù)交互，其通信 基木流圖如圖3所不。提交http請(qǐng)求判斷是否需要get/post 方式數(shù)擔(dān)庫操祜提交數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)庫w. “返回?cái)?shù)據(jù)反饋操作結(jié)果圖3用戶層與服務(wù)器間通信流圖下載原圖用戶層和服務(wù)器之間采用超文本傳輸協(xié)議(hyper text transf

11、er protocol, http)進(jìn)行通信，用戶端使用android平臺(tái)，該平臺(tái)封裝了 http協(xié)議，在設(shè)計(jì) 接口時(shí)，里面應(yīng)包含反饋?zhàn)址?、圖片等數(shù)據(jù)，接口設(shè)計(jì)如圖4所示。httputils void getmethoi netutils netutvoid postmethi netutils netuthttprequest<x接口 »netutils«接口 »httputilsimplvoid getmethod(string url,netutils netutils)void postmethod(string url, netutils net

12、utils)string getresf (strign str) string getresj (bitmap bit mastring getmethodq b itmap getmethodqstring postmeiliocl() bitmap postmethodq圖4用戶層與服務(wù)器間接口設(shè)計(jì)圖下載原圖3.2應(yīng)用層通信接口設(shè)計(jì)主控制器與sim900a之間通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，為了保證數(shù)據(jù)的統(tǒng) 一性，將數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，主控制器與stm900a之間的通信有自己的通信協(xié)議;為 了確保通信的正確性，應(yīng)用層將與服務(wù)器z間互相確認(rèn)才可以進(jìn)行通信，應(yīng)用 層通信的基本流圖如5所示。主控制器s

13、im900a解析并確認(rèn)，開始通信初始化消息，尋址接收確認(rèn)消息返回消息匹發(fā)送確認(rèn)消息，通 知服務(wù)器匹配成功p!1!類型0 發(fā)送初始數(shù)磁型匹. 發(fā)送匹£圖5應(yīng)用層間通信流圖下載原圖通過發(fā)送和接收函數(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，將獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式驗(yàn)證， 符合協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，將數(shù)據(jù)存放在臨吋指針數(shù)組中，方便核心控制器尋找，并實(shí)現(xiàn) 相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，接口實(shí)現(xiàn)函數(shù)結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。uart.cchar*read()opera te.cchar sendbuff5;char *rev_data void judgetype(char *rev_data) void etdataqvoid sendresultq

14、databaseutils open(char) insertdata(sgl query remark(sqlite3*,char圖6應(yīng)用層接口設(shè)計(jì)圖下載原圖3.3服務(wù)器層與應(yīng)用層通信接口設(shè)計(jì)服務(wù)器層和應(yīng)用層之間通過無線通信的方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，s1m900a作為遠(yuǎn)程通 信的橋梁，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。服務(wù)器層與應(yīng)用層之間也是通過http協(xié)議 通信，服務(wù)器和應(yīng)用層之間通信的基本流圖如圖7所示。服務(wù)器層 初始化服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)應(yīng)用層初始化應(yīng)耳走各模塊 數(shù)據(jù)循1并執(zhí)行扌發(fā)送數(shù)據(jù)返回?cái)?shù)據(jù)圖7服務(wù)器和應(yīng)用層之間通信的基本流圖 下載原圖 要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，接口中應(yīng)包括接收函數(shù)和發(fā)送函數(shù)，為了

15、保證數(shù)據(jù) 的可靠性，必須有數(shù)據(jù)格式檢驗(yàn)函數(shù)，驅(qū)動(dòng)無線收發(fā)模塊的接口函數(shù)設(shè)計(jì)如圖 8所示。simutils.ccharaddressvoid inisimovoid re vdata(char * data) void void senddala(char*clala) vnt checkdatatype()4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)智能安全鎖系統(tǒng)的軟件包括單片機(jī)控制軟件、web前端網(wǎng)頁設(shè)計(jì)、手機(jī)終端app。 它們z間通過gsm網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)交互，克服以往無法遠(yuǎn)距離通信的缺點(diǎn)，使硬件和 軟件形成一個(gè)相互的整體。4.1用戶注冊(cè)和登錄 通過注冊(cè)，驗(yàn)證身份合法性，若合法則可登錄用戶端。進(jìn)入主頁面，秉著分權(quán)分 域的原則，

16、每個(gè)設(shè)備管理員只能看到自己管轄的基站數(shù)目和位置等信息。登錄注 冊(cè)的流程圖如圖9所示。4.2用戶開鎖為了開鎖簡(jiǎn)單方便，通過點(diǎn)擊列表上的按鈕即可進(jìn)行開鎖，該過程是通過移動(dòng) 網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的，數(shù)據(jù)包格式如圖10所示。用戶端將消息打包發(fā)送至后臺(tái)服務(wù)器，服務(wù)器將接收到的信息進(jìn)行解析，查詢 數(shù)據(jù)庫將對(duì)應(yīng)的鎖打開，并反饋用戶終端開鎖成功，開鎖流程圖如圖11所示。4.3消息推送用notification代替以往的短信提示，節(jié)省了費(fèi)用，縮短了消息推送的時(shí)間。 消息推送機(jī)制是通過notification和service完成的。service是android系 統(tǒng)開發(fā)中一個(gè)重要的組成部分，它是一個(gè)沒有界面的組件，主要功能是

17、為 activity程序提供一些必要的支持，一旦啟動(dòng)service,它將一直在系統(tǒng)的后 臺(tái)運(yùn)行，除非在程序中關(guān)閉該功能回。將notification綁定在service上，在 service內(nèi)創(chuàng)建線程并設(shè)定訪問服務(wù)器時(shí)間間隔，讓其持續(xù)訪問服務(wù)器，達(dá)到 即時(shí)接收即時(shí)發(fā)送的目的。為了方便查詢，將開鎖和異常報(bào)警消息實(shí)時(shí)存入 android系統(tǒng)自帶的sqlite數(shù)據(jù)庫屮。消息推送流程圖如圖12所示。等待客戶判斷請(qǐng)才創(chuàng)建t_iiser vn返i網(wǎng)址+設(shè)備號(hào)確認(rèn)標(biāo)志結(jié)束標(biāo)志圖1 0數(shù)據(jù)包格式圖下載原圖圖11開鎖流程圖下載原圖倉寸建w amiablea客戶端輪詢?cè)L問服務(wù)器n消息推送機(jī)制推送消息 專打開數(shù)據(jù)庫

18、否為異常信號(hào)ny 插入數(shù)據(jù)y打開據(jù)庫是否成功2是否ffwarntable?插人、n 數(shù)據(jù)是否成功a"圖1 2消息推送流程圖下載原圖 4. 4 web前端以往的智能鎖都是以單個(gè)形式岀現(xiàn)的，并沒有互聯(lián)互通，管理起來比較困難。本 系統(tǒng)屮，web網(wǎng)頁管理系統(tǒng)擺脫以往智能鎖z間無聯(lián)系和無管理的困擾，它將整 個(gè)區(qū)域的鎖全部管理并關(guān)聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)分權(quán)分域，區(qū)域化管理。分權(quán)分域使得對(duì) 鎖的管理更有序，系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)混亂，也降低了服務(wù)器數(shù)據(jù)的承受壓力， 這樣既節(jié)省人力、物力，乂節(jié)省了時(shí)間，工作人員管理起來更方便，極大地提高 了管理效率和設(shè)備的安全性。web前端是集開鎖和管理的綜合性網(wǎng)頁界面，運(yùn)用 超級(jí)

19、文本標(biāo)記語言(hyper text markup language, html)和層疊樣式表 (cascading style sheets, css)設(shè)計(jì)界面，應(yīng)用tomcat服務(wù)器進(jìn)行管理并搭 載my sql數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和管理，運(yùn)用java服務(wù)器頁面(java server pages, jsp)編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁和服務(wù)器以及數(shù)據(jù)庫間的交互。4. 5單片機(jī)軟件單片機(jī)的軟件系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)硬件的關(guān)鍵，整個(gè)過程就是對(duì)at指令的解析并將解析 后的消息進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的過程。充分利用msp430的各個(gè)資源，提高代碼的運(yùn)行效率, 減少對(duì)通信的延遲;單片機(jī)軟件系統(tǒng)采用輪詢檢測(cè)服務(wù)器是否發(fā)送開門信息的機(jī) 制，讓消

20、息和指令能夠及時(shí)被檢測(cè)到，從而達(dá)到即時(shí)的效果。當(dāng)沒有檢測(cè)到開門 信息，而紅外模塊檢測(cè)到開門信息時(shí)，則發(fā)送報(bào)警信息給服務(wù)器，然后重置報(bào) 警信息，軟件再冋到輪詢檢測(cè)服務(wù)器狀態(tài)。流程如圖13所示。圖1 3單片機(jī)軟件工作流程圖下載原圖5測(cè)試和應(yīng)用測(cè)試該系統(tǒng)分為兩個(gè)方向進(jìn)行測(cè)試，首先是硬件系統(tǒng)的本身耐高溫性，炎熱的 夏天該系統(tǒng)能否在溫度超高的機(jī)柜內(nèi)正常工作是非常關(guān)鍵的;其次是實(shí)現(xiàn)碩件系 統(tǒng)的各個(gè)功能。模擬高溫場(chǎng)景，用吹風(fēng)機(jī)高溫風(fēng)不間斷地向硬件系統(tǒng)吹風(fēng)，通過 黑盒子測(cè)試，對(duì)硬件系統(tǒng)的各個(gè)功能測(cè)試如表1所示;對(duì)系統(tǒng)的軟件各個(gè)功能進(jìn) 行測(cè)試，結(jié)果是系統(tǒng)正常運(yùn)行，各個(gè)功能完全符合預(yù)期。對(duì)該系統(tǒng)的整個(gè)功能測(cè) 試完后，發(fā)現(xiàn)單個(gè)系統(tǒng)能夠完全正常工作，為了達(dá)到實(shí)際應(yīng)用，今后將在鎖的 并發(fā)性方面做努力，使完全達(dá)到應(yīng)用場(chǎng)景。表1硬件功能測(cè)試下載原表用例目的 -測(cè)試硬件系統(tǒng)功能模實(shí)時(shí)開鎖，監(jiān)控功能描述輸入輸出開鎖open1監(jiān)控?zé)o輸入0,1,2報(bào)警warn0,16結(jié)論本文基于gsm網(wǎng)絡(luò)設(shè)