基于虹膜識別的家居智能電子鎖系統(tǒng)設(shè)計

齊昌華 李文建 汪志康 王威 許建國

摘要： 基于物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展和虹膜識別技術(shù)的安全可靠性，本文提出了一種基于虹膜識別的家居智能電子鎖系統(tǒng)設(shè)計方案。系統(tǒng)設(shè)計主要分為鎖體控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)交互模塊、客戶端等部分。系統(tǒng)在虹膜識別解鎖的基礎(chǔ)上增加了終端遠(yuǎn)程解鎖功能，信息查詢功能和門鎖未關(guān)提醒功能，該系統(tǒng)將提高家庭的安全性和門使用的便捷性，更能提升門鎖的智能化程度。系統(tǒng)運行結(jié)果表明，設(shè)計方案切實可行，有一定的實用價值。

關(guān)鍵詞： 虹膜識別;物聯(lián)網(wǎng);電子鎖

基金：長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院2019年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（S201913245012）

引言

隨著5G時代的來臨，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展迎來了新的機(jī)遇。而鎖具作為家居必不可少的一部分，智能電子鎖也成了鎖具發(fā)展的必然趨勢。

隨著生物特征識別技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，在門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用逐漸成為主流[1]。虹膜識別具有唯一性、穩(wěn)定性、難以偽造和非接觸式等突出優(yōu)點，使得其作為身份認(rèn)證信息備受重視。若將安全系數(shù)高，運用廣泛的虹膜識別技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展大趨勢結(jié)合在一起，研發(fā)一款基于虹膜識別的家居智能電子鎖，用戶只需打開手機(jī)登錄管理系統(tǒng)即可與智能電子鎖進(jìn)行信息交互，只要能上網(wǎng)，就可以控制門鎖和查看門鎖信息。設(shè)計這樣一款兼顧安全，便捷，高性價比的智能電子鎖，必將開啟家居智能智能電子鎖的新時代[2]。

詳細(xì)系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)以樹莓派作為硬件控制核心，控制繼電器模塊、虹膜識別模組、霍爾常感器模塊?；魻杺鞲衅髂K檢測門鎖開關(guān)狀態(tài)，虹膜攝像頭模組提取用戶虹膜圖像，為數(shù)據(jù)采集端。繼電器模塊控制電控鎖開關(guān)鎖，為鎖體控制端。樹莓派與各模塊之間進(jìn)行串口通訊，通過互聯(lián)網(wǎng)與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，為數(shù)據(jù)交互端。服務(wù)器不僅作為客戶端與硬件系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的樞紐，還承擔(dān)著客戶信息的存儲，虹膜數(shù)據(jù)的分析、提取、匹配工作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

系統(tǒng)功能設(shè)計

本系統(tǒng)有六大主要功能，如圖2，功能及實現(xiàn)介紹如下：

用戶管理

用戶分為普通用戶和管理員用戶，管理員用戶具有最高權(quán)限，普通用戶注冊的賬號經(jīng)過管理員激活后才可使用，管理員可以查看普通用戶的使用記錄、設(shè)置普通用戶賬號權(quán)限。

虹膜識別解鎖

虹膜識別作為本系統(tǒng)中最關(guān)鍵技術(shù)，體現(xiàn)在虹膜圖像的提取、虹膜匹配識別以及虹膜識別的精度。虹膜識別大致分為五部分：虹膜圖像采集及預(yù)處理、虹膜圖像有效區(qū)域定位、虹膜圖像紋理歸一化、截取虹膜圖像感興趣區(qū)域（POI）、虹膜多特征提取與融合識別算法[3]。用戶通過客戶端發(fā)送錄入虹膜信息指令，經(jīng)服務(wù)器校驗指令有效后發(fā)送到樹莓派，樹莓派打開攝像頭拍攝用戶虹膜圖片發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器執(zhí)行虹膜信息提取程序，并將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)虹膜識別模塊檢測到用戶虹膜時，便會將圖像上傳到服務(wù)器并提取有效信息，與數(shù)據(jù)庫中存儲到的虹膜數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，若匹配成功，服務(wù)器向樹莓派發(fā)送開鎖指令，樹莓派控制繼電器開啟電控鎖。

遠(yuǎn)程解鎖

用戶通過客戶端發(fā)送開鎖指令后，經(jīng)過服務(wù)器校驗指令有效后轉(zhuǎn)發(fā)到樹莓派，樹莓派控制繼電器開啟電控鎖實現(xiàn)遠(yuǎn)程解鎖。當(dāng)家里來了客人而主人不在家或者主人不便親自開門時便可以使用遠(yuǎn)程解鎖功能，一鍵解鎖，解決諸多不便。

門鎖狀態(tài)查詢

用戶可以隨時登錄客戶端查看門鎖是否已經(jīng)關(guān)閉，避免了用戶因為不知家里門鎖是否關(guān)閉帶來的不便。

門鎖未關(guān)提醒

在門鎖上安裝有一個霍爾傳感器用于檢測門鎖是否關(guān)上，用戶可自行設(shè)置門鎖未關(guān)提醒的時間。當(dāng)門鎖未關(guān)閉達(dá)到設(shè)定時間時，系統(tǒng)會自動向用戶發(fā)送短消息提醒用戶，避免了不必要的財產(chǎn)損失。

門鎖使用記錄查詢

用戶每次開鎖后系統(tǒng)會自動記錄并存儲在數(shù)據(jù)庫中，用戶可登錄客戶端實時查看。數(shù)據(jù)庫部分開鎖記錄如圖3。

系統(tǒng)開發(fā)方案

該系統(tǒng)后臺程序采用JAVA程序語言設(shè)計，jdk采用1.8版本，采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫mysql 5.7版本，使用阿里云云服務(wù)器ECS，基于eclipse平臺開發(fā)。系統(tǒng)硬件采用樹莓派作為電子鎖控制核心，樹莓派體積小、開源、使用Linux系統(tǒng)、接口豐富等特點使得它能作為電子鎖系統(tǒng)的中樞點，同時使用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)對電子鎖的遠(yuǎn)程控制。用戶登錄客戶端后執(zhí)行各功能操作。

結(jié)語

系統(tǒng)將虹膜識別與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，為用戶提供了一種新型的更安全、更便捷的解鎖方式，用戶僅需一部手機(jī)即可控制門鎖，查看門鎖狀態(tài)信息和使用記錄，還能在門鎖未關(guān)時收到短信提醒。但系統(tǒng)仍然還有很大的上升空間。比如系統(tǒng)可以將普通機(jī)械鎖與智能電子鎖相結(jié)合，當(dāng)電子系統(tǒng)失靈時，還可以使用鑰匙開門。還可以將家庭監(jiān)控和家居電器如照明設(shè)備、電視等接入智能電子鎖系統(tǒng)，全部實現(xiàn)智能控制，真正做到家居智能。

參考文獻(xiàn)

劉輝，葛昊.人臉識別技術(shù)在門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].無線互聯(lián)科技，2017（24）：132–133+138.

肖瑞虎，吳錚杰，肖逸，阮軍.基于Arduino的智能電子鎖的設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技與創(chuàng)新，2018（10）：16–18.

李晶晶，童艷，王迪.虹膜識別技術(shù)在智慧城市身份認(rèn)證中的應(yīng)用研究[J].電子測試，2018（20）：37–38.