手机锁的原理与结构
摘 要：随着手机安全的可靠性不断提升，利用手机远程控制锁体的开关成为了一种即方便酷炫又安全的技术。本文分析了智能锁的现状，与传统智能锁相比手机智能锁具有很多优势，并相应设计了一种手机智能锁的基本结构，简要介绍了其工作流程。对未来智能锁的发展具有一定的参考意义。
关键词：遥控技术；蓝牙技术；单片机；手机智能锁
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.174
1 引言
傳统机械设备与有线通讯设备形式较复杂，且智能度不高，在科技日新月异的现代，安全隐患较多。随着手机科技的日益发展与手机安全的进步，手机集成的功能越来越多，支付宝，手机红外遥控，手机公共交通卡，这些功能的出现极大的便利了我们的生活，也是未来手机的发展方向。在智能家居概念提出后，移动终端的远程控制便成为了无线通信的重要运用方向。无线蓝牙技术是一种无线短距离通信技术，它具有成本低，适用面广，安全性强，操作简单等特点。基于蓝牙技术设计手机锁，不仅可以解决用户携带钥匙不便易丢失所带来的安全隐患，也验证了移动端远程控制系统设计的可行性与简易性，为智能家居的普及做准备。
2 智能锁现状
国内外智能锁的发展差异巨大，以韩国为首，据《2017中国智能锁应用与发展白皮书》数据，韩国市场渗透率高达80%，中国市场渗透率仅为2%。除固有的国情差距外，我国仍有很大的发展空间。国内目前的智能锁主要有以下三类。
第一类被大量采用的是密码类智能锁具，它们由传统的密码锁经过电子化零件的应用而升级为电子密码锁。密码与机械锁配合使用，可只需记住密码，无需携带钥匙，免除了经常忘记带钥匙的烦恼，因此这一类产品的研究从20世纪30年代就开始了，20世纪80年代后，随着电子锁专用集成电路的出现，电子锁的体积缩小，应用更为广泛，而且密钥量急剧增大[1]。由于其较高的稳定性，被大量运用在高档小区与商用居民楼内。
第二类是电子标签技术的广泛应用，包括射频卡（RFID）、条形码、二维码的应用等等。电子标签式智能锁具仍然保留了“钥匙”这一概念，只是将其形式转化为卡片、图形等更为灵活的元素，与凭证、收据等结合为一体，在酒店、企业、健身房等公共与私密随机切换的空间内进行应用，非常方便[2]。此类智能锁在安全性上要高于第一类，并具有一定的灵活性，但与钥匙一样，存在忘带，易丢失等弊端。
第三类是具有生物识别的智能锁具，包括指纹识别、虹膜识别、人脸识别等等。利用人生物特征的唯一性，安全性最高，其中指纹识别的技术较为成熟，且成本较低，使用频率最高。此类智能锁避免了钥匙带来的弊端，且开锁过程便利，在目前最为流行。
以上三类智能锁多为个体机，它们无法与外界交流，尽管便利性正在逐渐提升，但安全上仍可能存在各种各样的问题，因此，利用手机遥控解锁，不仅可以利用手机本身的安全特征（指纹、密码等）以较低的成本安全开锁，也可以与锁体本身进行数据交换，进一步提升门锁的安全性。
3 手机锁的基本结构
本次采用单片机作为控制核心，蓝牙模块作为信号输入端，锁的驱动系统由一个简单的螺线圈机械组成。当手机端向蓝牙模块发送正确的开锁指令时，单片机处理判断后输出高/低电平，从而打开继电器驱动锁控制系统。系统总体设计结构框图如图1所示。
3.1 蓝牙模块
蓝牙模块发展至今技术已经十分成熟，且部件价格低廉，适合量产，市面上HR-05/HR-06较为常见，作为整个系统的输入端，用于接受手机端所发送的开锁指令并将数据传送至控制器模块。
3.2 控制器模块
单片机作为一种微控制器，用于控制门锁系统性价比较高，在接受到蓝牙模块的开锁指令后，判断其指令与程序内设定的开锁指令是否相符，若是则在输出端输出高电平，否则重新进入待机状态。
3.3 电控制模块
选用继电器作为电控制器件，利用继电器可以用小电流去控制大电流的特性，在接收到单片机的高电平信号后导通三极管，致使继电器吸合，给予锁控制系统电力打开门锁。
4 系统工作流程
蓝牙系统在安卓手机上与门锁系统进行连接。软件系统分单片机软件系统与安卓手机端软件系统。单片机软件系统负责接收手机的信号并作流程处理，在未连接蓝牙或未得到正确的开锁指令时，输出端默认不输出任何信息，当收到正确的开锁指令时，输出端输出高电平，导通继电器，从而驱动锁驱动模块。安卓手机软件系统提供一个最基础的交互界面，负责提示连接门锁蓝牙模块，并向门锁发送正确的开锁指令。
实验通过STC15F104E单片机与HC-05蓝牙模块完成了智能电子锁的设计，保有了大量的改良空间，在单片机端可加入震动传感器以及声光传感器用于防盗，增强设备的安全性，手机端可结合手机自身的指纹模块代替密码，简化用户体验的同时并不需要提高成本。实验的创新的不止在于提出了一种新的手机遥控锁的思路，更在于验证了物联网时代移动端远程控制系统设计的可行性与简易性，对将来智能家居的发展有借鉴意义。
参考文献：
[1]伏波.物联网背景下智能锁具的设计策略研究[J].广东轻工职业技术学院学报，2017.
[2]塞缪尔刘林德.物联网[M].北京：中信出版集团，2016.
作者简介：白晨（1998-），男，江苏淮安人，本科在读，交通运输专业。