一种新型智能安全锁系统的设计

1、一种新型智能安全锁系统的设计王安义杨长江西安科技大学信息与通信工程学院摘要： 针对通信行业机柜设备保护和管理，设计一款新型的集开锁、报警、监控和区域 化管理为一体的综合系统。在通过分析智能锁技术的便件和软件的基础上，提出 了一种新型智能安全锁系统设计方案。探讨了智能锁系统工作的基本原理，并详 细分析了新型智能锁系统的各个功能及如何实现。该智能安全锁系统将为后续通 信、电力行业机柜设备的保护和管理提供有力的帮助。关键词：web前端;app终端;报警;监控;管理;智能锁系统;作者简介：王安义（1969-）,男，博士，教授，主要研究方向:td-scd-ma以及 td-lte系统开发与应用。作者简介：

2、杨长江（1991-），通信作者，男，硕士研究生，主要研究方向：电子 与通信工程。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引言随着科技的进步和人们生活水平的提高，人们的安防意识在不断提高ill,通信 行业飞速发展，各个运营商对机柜设备的安全意识也在逐步提升，传统的机械 锁在保护设备安全上已经显得很吃力，急

6、迫需求一款能够智能保护和管理机柜 设备安全的智能锁系统。市场上存在各种各样的智能防盗锁，随着微电子技术的 应用，出现了磁控锁、声控锁、红外线锁、电磁波锁、电子卡片锁等一系列的智 能锁，它们广泛应用于宾馆、停车场、楼宇住宅等公共场所及1。这些智能锁都 是独立型的智能锁，主要存在以下几个问题：（1）功能单一，单独工作只能被 动地防盗，安全因素不高；（2）不能实吋上传数据以及实吋报警，也不能实吋 监控所有锁具情况；（3）不能互联统一管理，缺少同时兼顾远程和近端无线开 锁功能。基于以上问题，提出一种能够集远程和近端同时开锁的解决方案，根据 该方案设计一款具有统一化管理的新型智能安全锁系统;该系统对锁实

7、现统一编 码，通过客户端实现远程和近端（应急）开锁，具有发现异常立刻报警并及时 推送报警消息的功能。该系统将锁互联互通，使其形成一个统一的整体，为今后 机柜设备安全提供有力的保障。1系统总体方案设计新型智能安全锁是基于物联网思想，要将所有锁互联并管理，必须通过网络连 接搭桥，考虑到经济与实际问题，选用stm900a实现硬件和软件间的网络通信； 为了方便工作人员随时随地开锁，突破传统的短距离通信，研发一款手机终端 应用（app）,这样无论用户在何处，只要有移动网络就可实现零距离操作;对 锁的控制选用msp430单片机，它具有低功耗、丰富的片上资源等优势，完全可 以满足对硬件设备的控制。基于以上设

8、计思路，可得出智能锁安全系统由客户端（网页和智能终端）、硬件层和服务器层构成。新型智能安全锁系统的总体架构 如图1所示。2系统硬件设计2. 1硬件系统构成智能锁硕件系统是由msp430f149单片机及红外模块、esp8266wi fi模块和 sim900a移动通信模块构成的一种基于gsm网络的智能锁硬件系统。硬件层整体 结构框图如图2所示。2.2硬件系统的实现msp430f149单片机作为硬件层的核心控制器，是一种新型的混合信号处理器， 具有更方便高效的开发调试环境，述有灵活的时钟源、中断源r1，两通道串行 通信接口及丰富的硬件资源可满足对外围设备的控制。sim900a作为一个桥梁， 它连接着

9、远程网络和嵌入式系统，两者之间可以进行数据通信如，单片机通过 串口向stm900a发送at指令固，同吋通过串口接收来自stm900a的指令，并进 行解析，从而驱动电子锁和报警装置;与服务器z间通过gsm网络将数据发送至 后台服务器，服务器对相应的指令进行解析，并转换成相应的消息，更新用户 端;当监测到锁端有异常时，通过信号线立刻将信号反馈给主核心控制器，核心 控制器将反馈的信号通过串口发送至sim900ai51，最终消息通过gsm网络反馈 给服务器端，此吋web前端和手机终端也会收到来自服务器的报警消息，并及 时通知相关工作人员进行阻止。锁"锁72锁1锁1pcgsm网络-p公网服务器

10、1 回j移动网 畫公网pcgsm网络七公p服务器“ t移动网手机图2系统硕件层结构框图下载原图3模块间通信接口设计3.1用户层与服务器间通信接口设计在系统屮，用户层和服务器层的通信交互是最为频繁的，因此其设计必须有多 个接口，或者采用线程池的方法，满足多个用户同时交互。本设计中采用多个接 口开启后台service服务线程并发的方式，实现服务器完成数据交互，其通信 基木流图如图3所不。提交http请求判断是否需要get/post 方式数擔库操祜提交数据操作数据库w. “返回数据反馈操作结果图3用户层与服务器间通信流图下载原图用户层和服务器之间采用超文本传输协议(hyper text transf

11、er protocol, http)进行通信，用户端使用android平台，该平台封装了 http协议，在设计 接口时，里面应包含反馈字符串、图片等数据，接口设计如图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图4用户层与服务器间接口设计图下载原图3.2应用层通信接口设计主控制器与sim900a之间通过串口进行数据的发送和接收，为了保证数据的统 一性，将数据进行封装，主控制器与stm900a之间的通信有自己的通信协议;为 了确保通信的正确性，应用层将与服务器z间互相确认才可以进行通信，应用 层通信的基本流图如5所示。主控制器s

13、im900a解析并确认，开始通信初始化消息，寻址接收确认消息返回消息匹发送确认消息，通 知服务器匹配成功p!1!类型0 发送初始数磁型匹. 发送匹£图5应用层间通信流图下载原图通过发送和接收函数来实现数据的发送和接收，将获取的数据进行格式验证， 符合协议标准，将数据存放在临吋指针数组中，方便核心控制器寻找，并实现 相应的驱动，接口实现函数结构图如图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图6应用层接口设计图下载原图3.3服务器层与应用层通信接口设计服务器层和应用层之间通过无线通信的方式实现远程通信，s1m900a作为远程通 信的桥梁，实现数据的发送和接收。服务器层与应用层之间也是通过http协议 通信，服务器和应用层之间通信的基本流图如图7所示。服务器层 初始化服务器发送数据接收数据应用层初始化应耳走各模块 数据循1并执行扌发送数据返回数据图7服务器和应用层之间通信的基本流图 下载原图 要实现数据的发送和接收，接口中应包括接收函数和发送函数，为了

15、保证数据 的可靠性，必须有数据格式检验函数，驱动无线收发模块的接口函数设计如图 8所示。simutils.ccharaddressvoid inisimovoid re vdata(char * data) void void senddala(char*clala) vnt checkdatatype()4系统软件设计智能安全锁系统的软件包括单片机控制软件、web前端网页设计、手机终端app。 它们z间通过gsm网络实现交互，克服以往无法远距离通信的缺点，使硬件和 软件形成一个相互的整体。4.1用户注册和登录 通过注册，验证身份合法性，若合法则可登录用户端。进入主页面，秉着分权分 域的原则，

16、每个设备管理员只能看到自己管辖的基站数目和位置等信息。登录注 册的流程图如图9所示。4.2用户开锁为了开锁简单方便，通过点击列表上的按钮即可进行开锁，该过程是通过移动 网实现的，数据包格式如图10所示。用户端将消息打包发送至后台服务器，服务器将接收到的信息进行解析，查询 数据库将对应的锁打开，并反馈用户终端开锁成功，开锁流程图如图11所示。4.3消息推送用notification代替以往的短信提示，节省了费用，缩短了消息推送的时间。 消息推送机制是通过notification和service完成的。service是android系 统开发中一个重要的组成部分，它是一个没有界面的组件，主要功能是

17、为 activity程序提供一些必要的支持，一旦启动service,它将一直在系统的后 台运行，除非在程序中关闭该功能回。将notification绑定在service上，在 service内创建线程并设定访问服务器时间间隔，让其持续访问服务器，达到 即时接收即时发送的目的。为了方便查询，将开锁和异常报警消息实时存入 android系统自带的sqlite数据库屮。消息推送流程图如图12所示。等待客户判断请才创建t_iiser vn返i网址+设备号确认标志结束标志图1 0数据包格式图下载原图图11开锁流程图下载原图仓寸建w amiablea客户端轮询访问服务器n消息推送机制推送消息 专打开数据库

18、否为异常信号ny 插入数据y打开据库是否成功2是否ffwarntable?插人、n 数据是否成功a"图1 2消息推送流程图下载原图 4. 4 web前端以往的智能锁都是以单个形式岀现的，并没有互联互通，管理起来比较困难。本 系统屮，web网页管理系统摆脱以往智能锁z间无联系和无管理的困扰，它将整 个区域的锁全部管理并关联起来，实现分权分域，区域化管理。分权分域使得对 锁的管理更有序，系统不会产生数据混乱，也降低了服务器数据的承受压力， 这样既节省人力、物力，乂节省了时间，工作人员管理起来更方便，极大地提高 了管理效率和设备的安全性。web前端是集开锁和管理的综合性网页界面，运用 超级

19、文本标记语言(hyper text markup language, html)和层叠样式表 (cascading style sheets, css)设计界面，应用tomcat服务器进行管理并搭 载my sql数据库进行数据处理和管理，运用java服务器页面(java server pages, jsp)编程技术实现网页和服务器以及数据库间的交互。4. 5单片机软件单片机的软件系统是驱动硬件的关键，整个过程就是对at指令的解析并将解析 后的消息进行实现的过程。充分利用msp430的各个资源，提高代码的运行效率, 减少对通信的延迟;单片机软件系统采用轮询检测服务器是否发送开门信息的机 制，让消

20、息和指令能够及时被检测到，从而达到即时的效果。当没有检测到开门 信息，而红外模块检测到开门信息时，则发送报警信息给服务器，然后重置报 警信息，软件再冋到轮询检测服务器状态。流程如图13所示。图1 3单片机软件工作流程图下载原图5测试和应用测试该系统分为两个方向进行测试，首先是硬件系统的本身耐高温性，炎热的 夏天该系统能否在温度超高的机柜内正常工作是非常关键的;其次是实现硕件系 统的各个功能。模拟高温场景，用吹风机高温风不间断地向硬件系统吹风，通过 黑盒子测试，对硬件系统的各个功能测试如表1所示;对系统的软件各个功能进 行测试，结果是系统正常运行，各个功能完全符合预期。对该系统的整个功能测 试完后，发现单个系统能够完全正常工作，为了达到实际应用，今后将在锁的 并发性方面做努力，使完全达到应用场景。表1硬件功能测试下载原表用例目的 -测试硬件系统功能模实时开锁，监控功能描述输入输出开锁open1监控无输入0,1,2报警warn0,16结论本文基于gsm网络设