一种基于物联网的智能锁系统的制作方法

1.本发明涉及智能锁，具体涉及一种基于物联网的智能锁系统。


背景技术：

2.智能锁是结合多种技术的新型锁具，如集成电路技术、传感器检测技术、无线通信技术等等。随着智能家居的发展，各种智能锁相继诞生，不仅可以通过指纹、视觉等作为开锁的方式，而且可以通过手机客户端远程开锁，给人们的生活带来了极大的方便。
3.但目前大部分基站或者电力系统的室内外设备柜使用的还是传统的机械锁，管理人员需要对机械锁的钥匙进行分类管理，一旦钥匙丢失，设备会遭到被盗和破坏。智能锁的出现，减少了人们对钥匙的依赖，使用可以连接到互联网的设备，如手机、平板等就可以进行开锁，并且支持远程开锁，可以实现更加智能和便捷的维护管理。
4.现有的智能锁大多是在适用于智能家居的应用场景下开发，使用的大多数通信方式都是短距无线通信，类似于蓝牙、wi
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fi等，需要借助于网关或者智能设备接入互联网，无法将其应用于网络环境受限的地点。故本发明提出一种使用远程无线通信方式的智能锁系统，以实现在更加复杂的环境下应用。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于物联网的智能锁系统，该智能锁系统可实现以下功能：与服务器实时通信、控制锁的开关、检测锁的状态、检测电池剩余电量、获取所在地理位置信息、提示锁的开关信息及电池电量信息。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于物联网的智能锁系统包括锁装置和智能控制装置，锁装置包括锁本体、电机、锁臂、卡槽，所述电机内置于锁本体中，且电机的转动轴伸出于锁本体，所述锁臂的其中的一端与电机的转动轴端部相连，且锁臂与转动轴相垂直，锁臂在电机转动轴的驱动下转动，所述锁本体和卡槽分别设置在彼此实现开或关状态的两对象上，且锁本体和卡槽彼此位置对应，基于该两对象位置的彼此对应，锁臂在电机驱动下转动实现进出卡槽，实现锁的打开或关闭。
7.所述智能控制装置包括微控制器模块、以及分别与微控制器模块相连的通信模块、电源管理模块、锁臂位置检测模块，微控制器模块与电机相连，所述电源管理模块向微控制器模块、通信模块、电机供电，所述微控制器模块检测接收通信模块、电源管理模块、锁臂位置检测模块、电机的信息，锁臂位置检测模块设置于锁装置上，用于检测锁的打开状态或关闭状态。
8.作为本发明的一种优选技术方案，所述通信模块采用nb
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iot模块，微控制器模块通过nb
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iot模块、基于mqtt协议与服务器进行远程无线通信。
9.作为本发明的一种优选技术方案，所选nb
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iot模块支持gnss定位功能。
10.作为本发明的一种优选技术方案，所述锁臂位置检测模块采用对射型光电传感
器，所述对射型光电传感器包括光电发射端、光电接收端1、光电接收端2，光电发射端置于锁臂远离电机的另外一端，光电接收端1置于卡槽内部，并基于锁臂移入卡槽后，光电接收端1与光电发射端位置相对应，光电接收端2置于锁本体上，并基于锁臂升起后，光电接收端2与光电发射端位置相对应。
11.作为本发明的一种优选技术方案，所述电源管理模块由锂电池、供电电路和电量检测电路构成，锂电池经过供电电路为微控制器模块、通信模块、电机供电，电量检测电路分别与锂电池和微控制器模块相连，电量检测电路检测电池剩余电量。
12.作为本发明的一种优选技术方案，所述电机为步进电机，所述步进电机通过驱动电路与微控制器模块连接。
13.作为本发明的一种优选技术方案，所述微控制器模块使用stm32l0系列芯片。
14.一种针对以上任意一项所述基于物联网的智能锁系统的应用，智能锁系统在启动后，首先进行状态自检，自检内容包括电源管理模块检测电池剩余电量、电池电量信息通过微控制器模块确认是否充足；若自检发现电池电量不足，通过通信模块向服务器上传报警信息；若自检正常，将微控制器模块接收的状态信息通过通信模块传输给服务器，并等待接服务器下达指令，此时可让微控制器工作在睡眠模式下，以降低系统整体功耗；当通信模块接收到服务器下达的指令，会唤醒微控制器，将指令传输给微控制器模块，微控制器模块解析该指令；当解析的指令确认为开锁指令时，微控制器模块将指令传输给电机，电机驱动锁臂升起开锁，完成后将状态信息通过微控制器模块和通信模块上传至服务器；当解析的指令确认为关锁指令时，锁臂位置检测模块确认锁的状态，如关锁状态则无动作，如开锁状态电机驱动锁臂落下将锁关闭，完成后将状态信息通过微控制器模块和通信模块上传至服务器；当解析的指令为获取状态信息指令时，将微控制器模块接收的状态信息通过通信模块上传至服务器。
15.有益效果：本发明公开了一种基于物联网的智能锁系统，所述智能锁系统包括锁装置、微控制器模块、通信模块、锁臂位置检测模块、电源管理模块，本发明采用步进电机带动锁臂旋转，并通过对射型光电传感器对智能锁的开关状态进行检测，实现闭环反馈控制。并且采用nb
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iot技术进行无线数据通信，部署条件不受网络环境限制，通过mqtt协议进行远程无线通信，工作在qos1服务质量等级下，在消息数据中携带一个唯一的消息id的方法来判断是否是重复的消息，避免重复开锁行为，在减少开销的同时，降低通信延迟。
附图说明
16.图1 一种基于物联网的智能锁系统的整体结构框图；图2 一种基于物联网的智能锁系统的锁装置结构示意图；图3 一种基于物联网的智能锁系统的工作流程图。
17.附图标记：a
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锁本体，b
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电机，c
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锁臂，d
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卡槽，e
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锁臂位置检测模块。
具体实施方式
18.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达到目的与功效易于明白理解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
19.一种基于物联网的智能锁系统包括锁装置和智能控制装置，参照图2，锁装置包括锁本体、步进电机、锁臂、卡槽，所述步进电机内置于锁本体中，且步进电机的转动轴伸出于锁本体，所述锁臂的其中的一端与步进电机的转动轴端部相连，且锁臂与转动轴相垂直，锁臂在步进电机转动轴的驱动下转动，所述锁本体和卡槽分别设置在彼此实现开或关状态的两对象上，且锁本体和卡槽彼此位置对应，基于该两对象位置的彼此对应，锁臂在步进电机驱动下转动实现进出卡槽，实现锁的打开或关闭。
20.参照图1，所述智能控制装置包括微控制器模块、以及分别与微控制器模块相连的通信模块、电源管理模块、锁臂位置检测模块，微控制器模块通过驱动电路与步进电机相连，所述电源管理模块向微控制器模块、通信模块、步进电机供电，所述微控制器模块检测接收通信模块、电源管理模块、锁臂位置检测模块、步进电机的信息，锁臂位置检测模块设置于锁装置上，用于检测锁的打开状态或关闭状态。
21.微控制器模块使用stm32l0系列芯片，其功耗低，并且非常适合电池供电或供电来自能量收集的应用场景。微控制器模块负责检测其他模块输入的各种信息，包括电池电量、信号强度、锁的开关状态和所在地理位置信息等信息，将信息收集后处理成统一的数据交换格式，通过uart串口发送至无线通信模块，并通过串口中断获取无线通信模块接收的服务器下发指令，解析指令，控制执行模块动作。
22.通信模块采用nb
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iot模块，微控制器模块通过nb
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iot模块、基于mqtt协议与服务器进行远程无线通信，所选nb
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iot模块支持gnss定位功能。
23.微控制器通过控制对步进步进电机的各相绕组按合适的时序通电，可以驱动步进电机旋转，参照图2，由步进电机带动锁臂转动，锁臂进入卡槽,实现锁关闭，步进电机反向旋转锁臂，实现锁开启，通过一个脉冲步进电机旋转的角度，控制脉冲数使步进电机正反转角度为90度。
24.参照图2，锁臂位置检测模块采用对射型光电传感器，所述锁臂位置检测模块采用对射型光电传感器，所述对射型光电传感器包括光电发射端、光电接收端1、光电接收端2，光电发射端置于锁臂远离电机的另外一端，光电接收端1置于卡槽内部，并基于锁臂移入卡槽后，光电接收端1与光电发射端位置相对应，光电接收端2置于锁本体上，并基于锁臂升起后，光电接收端2与光电发射端位置相对应。当锁处于关闭状态，即锁臂落下后，光电接收端1接收到光电发射端信号。当锁处于开启状态，即锁臂升起后，光电接收端2接收到光电发射端信号，对锁臂位置进行检测。设置光电发射端的工作状态为可控，当连接光电发射端的微控制器引脚为低电平时，光电发射端开始工作，以减小功耗，光电接收端1和2是否接收到信号直接由微控制器引脚所读取的高低电平表示。
25.电源管理模块由锂电池、供电电路和电量检测电路构成，锂电池经过供电电路为微控制器模块、通信模块、步进电机供电，电量检测电路分别与锂电池和微控制器模块相连，电量检测电路检测电池剩余电量。采用电压检测法检测电池剩余电量，电池电压分压后由微控制器模数转换模块采集。锂电池通过供电电路降压后向微控制器、无线通信模块提供3.3v电源，通过供电电路升压后经驱动电路，驱动步进步进电机旋转。
26.在系统电量不足的情况下，微控制器模块会立即将报警信息通过通信模块上传至服务器。系统电量通过微控制器内置模数转换模块采集具体的电压读数，并将电量大致地表示为三个状态：电量不足、电量充足和电量饱和。通信状态信息通过微控制器向nb
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iot模块发送查询网络信号强度的at指令反馈得到。
27.参照图3，智能锁系统工作流程为：智能锁系统在启动后，首先进行状态自检，自检内容包括电源管理模块检测电池剩余电量、电池电量信息通过微控制器模块确认是否充足；若自检发现电池电量不足，通过通信模块向服务器上传报警信息；若自检正常，将微控制器模块接收的状态信息通过通信模块传输给服务器，并等待接服务器下达指令，此时可让微控制器工作在睡眠模式下，以降低系统整体功耗；当通信模块接收到服务器下达的指令，会通过uart串口唤醒微控制器，将指令传输给微控制器模块，微控制器模块解析该指令；当解析的指令确认为开锁指令时，微控制器模块将指令传输给步进电机，步进电机驱动锁臂升起开锁，完成后将状态信息通过微控制器模块和通信模块上传至服务器；当解析的指令确认为关锁指令时，锁臂位置检测模块确认锁的状态，如关锁状态则无动作，如开锁状态步进电机驱动锁臂落下将锁关闭，完成后将状态信息通过微控制器模块和通信模块上传至服务器；当解析的指令为获取状态信息指令时，将微控制器模块接收的状态信息通过通信模块上传至服务器。
28.通信模块与服务器之间通信采用mqtt协议，在指令下发的过程，服务器为发布方，无线通信模块为订阅方。在状态信息上传的过程，服务器为订阅方，无线通信模块为发布方。在保证消息可靠性的前提下，选择qos1服务质量等级。qos1等级下可能会收到重复的消息，使用在消息数据中携带一个唯一的消息id的方法来判断是否是重复的消息，如果是则丢弃，以保证无重复开锁行为。
29.上述技术方案所设计的一种基于物联网的智能锁系统，本发明采用步进电机带动锁臂旋转，并通过对射型光电传感器对智能锁的开关状态进行检测，实现闭环反馈控制。并且采用nb
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iot技术进行无线数据通信，部署条件不受网络环境限制。通过mqtt协议进行远程无线通信，工作在qos1服务质量等级下，在消息数据中携带一个唯一的消息id的方法来判断是否是重复的消息，避免重复开锁行为。在减少开销的同时，降低通信延迟。
30.上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。