基于NB-IoT的公租房智能门锁系统设计与实现

4系统测试及结果分析
应用管理层软件即智能门锁管理平台，通过前 端网页交互的方式，能够对门锁的使用情况及状态 进行展示，同时方便用户进行门锁使用记录的查看, 很大程度上方便了公租房的管理。
经过实地门锁的安装测试，在NB网络环境满足 条件的情况下，门锁可以正常将使用记录上报到应 用服务器，前端网页可以正常地查看到门锁的使用
能锁系统解决方案[J].计算机应用研究，2019,36(6)：
1797-1802. [3] 吴超华，李云飞，严建峰.基于NB-IoT的路灯控制系
统设计[J].现代电子技术,2018,41(24):5-9. [4] 潘磊磊，张桂青，田崇翼，等.基于NB-IoT的农业环境
监控系统设计[J].电子设计工程，2019,27(1):25-30. [5] 王伟峰，韩非，彭超，等.基于NB-IoT的土壤摘情监测
系统设计与应用[J].自动化与仪表，2020,35(2):104-
108. [6] 蒋震，王筝，曹中强，等.基于NB-IoT的温湿度采集系
统设计与实现[J].信息化研究，2018,44(6):63-69. [7] 吴正平，张兆蒙，李东，等.基于NB-IoT智能水表抄表
系统设计与实现[J].传感器与微系统，2019,38(11)：
图6 AT指令 3.4管理系统软件设计
使用Java语言编写智能门锁管理系统平台程序， 可以实现对NB-IoT智能门锁的动态管理，主要包括用 户管理、安装位置管理、门锁管理等模块。 3.4.1用户管理模块
用户管理模块用来对使用智能门锁的用户进行 管理，主要包括新增用户、编辑用户、删除用户等功 能。新增用户的功能是用户在申请公租房通过之后， 将用户的姓名、身份证号、联系方式、租房到期时间 等信息添加到门锁管理平台的数据库中，以便之后 的门锁管理及记录查看。编辑用户的功能是在用户 的个人信息发生变动时,如租房到期时间发生变动， 对用户的信息进行修改。
第2层为传输层。在该层中,NB-IoT无线通信模 块与采集传输控制器通过UART（通用异步收发传输 器）协议进行传输，通过总线连接；采集传输控制器 接收到各模块采集的数据后，进行数据解析和重组
后采用NB-loT的通信方式将数据远程发送到电信物 联网云平台。
第3层为网络层。借助电信运营商的NB通信基 站，按照电信物联网云平台的数据接入规范,将各采 集控制器的数据发送到电信物联网云平台，并转发
收稿日期：2021-01-08 基金项目：安徽省自然科学研究重点项目（KJ2017A589） 作者简介：孙握瑜（1983—）,男，安徽寿县人，讲师，硕士，研究方向：计算机应用技术。
孙握瑜:基于NB-IoT的公租房智能门锁系统设计与实现
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到阿里云服务器上，然后存储到MySql数据库中，以 记录智能门锁数据。
储管理;开发的前端Web管理网站使用阿里云Web服 务，实时显示智能门锁的状态，高效地对公租房进行
服务和管理。实际应用证明，本文介绍的解决方案具
有良好的可行性。
参考文献：
[1] 姜成贵.NB-IoT在物联网中的应用[J]国新通信,
2020,22(1)：26-2 & [2] 沙涛，刘梦君，李丹，等.公租房背景下NB-IoT安全智
93-95.
【责任编辑刘建华】
Design and Implementation of Intelligent Door Lock System for Public Rental Housing Based on NB-loT
系统中主要的数据库如表1所示。 表4数据表设计
功能 租户信息表 房间信息表 门锁信息表 开门记录表
字段组成 tenant(tenant_id,name,ID_Card,tele,time,state) room(room_id,address,tenant_id,lock_id) lock(lock_id,imei,inisi,state,card) record(record_id,lockld,roomld,cardld,time)
为上述创建的产品模型中的属性添加对应的编 解码方式，以便电信NB云平台能够正确地对收发的 数据进行编解码。 3.3.3设备选择与调试
选择BC95模块作为搭载NB模块的设备，使用串口 调试工具发送AT指令,来进行平台的接入与数据的收 发,串口调试工具使用的AT指令如图6所示,通过对应 步骤即可将设备接入电信NB云平台并上报数据。
该模块工作模式主要有CONNECTJDLE和PSM
图3门锁控制模块业务流程
3.2智能门锁设备接入软件 门锁通过操作微信小程序注册到电信的NB云平
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新乡学院学报
台，随后通过已经在平台定义的产品模型进行数据 的收发,小程序软件界面如图4所示。
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时监测和管理功能。该系统选用ICC32F070为主控制器，系统由集成指纹、PCD、NB-IoT、显示、语音等模块组成。详
细阐述了系统的整体解决方案和软硬件设计过程。在应用场景使用中，系统运行稳定，对提升公租房管理水平效果
明显。
关键词：公租房；NB-IoT；ICC32F070；电信物联网云平台；智能门锁系统
3种，该模块可以自由切换工作模式。在PSM状态下 电流仅为5 |JiA,IDLE状态下电流为6 mAo BC95模组 包括串口、电源供电、射频、USIM卡和ADC模数转换 等接口，共有94个引脚。
3系统软件设计
该系统的软件设计包括上位机软件设计和下位 机软件设计两部分。上位机软件设计为公租房智能 门锁系统软件设计，主要依托电信云平台进行开发； 下位机软件设计包括门锁控制模块软件设计和智能 门锁设备接入软件设计。
个人信息：mh
-管理员
01.蓝牙信息： MAC ID：请扫描设备编码获取设备信息
02.门锁信息:
占说输入蓝牙指令
发送播令
身份证
CPU卡
门锁信息
开门
初绐化
白名单版本号
蓝牙通回啟拯:
白名单下栽
解除锁定
03.房间信息：
当前选择：■(七・>23・1・204
平台中用于描述设备具备的能力和特性的模型。开 发者通过定义Profile,在IoT平台构建设备的抽象模 型，该模型使平台理解该设备支持的服务、属性、命 令等信息，如电量、开关状态等。为了能够方便地自 定义数据协议，采用设置一个较长的属性值来定义 Profile,通过一个长度为800的字符串来标识设备与 平台进行通信时的数据，可以方便地进行协议修改 与替换。 3.3.2编解码插件开发
3.1门锁控制模块软件设计 门锁控制模块用于控制门锁的开关门、卡片与
指纹数据的采集、数据上报等。软件设计主要包括 NB-IoT模块联网、对开门指令的处理以及数据收发 处理等部分,业务流程如图3所示。
N
无线通信 模组
语音眄
I 11 ］ 指纹戦 电池电量检则
图2硬件总体结构 2.2 BC95 模块
NB-IOT通信模组采用上海移远公司BC95-B5模 块，该模块支持UDP、COAP两种协议，工作电压范围 为3.1-4.2 V,典型值为3.6 V,BC95模块通过USART2 与主控芯片连接,利用电信NB卡发送AT指令来实现 模组与服务器之间通信，如查询工作状态、数据交互 等功能。
为实现公租房门锁的统一集中管理，需要掌握 门锁的实时状态，门锁发送的数据必须依托物联网 通信技术进行上传，同时通过云平台下发操作指令。 传统的Zigbee、WIFI、蓝牙等短距离物联网通信技术 难以实现远程的集中管理。随着物联网技术的不断 革新，窄带物联网（NB-loT）的出现为解决公租房门 锁的集中管理带来了技术可能。NB-loT技术是专为 满足广域、低速率的物联网需求设计的无线通信技 术，其具有低速率、低功耗、广覆盖等优点，因此，在 公租房智能门锁的管理中,NB-IoT技术将会成为未 来的发展方向。
本文提出了以NB-loT为技术核心的公租房智能 门锁管理系统，其物联网终端设备以自主研发芯片 ICC32F070为主控器、以BC95为NB-loT通信模块，依 托电信物联网开放平台进行设备接入。
1系统总体方案设计
公租房智能门锁管理系统总体框架如图1所示。 按照物联网系统对应的感知层、传输层、网络层、应 用层等分层架构进行设计。
日确认注册
图4小程序软件界面 3.3电信云平台产品开发
电信云平台的产品是设备在云平台上的抽象实 体，通过电信NB云平台创建并配置产品信息来实现 设备的接入与数据收发。产品信息的设计流程如图5 所示。
图5电信云平台产品的设计流程 3.3.1产品模型创建
设备模型也称作产品模型(Profile),它是电信云
中图分类号：TM301.2
文献标识码：A
文章编号：2095-7726（2021）06-0054-04
目前，各地政府、企业或公共机构面向新就业职 工、毕业大学生、退休老人及一些迁入城市工作的人 员群体提供了大量的公共租赁住房。由于住户和房 产类型的特殊性，公租房运营方面存在运营管理不 规范、租户使用不合理、人员变更频繁、房屋安全性 不足等问题。要解决以上问题,规范公租房门锁的管 理是其中较为关键的一环。因此本文设计了一套智 慧程度高、简便易用的智能门锁系统。
第38卷 第6期 Vol. 38 No. 6
新乡.学院学报.. Journal of Xinxiang University
2021年6月 Jun. 2021
基于NB-loT的公租房智能门锁系统设计与实现
孙握瑜
（安徽商贸职业技术学院 信息与人工智能学院，安徽 芜湖241000）
摘 要：为解决公租房规范管理难的问题，设计了一种基于窄带物联网技术的公租房智能门锁系统，实现了远程实
指纹臟 |电池电量甌模列 |开关甌模块~~|
蚯模块
PCD模块
4a 公腸
WebSg^ MySql :智能门锁系统
感知层
传输层 网络层
图1系统总体框架
应用层
第1层（感知层）包括智能门锁上的指纹模块、电
池电量检测模块、开关检测模块、触摸模块、PCD模
块等设备组成，其主要作用为采集门锁的各类终端
数据，并把采集到的数据发送到采集传输控制器。
孙握瑜:基于NB-IoT的公租房智能门锁系统设计与实现
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3.4.2妥装位置管理模块 安装位置管理模块通过添加具体的房间所属地
址来定位门锁的安装位置，一般按照小区-楼栋-单 元-房间号来定位门锁的安装位置。 3.4.3门锁管理模块
门锁管理模块是用来进行门锁管理的模块，主 要功能有门锁信息查看、租户管理、房卡信息查看 等。门锁信息查看功能是提供包括门锁所属的具体 房间信息、门锁ID、锁内通信模块的信息(IMEI号) 等，可以帮助系统使用者查看门锁及租户的历史信 息。租户管理功能是为智能门锁添加或者移除租户， 租户被添加之后可以使用门锁，租户被移除之后无 法使用门锁。房卡信息功能查看则是可以使系统使 用者看到当前门锁绑定的房卡(或者其他开门方式， 如指纹等)的卡号。 3.4.4数据库设计
记录。通过前端网页可以实现租户入住、租户管理、
门锁管理等公租房管理功能。
5结论
依托NB_IoT物联网技术，建立了公租房智能门
锁管理系统。对NB_IoT通信传输、设备接入等各模块
进行了软硬件设计，通过NB协议实现了采集传输控 制器与电信云平台之间的数据通信；获取的数据转
存到阿里云平台，使用SQL数据库服务，实现数据存
第4层为应用层。开发设计公租房智能门锁管理 系统，系统从云服务器的MySql数据库中获取智能门 锁的各项数据，实时监控智能门锁状态，通过对数据 进行分析、展示，加强对公租房门锁的管理和决策。
2系统硬件设计
2.1总体结构
系统硬件总体结构如图2所示，其中ICC32F070 主控器为自主研发芯片，该芯片采用110 nm超低漏 电(ULL)eFlash的全新工艺平台解决方案。该芯片有 内置PCD模块,程序和数据与256KBFLASH存储器和 4KBSRA M共享,具有存储器保护单元(MPU),适用于 多个智能锁应用场景的解决方案，包括家庭智能锁、 校园智能锁、公租房智能锁以及其他行业专用智能 锁等，可快速实现部署应用。OLED显示模块主要用 于显示门锁电量、时间、信号强度等数据。无线通信 模组采用主流的BC95模块，指纹模块主要用于读取 用户指纹，数据通过加密处理。触摸键盘主要用于获 取用户输入的密码数据。设计的智能门锁采用单芯 片方案，功耗30 |xA左右,待机时间更长，信息安全有 保障。