一种基于语音指令的电子门锁解锁方法及系统

黄萌凌 ，丁竹生 ，张金叶

（1.航天科技集团702 所，北京 100076；2.航天科技集团18 所，北京 100076）

0 引言

目前，电子门锁主要采用基于生物特征识别、感应、密码等解锁方法。采用这些解锁方法的优点是减少了人们出门时需要携带钥匙的麻烦，或增强了应用场景的感受。但是，它们也都存在一些不足之处。

基于指纹识别的解锁方法是基于生物特征识别的解锁方法的代表。基于指纹识别的解锁方法不足之处是指纹库的建立与变更比较麻烦；指纹涉及个人隐私权问题，人们不太愿意在公共场所留下它。因此，指纹锁通常只适用于家庭住宅的防盗门，而不太适用于酒店、写字楼等公共场所的房门。

酒店房门的电子门锁通常采用感应解锁方法。采用这种解锁方法需要旅客离开房间时随身携带感应卡片，这与随身携带钥匙情况类似，也没有解决需要随身携带“解锁工具”这个麻烦。

密码解锁方法通常应用于门禁领域。采用密码解锁方法的不足之处在于需要用户记住密码，对于记忆力衰退的老人或行动不便的人来说，这会带来一些困难。

本文提出了一种基于语音指令的电子门锁解锁方法[1-2]及系统[3-4]。基于本方法及系统的电子门锁适用于家庭防盗门、酒店/写字楼、楼宇门禁等各种应用场景，并且解锁便捷、管理方便。

1 基于语音指令的电子门锁解锁系统

1.1 基于语音指令的电子门锁解锁方法

基于语音指令的电子门锁解锁方法包括如下步骤：

（1）向安装了用户APP的手机输入语音解锁指令；

（2）用户APP 把语音解锁指令转换为文本解锁指令；

（3）用户APP自动读取用户手机号码，并把所述手机号码、文本解锁指令发送到互联网服务器，以请求获取解锁秘钥；

（4）互联网服务器根据所述手机号码、文本解锁指令查找解锁秘钥并向用户APP 反馈查找结果；

（5）用户APP 把获取的解锁秘钥发送到电子门锁；

（6）电子门锁的控制器将接收到的解锁秘钥和其数据存储器中的解锁秘钥进行对比，如果两者相同则使电子门锁的驱动器执行解锁动作。

1.2 电子门锁系统总体设计

如图1 所示，一种用于实现上述方法的电子门锁系统包括：电子门锁、手机、互联网服务器[5-6]。电子门锁与手机之间通过蓝牙通信连接，手机与互联网服务器之间通过4G/5G 连接。电子门锁包括控制器、驱动器和受控锁体，其中控制器包括微处理器、数据存储器和蓝牙通信模块，驱动器为微型电机或电磁铁。互联网服务器包括系统门户网站、系统管理数据表[7]、可供下载到手机的管理员APP、可供下载到手机的用户APP。

图1 电子门锁系统结构框图

图1 中，控制器中的微处理器采用但不限于单片机[8-9]，数据存储器采用具有断电保护和重写功能的数据存储芯片（如EEPROM）；受控锁体采用但不限于手动上锁方式并兼容机械钥匙；互联网服务器可以是传统互联网服务器或云服务器。

2 具体实施方式

以用户张三为例，假设张三的家庭防盗门、办公室门、旅行时所住酒店客房的房门、社区楼宇门禁等都安装了属于本系统中的电子门锁[10-13]，并且这些电子门锁的解锁指令分别为：“301 开门”、“3201 开门”、“芝麻开门”、“3 单元开门”，那么张三就可分别用这些解锁指令[14]打开这些门锁[15]。

2.1 解锁过程

当张三来到家门口，向其手机喊声“301 开门”，其防盗门就会被自动打开。如图2 所示，张三家庭防盗门基于语音指令的解锁方法包括如下步骤：

图2 解锁过程示意图

（1）向安装了用户APP的手机输入语音解锁指令“301开门”；

（2）用户APP 通过语音识别模块，把语音解锁指令“301 开门”实时转换为文本解锁指令“301 开门”；

（3）用户APP自动读取张三的手机号码，并把所述手机号码、文本解锁指令发送到互联网服务器，以请求获取解锁秘钥；

（4）互联网服务器对所述手机号码、文本解锁指令进行绑定以生成用户解锁指令，并根据该用户解锁指令查找解锁秘钥并向用户APP 反馈查找结果；

（5）用户APP 把获取的解锁秘钥发送到张三家庭防盗门的电子门锁；

（6）该电子门锁的控制器将接收到的解锁秘钥和其数据存储器中的解锁秘钥进行对比，如果两者相同则使该电子门锁的驱动器执行解锁动作。

对于步骤（6），进一步地，控制器在使驱动器执行解锁动作之后，可把解锁成功的信息反馈给用户APP，用户APP 接收到所述信息后使手机给出语音提示，如：“门已开，主人请进”。

基于同样的解锁方法，张三用语音解锁指令“3201开门”、“芝麻开门”、“3 单元开门”，可以分别打开办公室门、所住酒店客房的房门、社区楼宇门禁。图3 为本技术方案的用户APP 解锁流程。

图3 用户APP 解锁流程

2.2 信息输入、秘钥设置

为了使用户能够实现语音指令解锁，管理员需要完成以下任务：首先是互联网服务器系统管理数据表中设备管理信息的输入，其次是电子门锁解锁秘钥的设置，最后是互联网服务器系统管理数据表中用户管理信息的输入。

2.2.1 设备管理信息输入

设备管理信息包括电子门锁ID、解锁密码、解锁秘钥、解锁指令。设备管理信息的输入/修改包括以下步骤：

（1）新用户通过所述系统门户网站完成管理员注册，老用户直接进入步骤（2）；

（2）登录管理员账号、密码，进入到系统管理数据表信息输入/修改界面；

（3）管理员手动输入/修改解锁密码、文本解锁指令，电子门锁ID 由管理员APP 从电子门锁中读取并由互联网服务器保存，解锁秘钥由互联网服务器把电子门锁ID、解锁密码绑定后自动生成。

2.2.2 电子门锁解锁秘钥设置

如图4 所示，电子门锁解锁秘钥的设置/重置包括以下步骤：

图4 解锁秘钥设置/重置过程示意图

（1）新用户下载管理员APP 并安装到手机上，老用户直接进入步骤（2）；

（2）打开管理员APP 解锁秘钥设置/重置界面，手动输入管理员账号、密码，确认后管理员APP 把管理员账号、密码发送到互联网服务器，以请求进行身份验证；

（3）身份验证通过后，管理员APP 从电子门锁中读取电子门锁ID，并将其发送到互联网服务器，以请求获取解锁秘钥；

（4）互联网服务器查找所述电子门锁ID 是否已经存在，如果所述电子门锁ID 已经存在则直接进入步骤（5），否则互联网服务器对所述电子门锁ID 和已保存的解锁密码进行绑定以生成解锁秘钥，并保存所述电子门锁ID、解锁秘钥；

（5）互联网服务器根据所述电子门锁ID 查找解锁秘钥，并向管理员APP 反馈查找结果；

（6）管理员APP 把获取的解锁秘钥发送到电子门锁；

（7）电子门锁的控制器将其数据存储器中的电子门锁ID 和所述解锁秘钥中绑定的电子门锁ID 进行比较，如果两者一致则保存所述解锁秘钥。

2.2.3 用户管理信息输入

用户管理信息包括用户手机号码、用户解锁指令、用户姓名。用户管理信息的输入/修改包括以下步骤：

（1）登录管理员账号、密码，进入到系统管理数据表信息输入/修改界面；

（2）管理员手动输入或删除用户手机号码、用户姓名，用户解锁指令由互联网服务器把用户手机号码、文本解锁指令绑定后自动生成；

（3）确认后，互联网服务器将做以下查询：是否存在相同的用户解锁指令，如果不存在则保存，否则提示更换解锁指令。

3 系统管理数据表及说明

以张三为例的电子门锁系统的系统管理数据表（数据库的表）信息如表1～表4 所示。

表1 家庭防盗门电子门锁系统的系统管理数据表

表2 办公室门电子门锁系统的系统管理数据表

表3 酒店客房电子门锁系统的系统管理数据表

表4 楼宇门禁电子门锁系统的系统管理数据表

对于解锁指令，应使用门牌号码命名，如“3201 开门”。但也可以使用其他个性化名称命名，如“芝麻开门”、“土豆开门”、“梅西开门”等，只要用户解锁指令在数据库中是唯一的。但是，为了便于管理和避免一些意外情况的发生，一般都应使用门牌号码命名，把以门牌号码命名的解锁指令名称设为默认值。只有个别情况下出现名称冲突时，才使用其他名称替代。例如，张三旅行时入住的酒店客房，其默认的解锁指令名称正好与张三办公室的一致，都是“3201 开门”，这时就需要用临时解锁指令名称如“芝麻开门”替代。参见上述数据表。

对于解锁秘钥，其由电子门锁ID 和解锁密码绑定后形成。进行这样的技术设计，不仅是满足技术方案的需要,还可以较大程度减少管理员设置或修改解锁秘钥的工作量。以酒店为例，管理员只需要设置同一个解锁密码，就可以生成酒店所有电子门锁的解锁秘钥。同样地，用同一个新解锁密码替换原解锁密码，就可以生成酒店所有电子门锁的新解锁秘钥。参见上述数据表。

对于用户管理，仍以张三入住酒店为例。当张三入住或离开酒店时，管理员只需要把他的手机号码、姓名输入到系统管理数据表或从系统管理数据表中删除掉即可，十分方便。对于使用的临时解锁指令，在删除张三手机号码后，系统自动恢复默认值。其他情况下的管理方式也是一样的，例如，张三因职务升迁不再在原来的办公室办公了；张三出租的房屋，房客不再承租了等。参见上述数据表。

对于管理员，家庭客户的管理员可以是家庭中任何一个成员；酒店客户的管理员一般是前台服务员；办公机构客户的管理员由组织的相关部门指定；楼宇门禁客户的管理员一般是物业管理人员。家庭客户的管理员宜从手机端进入系统门户网站，进行系统管理数据表的信息输入/修改。其他客户的管理员宜从PC 端进入系统门户网站，进行系统管理数据表的信息输入/修改。

4 结论

本文提出的一种基于语音指令的电子门锁解锁方法及系统，相较于现有电子门锁来说，是一种全新的技术方案。采用本方案，使用同一款用户APP，根据不同的语音解锁指令可以打开各种应用场景的电子门锁；通过语音唤醒功能，向用户APP 发出语音解锁指令时，甚至不需要从口袋里掏出手机；输入/修改设备、用户信息,只需要进行简单的数据录入或删改。此外，由于手机发挥了临时智能终端的作用，因此相比于其他智能化电子门锁，基于本方案的产品具有更高的性价比；特别是电子门锁可以进行分体设计，控制器可安装在室内墙壁上并由室内电源供电，这样既提高了安全性，又减少了更换电池的麻烦。