基于云服务器的远程门锁控制系统*

刘 岩，阮治纲，赵壮壮，卓洪阳，高宏峰

(河南科技大学信息工程学院，河南 洛阳 471023)

0 引言

近年来，智能家居快速普及。但是在电子门锁领域，市场上的产品大都需要人们手动开锁和上锁，如插卡式，非常不方便。鉴于这种情况，本系统对当前市场上的电子门锁进行了改进，增加了APP解锁这一功能。用户使用时，可以通过手机上的APP来解锁。在酒店、旅馆等应用场所，当旅客通过互联网预定房间后，如果有人已得到旅客的同意要进去，旅客就可以用APP远程控制预定的房间。并且在拥有大量房间(如宾馆)的场合下，可以通过手机APP控制某个房间的门锁开关。

1 系统架构

图1 远程门锁控制系统总体框图

图1为远程门锁控制系统的总体设计框图，包括云服务器、门锁端、手机客户端。手机客户端连接服务器，然后向服务器发送控制门锁的指令。服务器等待手机客户端发来指令并把指令转发给门锁端。门锁端与服务器建立长连接，等待服务器发来指令然后进行解锁或关锁操作。除此之外，门锁端还可使用本地密码解锁和指纹解锁。

2 门锁端设计

门锁装置分为硬件电路和软件程序两部分。

2.1 门锁硬件部分

本系统硬件主要包括：STM32F103C8T6、矩阵键盘、GSM模块、指纹模块、L298N驱动、OLED显示模块。本系统所用锁为电磁锁，其具有使用方便，安全可靠，稳定耐用的特点。

STM32F103C8T6用来作为门锁端的控制芯片，矩阵键盘用来选择开锁模式和输入密码，GSM模块用来连接服务器，指纹模块用来进行指纹解锁，L298N驱动用来驱动电磁锁，OLED显示模块用来进行人机交互。

图2为门锁装置硬件结构图，微控制器STM32使用串口与GSM模块进行通信，使GSM模块与服务器建立长连接。当服务器发来指令时，GSM模块会把收到的指令通过串口发给STM32，STM32收到指令后通过通用IO口驱动L298N模块控制电磁门锁的开关。除此之外，用户还可选择密码解锁和指纹解锁。当使用密码解锁时，用户通过矩阵键盘输入事先保存到程序中的密码来解锁。当使用指纹解锁时，用户的指纹放到指纹模块上，指纹模块录入用户指纹并与指纹模块库中的指纹进行匹配。如果指纹存在，指纹模块就通过串口向STM32发送指纹正确的指令，STM32就驱动L298N打开电磁锁。除此之外，门锁端用一个独立按键用来手动锁门。

图2 门锁端硬件结构图

2.2 门锁软件设计

图3为门锁软件总体结构图，门锁软件有三种模式：远程解锁模式、密码解锁模式和指纹解锁模式。门锁端上电后默认为远程解锁模式，可以通过矩阵键盘选择程序去选择使用哪种模式解锁。还可以用按键选择添加/删除指纹程序去添加或删除指纹。

图3 门锁软件总体结构图

图4为远程解锁程序流程图。如果STM32收到开锁指令，就执行开锁程序并向服务器发送回应。远程关锁程序和远程解锁程序是一样的，这里就不介绍了。

图4 远程解锁程序流程图

图5为密码解锁程序流程图。首先输入密码，然后检测密码是否正确，密码正确就执行开锁程序，密码错误OLED就显示密码错误。

图6为指纹解锁程序流程图。程序等待指纹录入完毕后，会与指纹库中指纹进行匹配，如果库中已有这个指纹就执行开锁程序。否则就不开锁并让OLED显示指纹错误。

图5 密码解锁流程图

图6 指纹解锁流程图

门锁软件中还有添加/删除指纹程序。为保证门锁的安全性，这个程序要输入两个密码，两次密码都正确才能用按键去选择添加或删除指纹的程序。如果是添加指纹，就先录入指纹然后指纹模块就会自动保存然后向STM32发送添加成功的指令。如果是删除指纹，首先用按键选择需要删除的指纹的序号，然后STM32向指纹模块发送删除这个指纹的命令，指纹模块就会删除相应指纹。

3 服务器设计

云服务器简称ECS，可以为中小企业用户提供处理能力可弹性变化的计算服务。本系统服务器架构如图7所示，云服务器作为整个系统的核心，它为手机客户端和门锁端提供接口。手机客户端连接云服务器后进行注册和登陆一个账号，然后向服务器发送开锁或关锁指令，服务器运行消息转发程序把指令转发给门锁端。

图7 服务器架构图

4 手机客户端设计

图8为APP设计框图，其主要分为人机交互层和内部逻辑层。人机交互层主要是制作人机交互界面，内部逻辑层主要负责处理来自人机交互层的数据，并把人机交互界面中输入的指令使用socket协议发送给服务器。除此之外，内部逻辑层还可以让人机交互界面显示从服务器接收到的消息。

图8 手机客户端结构图

5 结束语

本文主要阐述了一种新型远程电子门锁系统。本系统将APP与门禁系统相结合，更有利于用户了解门锁的状态和进行控制。与传统的电子门锁产品相比，它的安全性得到了较大的改善，实用性更强。它既可以应用在家庭门禁系统，也可以应用在酒店等服务领域，具有很好的实用价值和应用前景。