企業智能無源鎖管理ＡＰＰ的設計與實現

姜佳琪 黃凱怡 王成慶等

摘要：在電力行業中，由于存在大量的鎖具需要進行管理，傳統的一把鑰匙開一把鎖的方式極其不便，管理部門無法及時了解維護人員是否對相關設備進行維護，設備的相關操作也無法得到及時的記錄與統計。因此，需要綜合利用智能硬件、無線通信和互聯網技術開發一個智能無源鎖管理APP，其通過授權分配開鎖權限，藍牙傳送指令信息，并自動上傳記錄操作。該系統具有鎖具易于安裝維護、鑰匙可授權開任意鎖具和操作日志自動實現打卡管理等特點。

關鍵詞：無源鎖；藍牙傳輸；Android

中圖法分類號：TN925 文獻標識碼：A

１ 引言

在企業管理和人們的日常生活中，鎖具被廣泛應用于保護貴重物品資料。尤其是在電力服務行業中，隨著國家智能電網和移動通信基礎建設的深入，以集團化運作、集約化發展、精益化管理和標準化建設為特征的管理框架已基本形成［１］ ，為維護設備的安全，需頻繁使用大量的鎖具進行開關操作。隨著信息技術和網絡技術的發展，特別是Ｉｎｔｅｎｅｔ 和多媒體通信需求爆炸式的增長，人們對通信的需求越來越集中在寬帶網絡和無線通信領域［２］ 。而對于鎖具龐大數量的需求，低成本、高安全也成為市場的主要考察指標，如何將無線技術融入鎖具系統應用是目前主要研究方向。

２ 開發背景

在電力服務行業公司中，經常需要管理“輸電、配電、變電、送電”等眾多設備，這些設備分布區域廣，并且要定期對其進行巡檢和維護。為保護這些設備的安全，通常需要對一些設備安裝鎖具。

傳統市場大部分以機械鎖為主，機械鎖芯裝配工藝復雜，通過轉動鑰匙機械帶動鎖芯齒輪完成開鎖，容易被鋼絲等工具盜開，結構安全性不高。

隨著技術的發展與提升，在國內外市場上出現了利用信號采集和處理的電子鎖，將人體的指紋和虹膜等唯一特征與鎖具相結合，研制出保密安全性能較高的指紋鎖、人臉識別鎖等［３］ 。但由于其成本較高、價格昂貴，其發展與推廣也受到了一定程度的制約。

由于設備眾多，傳統的一把鑰匙開一把鎖的方式導致設備巡檢人員需要隨身攜帶眾多鑰匙，巡檢過程非常不方便，管理部門也無法及時了解巡檢人員的工作情況，給設備安全運行留下了隱患。因此企業急需一套新型鎖具系統以解決上述問題，且通過中研網數據分析統計，智能無源鎖正處于市場起步階段，其擁有良好的市場前景。

３ 技術介紹

本文企業智能無源鎖管理ＡＰＰ 同時適用于Ａｎｄｒｏｉｄ 和ｉＯＳ 系統，前端使用ｈ５ 語言以及ＭＵＩ 框架實現頁面，后臺使用ｓｐｒｉｎｇｂｏｏｔ 并結合ＭＹＳＱＬ 數據庫技術進行實現。

３．１ ＭＵＩ 框架

ＭＵＩ 是Ｄｃｌｏｕｄ 官方推出的一個基于“ｈｔｍｌ５＋”標準的框架，同時擁有ｈ５ 組件和原生組件，是最接近原生ＡＰＰ 體驗的高性能前端框架。ＭＵＩ 原生組件依賴于“ ｈｔｍｌ５ ＋” 運行環境， 也就是原生ＡＰＰ 里面的ｗｅｂｖｉｅｗ 組件（能加載顯示網頁，可以將其視為一個瀏覽器），所以ＭＵＩ 里面的原生組件不能用于瀏覽器環境［４］ 。

開發者可以根據自己的需要進行代碼適配，對于ＡＰＰ 使用增強的原生組件，以及普通瀏覽器里面運行的頁面使用ｈ５ 組件。同時用戶還可以使用ｍｕｉ．ｏｓ．ａｎｄｒｏｉｄ，ｍｕｉ．ｏｓ．ｉｏｓ 及ｍｕｉ．ｏｓ．ｗｅｃｈａｔ 對平臺進行檢測，然后書寫不同的邏輯代碼。

３．２ Ｓｐｒｉｎｇ Ｂｏｏｔ 框架

Ｓｐｒｉｎｇ Ｂｏｏｔ 是由Ｐｉｖｏｔａｌ 團隊提供的全新框架，其設計目的是用來簡化新Ｓｐｒｉｎｇ 應用的初始搭建以及開發過程。該框架使用特定的方式進行配置，從而使開發人員不再需要定義樣板化的配置［５］ 。Ｓｐｒｉｎｇ Ｂｏｏｔ基于Ｓｐｒｉｎｇ４．０ 設計，不僅繼承了Ｓｐｒｉｎｇ 框架原有的優秀特性，而且還進一步簡化了Ｓｐｒｉｎｇ 應用的整個搭建和開發過程。另外，Ｓｐｒｉｎｇ Ｂｏｏｔ 通過集成大量的框架使依賴包的版本沖突以及引用的不穩定性等問題得到了很好地解決。

３．３ ＭｙＳＱＬ 數據庫

ＭｙＳＱＬ 是一種關系型數據庫管理系統，關系數據庫將數據保存在不同的表中，而不是將所有數據放在一個大倉庫內，以提升速度及靈活性。ＭｙＳＱＬ 所使用的ＳＱＬ 語言是用于訪問數據庫的最常用標準化語言［６］ 。ＭｙＳＱＬ 軟件采用了雙授權政策，分為社區版和商業版，由于其體積小、速度快、總體擁有成本低，尤其是開放源碼這一特點，一般中小型和大型網站的開發都將ＭｙＳＱＬ 作為網站數據庫。

４ ＡＰＰ 的設計與實現

４．１ 需求分析

企業智能無源鎖管理ＡＰＰ 通過權限分配任務職責，通過藍牙連接鑰匙，主要實現人員管理、鑰匙管理、鎖具管理、任務管理、日志管理５ 個模塊功能。

系統結構由管理平臺、移動端ａｐｐ 和智能無源鎖具３ 部分構成。管理平臺負責集中控制，遠程授權任務對象并查詢相關記錄；移動端ａｐｐ 下載任務指令于鑰匙，完成開鎖操作，并返回相關操作日志于后臺；智能無源鎖具校驗指令正確后執行開關鎖操作。系統結構如圖１ 所示。

４．２ ＡＰＰ 功能設計

根據需求分析，本系統核心功能如圖２ 所示。其主要實現人員管理、鑰匙管理、鎖具管理、任務管理、日志管理５ 個模塊功能。

４．３ 系統功能

系統功能包括用戶注冊登錄和個人設置２ 部分。

在手機上點擊企業智慧無源鎖管理軟件ＡＰＰ 就自動進入用戶登錄的界面，從這個界面中用戶可以看到用戶名和密碼需要輸入，此外還有記住密碼、自動登錄、忘記密碼３ 個選項。待賬號密碼輸入完成后點擊登錄按鈕，若二者匹配正確則進入系統進行操作。如果用戶不能正確登錄該軟件，將無法正常使用軟件。登錄界面如圖３ 所示。

４．４ 人員管理

人員管理頁面顯示當前登錄用戶所在部門的所有員工信息。在系統結構上，部門實行垂直化管理制度，一個系統只設置一個超級管理員，可增刪普通管理員與員工，向下兼容具備下級所有職能。各個部門設置相應數量的普通管理員，實行平行化管理，具備相同權限。權限是聯系結構的紐帶，該系統本質上是實現無源鎖芯的開鎖與閉鎖功能，而任務的授權則依賴于權限的分配。人員信息顯示如圖４ 所示。

４．５ 鑰匙管理

鑰匙管理頁面顯示當前可用鑰匙的基本信息及實時狀態。鑰匙由管理員賬號在移動端ＡＰＰ 添加或批量導入，并存入數據庫進行信息存儲。管理員可根據其執行權限對鑰匙信息進行增刪改操作，此外，ＡＰＰ 還提供了鑰匙在線更新功能，管理員可通過點擊下載文件，從服務器獲取最新版本信息的二進制文件，在ＡＰＰ 端借助藍牙技術對設備進行在線更新。鑰匙信息顯示如圖５ 所示。

４．６ 鎖具管理

鎖具管理頁面顯示部門可用鎖具的基本信息及實時位置。鎖具信息由管理員賬號在移動端添加或在平臺上批量導入，ＡＰＰ 根據省市區規劃自動生成鎖具ＩＤ 唯一標識，借助地圖插件，實現了對鎖具的定位監控，以便企業對線下硬件設備的管理和后期維護。鎖具信息顯示如圖６ 所示。

４．７ 任務管理

任務管理頁面顯示當前登錄用戶的所有任務信息以及完成進度。管理員按照規定步驟創建任務，并將其展示在對應操作人員的頁面中，包括操作時間、授權鑰匙、待開鎖具等信息，對于已完成、已失效及未完成的任務信息將分別展示。操作人員執行任務時將收到后臺發送的任務指令，隨后通過ＡＰＰ 藍牙連接，下發至鑰匙完成。任務界面顯示如圖７ 所示。

４．８ 日志管理

日志管理頁面顯示當前登錄用戶的操作記錄，根據權限設置不同用戶的顯示范疇，以及多項查詢索引，可根據人員、日期、操作等篩選日志記錄，方便查看。同時結合大數據技術對日志信息進行可視化分析。日志管理界面分為用戶日志和操作日志。用戶日志記錄用戶登錄時間、修改密碼、注銷時間等信息；操作日志記錄開鎖、關鎖、巡檢等信息。日志信息自動上傳并生成可視化界面。

普通用戶只能看到自己的操作日志，管理員可看到管理部門的所有操作日志。日志首頁展示操作時間、操作人、操作方式和執行結果４ 項信息。日志管理界面如圖８ 所示。

４．９ 功能實現

４．９．１ 軟件系統架構搭建

企業智能無源鎖管理ＡＰＰ 借助ＭＶＣ 開發架構，以及ＡＰＰ 端用戶通過ＨＴＴＰ 通信方式，請求管理系統后臺的相關應用接口通過服務層的處理事務提供相應的服務，在持久層中獲取用戶所需的數據［７］ ，并通過前端頁面渲染技術，采用簡潔美觀的顯示方式進行信息展示，以提高整個應用系統的人性化水平。ＭＶＣ架構如圖９ 所示。

４．９．２ Ｓｈｉｒｏ 安全驗證

針對當前交互主體提交請求，所有的Ｓｕｂｊｅｃｔ 都綁定到ＳｅｃｕｒｉｔｙＭａｎａｇｅｒ，與Ｓｕｂｊｅｃｔ 的所有交互最終都會委托給ＳｅｃｕｒｉｔｙＭａｎａｇｅｒ，ＳｅｃｕｒｉｔｙＭａｎａｇｅｒ 是安全管理器，它管理著所有Ｓｕｂｊｅｃｔ，是Ｓｈｒｉｏ 的核心部件。隨后Ａｕｔｈｅｎｒｉｃａｔｏｒ，Ａｕｔｈｏｒｉｚｅｒ 完成對Ｓｕｂｊｅｃｔ 的驗證或角色授權。而Ｒｅａｌｍ 是一個安全實體數據源，用于獲取安全實體［８］ 。擁有ｒｅａｌｍｓ，Ｓｈｒｉｏ 就可以知道Ｓｕｂｊｅｃｔ的信息和數據庫的信息是否匹配，它的作用就是得到數據庫中的信息。由于對Ｓｕｂｊｅｃｔ 進行認證和授權都需要調用ｒｅａｌｍ，因此ｒｅａｌｍ 不僅僅相當于數據源，更加包含了認證和授權的一種邏輯。Ｓｈｒｉｏ 處理認證＆授權流程圖如圖１０ 所示。

４．９．３ ａｊａｘ 前后端交互

本項目使用ＭＵＩ 提供的Ａｊａｘ 工具完成與服務器端的交互。ＭＵＩ 框架基于ｈｔｍ５ ｐｌｕｓ 的ＸＭＬＨｔｔｐＲｅｑｕｅｓｔ，封裝了常用的Ａｊａｘ 函數，支持ＧＥＴ，

ＰＯＳＴ 請求方式，支持返回ｊｓｏｎ，ｘｍｌ，ｈｔｍｌ，ｔｅｘｔ，ｓｃｒｉｐｔ數據類型。本著極簡的設計原則，ＭＵＩ 提供了ｍｕｉ．ａｊａｘ 方法，并在此基礎上，進一步簡化出最常用的ｇｅｔ，ｇｅｔＪＳＯＮ，ｐｏｓｔ 三個方法［９］ 。

如圖１１ 所示，先聲明服務器ｕｒｌ 地址，在ｈｅａｄｅｒｓ中聲明內容的類型，固定格式為｛＇Ｃｏｎｔｅｎｔ?Ｔｙｐｅ ＇：＇ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ／ ｊｓｏｎ＇｝，在ｄａｔａ 參數中，聲明要向服務器端傳輸的數據，前者為該數據在服務器端的名稱，設置ｔｉｍｅｏｕｔ 延時，若超過設定時間，則認為數據傳輸失敗。

Ｓｕｃｃｅｓｓ 對服務器端返回數據結果進行相應處理。

５ 結束語

“企業智慧無源鎖系統”由智能藍牙鑰匙、無源鎖芯、手機ＡＰＰ 管理軟件及在線管理平臺４ 部分組成。

系統以垂直模式分配管理權限，手機ＡＰＰ 與藍牙鑰匙進行連接，由管理員在平臺創建任務指令并傳輸到ＡＰＰ，再通過藍牙下發給鑰匙，完成開鎖操作，同時根據鑰匙返回信息自動生成操作日志，以便后期查看。

結合３Ｄ 建模技術實時更新顯示企業鎖具位置狀態，結合大數據統計分析技術對日志數據進行處理，以提供更直觀簡潔的可視化圖形界面。本系統在滿足企業需求的同時，提供了更高效快捷的管理模式。

與市面上現有產品相比，該系統存在以下優勢。

（１）轉移帶電載體。將帶電載體從鎖具轉移到鑰匙，解決了戶外安裝不便的問題，且鑰匙小巧方便攜帶。

（２）打破傳統鎖具與鑰匙一對一的局限。通過任務授權，一把藍牙鑰匙可打開萬把鎖，而同一個鎖具也可以被多把鑰匙打開，解決了鑰匙丟失換鎖麻煩、鑰匙偷竊安全不保障的問題。（３）自動巡檢簽到制度。任何操作記錄都會自動上傳，經處理后生成日志，并結合大數據技術做出分析，管理人員可通過后期查看檢查工作人員是否懈工怠工或謊報操作。

參考文獻：

［１］ 閔雄，趙力．基于ＮＦＣ 無源供電技術的防誤鎖具設計及應用［Ｊ］．機電工程技術，２０２２，５１（８）：２３６?２３８＋２４９．

［２］ 郭宇平，鄭育君，李平川．無源鎖安全管控系統應用于港口行業特殊空間作業的可行性［Ｊ］．科技資訊，２０２１，１９（２６）：５０?５３．

［３］ 齊永虎，汪娜娜，王帆，等．基于物聯網的智能鎖群管理系統［Ｊ］．中國科技信息，２０２０（２０）：６５?６６．

［４］ 劉旻．基于ＳＴＭ３２ 單片機的手機藍牙無源鎖設計［Ｊ］．電子世界，２０２１（１５）：１９４?１９５．

［５］ 許鴻飛，林琪琪，魏海影．智能鎖具的設計發展趨勢研究［Ｊ］．決策探索（中），２０２０（８）：５３?５４．

［６］ 張曉琳．民用鎖具設計的發展現狀及未來的發展趨勢研究［Ｊ］．全國商情（理論研究），２０１０（１０）：１１９?１２０．

［７］ 劉霞，張玫．配電站智能鎖管理系統設計與應用［Ｊ］．科技與創新，２０２０（３）：１５８?１５９．

［８］ 韋靜怡．基于ＮＢ?ＩＯＴ 通信的無源機柜智能鎖的設計與優化［Ｄ］．長沙：湖南師范大學，２０１９．

［９］ 黃鶯．基于ＭＵＩ 的跨平臺移動Ａｐｐ 開發研究———以“網頁設計Ａｐｐ”為例［Ｊ］．職業，２０２０（２）：９２?９４．

作者簡介：

姜佳琪（２００１—），本科，研究方向：計算機應用技術。

方建文（１９７２—），博士，教授，研究方向：計算機應用技術（通信作者）。