本实用新型属于智能控制领域，具体的说是涉及一种基于树莓派和Android的智能锁。
背景技术：
二十一世纪以来，随着科学技术的快速发展，锁具技术也得到了一定的发展，与此同时，人们对锁的智能性提出的更高的要求，主要体现在其功能和操作使用过程中更显人性化和智能化。传统机械锁的最大弊端便是它要和钥匙相配合，而钥匙丢失，忘记拔掉钥匙，一把钥匙可开多个门的事情，不记得是否上锁关门却在生活中经常发生，给人们的生活带来了极大的困扰。智能锁是基于传统的机械锁的基础上发展而来的新型锁，其自身有着操作方便，保密性好的特点，同时由于Android智能手机的普及，手机越来越成为生活中非常重要的角色，将手机与锁具相结合便成为了一个发展的趋势。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于树莓派和Android的智能锁，用户可通过移动终端来控制锁的开关，并可在移动终端实时查看锁的状态信息、开关记录信息及周围环境的温湿度和光照强度；当用户靠近锁且光照强度不足的时候，该智能锁所配置的led灯会自动点亮；当用户超时未关锁时，该智能锁会通过移动终端APP及时提醒用户关锁；此外用户还可通过移动终端改变智能锁所配置灯的控制方式，查看该灯状态以及开关记录等信息。
为了达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
本实用新型是一种基于树莓派和Android的智能锁，包括树莓派开发板、环境采集单元、机械控制单元、移动终端单元，电源适配器，所述环境采集单元包括光照传感器、温湿度传感器、红外传感器及压力传感器，光照传感器、温湿度传感器、红外传感器、压力传感器分别与树莓派开发板通过杜邦线相连，所述机械控制单元包括舵机、机械锁、led灯，所述舵机与树莓派开发板通过杜邦线相连，所述led灯与树莓派开发板相连，所述舵机与所述机械锁相连，所述舵机与机械锁之间通过牵引线相连，所述移动终端单元为Android手机的APP终端，所述树莓派开发板通过网络与移动终端实现数据通信，所述电源适配器通过电源接口连接树莓派开发板。
本实用新型的进一步改进在于：所述树莓派开发板为3代B+型号，具有1个 RJ-45网线接口、4个USB口、40针的GPIO口，支持蓝牙和wifi。
本实用新型的进一步改进在于：所述电源适配器使用5v-1A的转换率的电源适配器。
本实用新型的进一步改进在于：所述红外传感器为HC-SR501 人体红外传感器。
本实用新型的进一步改进在于：所述温湿度传感器为DHT11温湿度传感器，所述光照传感器为GY-30光照传感器。
本实用新型的进一步改进在于：所述压力传感器为FSR402电阻式薄膜压力传感器，所述压力传感器将采集的信号传递给树莓派开发板。
本实用新型的进一步改进在于：所述舵机为SG90舵机。
本实用新型的进一步改进在于：所述移动终端通过socket与树莓派开发板进行通信，所述树莓派开发板将收集的数据通过TCP/IP协议发送到移动终端。
本实用新型的进一步改进在于：所述树莓派通过无线的方式与无线路由器相连。
本实用新型的有益效果是：本实用新型结构简单，功能强大，通过使用树莓派开发板作控制中心，有着方便编程、容易改造、可扩展性好、价格低廉等优点；通过在树莓派本身上搭建服务器与sqlite数据库，进行移动终端设备与锁及其周围环境数据信息的交互，有着数据传输及时，保密性高等优点；通过将锁具与温湿度，光照强度数据的采集结合在一起，使得用户可以在出门前具体了解环境情况，增加其实用价值。
本实用新型具有可扩展性好、价格低廉、方便实用，维护容易等优点。
附图说明
图1 是本实用新型的整体结构示意图。
具体实施方式
为了加深对本实用新型的理解，下面将结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本实用新型，并不对本实用新型的保护范围构成限定。
如图1所示，本实用新型是一种基于树莓派和Android的智能锁，包括树莓派开发板、环境采集单元、机械控制单元、移动终端单元，电源适配器，所述环境采集单元包括光照传感器、温湿度传感器、红外传感器及压力传感器，光照传感器、温湿度传感器、红外传感器、压力传感器分别与树莓派开发板通过杜邦线相连，所述机械控制单元包括舵机、机械锁、led灯，所述舵机与树莓派开发板通过杜邦线相连，所述led灯通过杜邦线与树莓派开发板相连，所述led灯使用低电压的led灯泡，所述红外传感器采集信号传递给树莓派开发板，经树莓派开发板处理后反馈给led灯，所述舵机与所述机械锁相连，所述舵机与机械锁之间通过牵引线相连，所述舵机为SG90舵机，所述舵机通过牵引线与机械锁的锁栓相连，牵引锁栓，通过树莓派控制GPIO使舵机牵引锁栓进而达到开关的效果，所述移动终端单元为Android手机的APP终端，所述树莓派开发板通过网络与移动终端实现数据通信，所述电源适配器通过电源接口连接树莓派开发板，电源适配器通过电源线与树莓派开发板的电源接口相连提供电能，所述电源适配器使用5v-1A的转换率的电源适配器；所述树莓派开发板为3代B+型号，具有1个 RJ-45网线接口、4个USB口、40针的GPIO口，支持蓝牙和wifi，树莓派开发板不仅作为控制中心，同时也作为服务器、数据库进行数据的处理、传递，也就是说所述树莓派为基于linux系统的3代B+型号的卡片式电脑，RPi3代B+的CPU 为1.2GHz的64位4核的ARM Cortex-A53，而其他的控制设备一般鲜有搭载主频超过600MHz 的CPU，强大的处理器性能使得树莓派具有更强的数据处理能力，能够流畅地执行的多线程任务，从而满足用户的多种需求，RPi提供100M网口和4个USB 2.0接口，使其能够轻松地接入数据网络，而第三代RPi更是集成了Wi-Fi芯片，这更为树莓派通过无线WIFI的形式接入无线路由器提供了便利，此外，其还提供了大量的GPIO针脚和SPI总线用于连接各式传感器等并对其进行编程，本实施例以树莓派作为控制中心，并在其上搭建数据库，服务器，从而实现移动终端的智能控制，监测与查询；所述温湿度传感器为DHT11温湿度传感器，DHT11温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度传感器，体积小，功耗低，精度湿度上下误差5％RH，温度上下误差2℃，量程湿度 20-90％RH，温度0～50℃。DHT11传感器为3针单排引脚封装，从上到下分别是 VCC(电源)，DATA(数据)，GND(接地)，通过单总线与树莓派1通信，一次传送40位数据，高位先出，树莓派对收到的数据进行处理，得到环境的温度和湿度数值并保存到数据库中供用户查看；所述光照传感器为GY-30光照传感器，内置BH1750FVI集成电路，有五个线路接口，除正负接口VCC和GND外，其余三个接口分别为SCL为总线时钟引脚，SDL为总线数据引脚，ADDR为设备地址引脚，用于多个传感器连接时的情况，本实施例中由于只使用单个传感器，所以不接ADDR接口；树莓派GPIO接口中自带SCL与SDL接口，与传感器连接后打开i2c接口即可使用。光照传感器将采集到的信息传输给树莓派开发板，树莓派计算出光照传感器传回数据所代表的光照数值，并保存在数据库中供用户查看；所述红外传感器为HC-SR501 人体红外传感器，工作电压为4.5v-20v，电平输出为0v-3v，触发方式有两种，L为不可重复，H为可重复触发方式，默认封锁时间为2.5s感应角度小于100度锥角，接口定义为VCC（电源），GND（负极），IN（输出电平），感应模块采用双元探头，探头的窗口为长方形，双元（A元B元）位于较长方向的两端，当人体从左到右或从右到左走过时,红外光谱到达双元的时间、距离有差值，差值越大，感应越灵敏，当人体从正面走向探头或从上到下或从下到上方向走过时，双元检测不到红外光谱距离的变化，无差值，因此感应不灵敏或不工作；所以安装感应器时应使探头双元的方向与人体活动最多的方向尽量相平行，保证人体经过时先后被探头双元所感应，为了增加感应角度范围，本模块采用圆形透镜，也使得探头四面都感应；树莓派1对接收到红外传感器和光照传感器的数据进行处理，只有在当前环境的光照强度不足并且检测到人的时候，树莓派才会控制GPIO输出高电平点亮led灯泡5，其他情况则保持GPIO的低电平状态；所述压力传感器为FSR402电阻式薄膜压力传感器，这款压力传感器是将FSR传感器薄膜区域的压力转换成电阻值的变化从而获得压力信息，压力越大电阻越低，其允许用在0g到10kg的场合，所述压力传感器将采集的信号传递给树莓派开发板，树莓派开发板将所得到的信息进行处理，进而判断锁具的状态；所述舵机为SG90舵机，所述机械锁采用 SG90舵机来控制，SG90一共三根线，红线接5Ｖ电源，棕线GND，黄线为数据控制线，该线接到GPIO上，在所述实例中使用BCM模式的GPIO14，使用PWM函数来输出控制信号，SG90 脉冲周期为20毫秒(millisecond)也就是说最多1秒钟内可以转动50次，但是考虑到每次转动还要耗时，所以实际达不到50次；PWM控制信号周期20ms，脉宽0.5ms-2.5ms对应的角度-90到+90度,范围180度(3度左右偏差),当脉宽1.5ms时舵机在中立点(0度)，脉宽0.5ms-2.5ms对应的占空比为2.5% - 12.5% ，理论上，10%的空间可以提供180度的线性分割；当用户点击开锁按钮的时候，移动终端向树莓派发送开锁请求，当树莓派开发板接收到开锁的请求时便控制舵机的GPIO端口输出高电平，从而控制舵机转动牵引门栓进行开锁；所述树莓派开发板通过无线的方式与无线路由器相连，所述移动终端通过socket与树莓派开发板进行通信，所述树莓派开发板将收集的数据通过TCP/IP协议发送到移动终端，移动终端可通过外网或内网的方式连入本系统。
所述移动终端通过Socket和树莓派上搭建的服务器进行网络通信；Socket通信是在双方建立起连接后就可以直接进行数据的传输，在连接时可实现信息的主动推送，而不需要每次由移动终端向服务器发送请求。通过建立socket连接，可为通信双方的数据传输传提供通道；移动终端APP的功能如下：
（1）注册
用户输入所要绑定的手机号，点击获取验证码。验证码校验成功后点击下一步，输入登录密码并填写所要控制的智能锁的标号，点击注册按钮，APP移动终端向树莓派服务器端发请求，若为新用户且标号正确则注册成功，否则注册失败。
（2）登录
用户输入绑定的手机号以及密码，点击登录按钮，移动终端向服务端发请求，若有该用户，并且密码正确，则登录成功，进入主界面，否则提示用户登录失败的原因。
（3）忘记密码
在登录时忘记密码，此时点击忘记密码，可修改密码。用户输入相应的手机号，点击获取验证码，校验正确后点击下一步，输入新密码，点解确认修改按钮，移动终端向服务端发请求，若已注册，则修改成功，否则提示用户未注册，请先注册。
（4）控制智能锁以及所配置的灯的开关
点击开锁按钮，移动终端向服务端发送请求。树莓派收到请求控制舵机进行开锁。点击开灯按钮，移动终端向服务器端发送请求，树莓派接收到请求后查询数据库，若此时为手动控制模式，则开灯成功，否则提示用户此时为自动模式，只有当光照强度不足且有人时灯才亮。
（5）改变灯的控制方式
点击更换控制方式按钮，可进行自动到手动或手动到自动的转换。服务端会将改变后的灯的控制方式记录入数据库中。
（6）查询锁具状态
点击查看锁具状态按钮，可以查看此时锁具的状态是开还是关。
（7）查看当前温湿度，光照强度
点击查看当前温湿度，光照强度按钮，可以查看此时室内的温湿度及光照强度。
（8）查看锁具，以及所配置的灯的开关记录
点击查看锁具或灯的开关记录按钮，可以查看锁具或灯在何时由何人打开。
（9）超时提醒
当锁具超时未关时，提醒信号通过树莓派的服务端上传到移动终端，提醒用户及时关闭。