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自制：如何装配一个电子门锁
我们有用来冲咖啡，开空调，洗衣服的机器。那么，为什么我们没有用来自动锁门和开门的机器呢？这种想法在我的脑海中弥漫着，因为我每天在学生宿舍要解锁的不是一个门，两个门而是三个门。
当我搬到了校园公寓，关于锁的情况变得更加糟糕，我原本光滑的无线射频（RFID）卡被一把又大又笨重的钥匙取代了。这把钥匙在我的口袋里撕开口子，制造噪音，划破它所接触的任何东西，而且在黑暗中用它可不好玩。而且作为弹簧锁门，我不得不插入和拔出钥匙。使用钥匙是无趣且不方便的，并且这些是很容易实现自动化的。
我想象中的锁需要以下功能：
■当我或者舍友走到他面前是，自动解锁。
■当门关闭时，自动锁定插销。
■将所有的“已授权访问/拒绝访问”事件报告到互联网上。
■可以被学校公寓管理员操作。
■可以在外部用钥匙，内部用手进行手动操作（没有开门按键）。
制作一个自己的门锁驱动器的一个好处是：你可以选择任意触发它，只要你愿意，什么形式都可以，你可以制造许多的钥匙卡。你可以把卡片藏在巧妙的地方。你还可以按照自己的意愿启用和禁用卡片。与之相比，金属钥匙丢了不能被禁用，相反我还得被收取美元的钥匙更换费，我的室友必须也得更换他的钥匙。再说锁芯本身就必须被更换。
设计阶段
所有的工程始于设计，在这种情况下，最重要的决定是输入装置将会是什么。
我的电路有两个输入：
■一个验证器
■门开关状态监测（只是为了插销）
验证器可以是任意一种方式，。我在网上看到大家用12键键盘、英文键盘、秘密敲击顺序、文本消息、“Hack-a-day”的RGB发光二极管（LED）。对我而言对迷人的一个是单按钮输入系统。这个系统要用一定的摩尔斯电码顺序按门铃然后等待。这个系统是谨慎（对外不展示任何东西）和相对便宜的。这个电路也很有趣，因为在门铃的另一端你会收到幅移键控信号，你必须把这个信号调制为逻辑信号给微处理器。最终，以上我都没有选。因为相对RFID卡和读卡器而言，它们不够快和容易。
已经决定使用RFID，我没有太多的选择，我看到有关“主动式RFID”的，其中每个用户携带使用电池的射频标签。但我看到这是昂贵的，并且我也找不到买标签和基站的地方。
在现在和“主动式射频”相当的是低功耗蓝牙4.0（BLE）。它可以检测两个无线电收发器是否在50英尺范围内。通过对BLE 1、2、3级的选择，你可以在传输功率和范围之间进行抉择。在今天，蓝牙是商业化智能门锁在使用的。用户走到门口，但不用执行任何操作。然而，在2010年秋天，并没有BLE。
图一 原型1
我的第一个接近监测装置（图一）是一个视差RFID读取器（型号28410）。这个可以读取EM4100标签。但是，这有一些问题：
- 我的室友和我不得不在我们的钱包里带一个特殊的标签，而不是携带我们的学生证。
- RFID读取器的波特率在极慢的2400波特硬编码的，所以就存在阅读和解锁之间的延迟。
- 最大读取距离是3。
- 网上有各种关于如何伪造这些标签的教程。
这些限制最终让我把RFID读取器更改为HID Thinline II，这是我在eBay上买的，现在，我和我的室友可以只靠我们的学校ID卡就可以进出门了。标签读取过程比起韦根接口快得多。事实上，第二个RFID读写器和之前那两个标签一点关系都没有。我放弃使用它们作为一个秘密开门标签。原本那是你必须你必须展示给读卡器一个正确的顺序才能开门。
这个HID Thinline II还是不错的，但它还是没有解决读取距离小于3的问题。我们仍旧必须把卡按到门上。我解决这个问题通过设置一个eBay上的终极读取器--the HID Maxiprox（图二）。作为停车场使用的东西，它的零售价为400美元，但它的的读取距离为24，这个可以让我穿墙读取。这意味着我甚至可以不用把钱包取出口袋。你可能不想的我的兴奋当我在eBay旧货市场上以14美元买到这个工业厂房设备。尽管没有HID，你仍可以在网上发现远距离RFID读取器。如果你使用蓝牙则可以完全避免这种搜索。
图二 原型4的读取器
另一个必要的输入装置是告诉微处理器什么时候门开门关。最简单的方法是磁簧开关、红外线LED火、或探测器。我用了一个簧片开关。如果你想要一个性感的设计，可以用加速度计或其他运动传感器来测量开门和关门在运动状态的不同。
微处理器
我这个锁有四个原型，原型1-3用了同一个Arduino，不幸的是，当我想把Arduino连接到互联网时，这是一个重大难题。 ATme-ga328没有足够的静态随机存取存储器（SRAM）来存储甚至一个以太网数据包。此外，我需要一个网络托管服务器和数据库来保存我的进出门。
在原型4，我选择了对因特网友好的微控制器的电动IMP（图三）。虽然引脚数较低，但一个无线局域网现在可以的了。并且锁现在可以通过因特网重新编程。使用电动Imp唯一的缺点是：如果用户不专门为它编程，锁是不工作的当互联网连接不上去时。请确保您设置了一份强密码的电子Imp账户。
图三 原型4的电路
输出装置
电子门锁最重要的部分是是锁，幸运的是我并不需要去制造一个锁，只需要去驱动一个锁即可。我的第一个原型采用自上而下的HS-311伺服电机。通过强有力的塑料绳和插锁绑在一起，这是为什么学校工作人员仍可以通过钥匙打开的原因。我用绳因为我在不钻门的约束之下，我不得不拆开锁一下，但我把伺服电机绑的足够紧，它不会松动。
我看到了一个X10插销的在线视频。它用IPhone应用程序和X10插件焊接到一个朝阳工业的插销远程继电器模块上，遥控机远程激活继电器，门就会解锁。
我真的很喜欢这个想法，所以我决定去购买一个遥控器插销。价格最低的RF插销是我发现的一个朝阳工业的RF-01SN。在我写这篇文章的时候，包括运费，它在亚马逊上销售价为104美元。我用这个锁在原型3和4上。当我收到锁后，我并没有用的气缸，只用了后半部的驱动部分。这让我校的工作人员仍然可以用自己的钥匙开门。
如果今天让我来解决这个问题，我不会去买锁我会用学校的3D打印机去制作自己的驱动部分，这会跟令人满意，更电子化。因为锁的周围没有法拉第笼。我可以自己制作它，并且把我的名字刻在上头。
电磁阀
事实上，我在旧金山的家里也做了这个项目。惊喜！或许不是。在家里实际上有两个门，因此要通过两把钥匙来开门，实现它更有好处。
相比商业建筑，我不喜欢住宅建筑的一个方面是住宅价格便宜，当你按下“开门”按钮时，低压交流电引起蜂鸣声响起，在商业楼宇，通过高科技的接入系统，直流电将继电器和电磁阀带动，按“按钮”就安静打开。因为电磁阀销不振动来回，使其更令人愉快的，更容易打开门。
我想要安静的直流电力按钮，所以我用万用表找出室内布线。事实上，我在使用的过程中慢慢的损坏了万用表，因为我试图在现场进行24伏交流线路（33 V峰值）运行的连续性测试，我不知道，当它嗡嗡响时，万用表会毁坏，但它告诉我我需要知道的东西。千万不要在带电线路上进行连续性测量。我对我的房子重新布线，断开变压器供应的24伏交流，以我的5V直流取代，连接电磁阀，现在我有不错的按键体验。
在我重新布线我家的门锁时，我包装RFID卡，并将其提交给我的家人（图四）。
图四 RFID卡
状态机
这是个事去制作一个虚拟状态机在逻辑设计中，但另一件事去制作一个图并把它转换成真正的代码。所有的锁固件基本上在状态机里跟踪插销的位置和门是否打开。
制作自己的状态机，通过列出所有状态和移动到下一个状态的条件启动。然后绘制从一个状态到另一个根据条件转换。然后绘制基于状况的从一个状态到另一个状态的转换。
我用LucidChart来作我的图（图五）。您也可以使用Microsoft PowerPoint或Microsoft Visio。
图五 状态机
上网记录
我想要所有的进出记录存放在服务器上，这样我和我的室友可以查看。对于这一点，我用了Xively，专门为互联网，物联网应用所取得的数据记录的提供服务。他们的价值主张是你的应用程序可以做的非常具备可扩展性。者，我可以用更传统的MySQL数据库来存储日志。这是我一开始做的，但使用Xively API比编写自定义的SQL打开PHPMyAd-min来查看我的数据库内容变得更加容易。
我用纯HTML先写了一个小的前端。页面上有两行写着没有任何风格的字：“最后一张扫描的卡”和“门最后一次打开”，这完全是静态的。总得有个开端。
然后，我在界面上添加了一些JavaScript订阅Xively网络挂接并在门开门关时实时更新网页。我用“TIMEAGO”的Javascript插件去创建一个叫做“12 hours ago”的动态文本。然后，我引用开源的“CHAPS”时间表的Javascript模块来列举进出事件（图六）。在用CSS设置字体造型和背景之后，我在页面底部增加一些按钮例如最小化，动态，前端 。纵观整个网页，我用Chrome开发者控制台来显示任何JavaScript诊断异常和错误。
图六
总结
我做出了一个工作的符合我所有标准的电子门锁的原型，它淘汰了用金属钥匙的痛苦。在这之中，我学到了:
■电动Imp平台
■交流家庭布线
■如何通过JSON使用REST的应用程序接口
■冗余技术（例如，Arduino的看门狗定时器）
■从RFID读取器中获得位移读数
■真实的状态机
额外提示
对于那些想要开始一个项目，却又不知道该怎么做，或者没有足够的动力的人，这里有一些想法要说。
■确定需求为自己或他人。你可以仅仅因为酷而做一个项目，但它最后会变成艺术品。你做的事情就像胰岛素对糖尿病患者的作用，不奢侈的喜欢含糖饼干。去除痛苦，你会得到激励与奖赏。
■走捷径。在有限的时间与精力里，你必须选择你要学习什么，不学什么。你是想学从面粉和原材料做薄煎饼。还是只是想煎饼。LittleBits硬件平台可以让你在10秒中就组装一个可以连接到互联网的工作电路。代价是你什么都没有学会。这同样适用MIT 应用开发者的Android应用程序。
■删除功能。拥有功能的最低限度的产品被称为最小可行的产品，在这一点上，你可以完成成就，如果想获得更多，不要被巨大的功能列表套牢了最后导致没有产品。
■不要让商业竞争打击到，如果你的主要目标是销售产品，看着竞争实际上可能阻止你因为你是不是首发，即使你建立的东西和竞争对手完全一样，，你可以用不同的方式不同的时间投放市场，并因此获得不同的顾客。如果您的主要目的是学习，你可以挑选任何项目，无论它花多少时间得到解决。
关于作者
安德鲁·翁是加州大学河滨分校最近的电子工程专业毕业生。他曾在雷神公司曾经受雇。他希望他的智慧致力于像Soylent和Bitcoin这样的激进的新技术。
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