基于雙重指紋的無線智能門鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王頌

【摘? 要】傳統(tǒng)智能門鎖指紋解鎖安全性能相對不足，同時(shí)存在功耗過大的問題，改進(jìn)智能門鎖系統(tǒng)成為了最好的解決方案?；诖?，論文在雙重指紋技術(shù)的應(yīng)用下設(shè)計(jì)新型無線智能門鎖系統(tǒng)，深入闡述該系統(tǒng)的具體門控芯片、無線通信模塊、指紋識(shí)別模塊、驅(qū)動(dòng)電路等選擇方案，總結(jié)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，為實(shí)際無線智能門鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)、解決傳統(tǒng)智能門鎖存在問題而提供參考。

【Abstract】The safety performance of traditional intelligent door lock fingerprint unlock is relatively insufficient， and there is the problem of excessive power consumption， improving the intelligent door lock system has become the best solution. Based on this， under the application of double fingerprint technology， designs a new type of wireless intelligent door lock system， elaborates the specific gating chip， wireless communication module， fingerprint identification module， drive circuit and other options of the system， summarizes the design quality of the system， and provides reference for the design and development of the actual wireless intelligent door lock system and the solution of the problems existing in the traditional intelligent door lock.

【關(guān)鍵詞】智能門鎖;安全性能;雙重指紋技術(shù);門控芯片;設(shè)計(jì)質(zhì)量

【Keywords】intelligent door lock; safety performance; double fingerprint technology; gating chip; design quality

【中圖分類號(hào)】TP368.1;TU855? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2020）05-0168-02

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

在本次智能門鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，WiFi技術(shù)是無線通信的基礎(chǔ)技術(shù)之一，而業(yè)主可以利用手機(jī)、平板等終端設(shè)備來打開門鎖系統(tǒng)對應(yīng)的APP軟件應(yīng)用，并在其中實(shí)現(xiàn)對智能門鎖系統(tǒng)的智能控制，不僅能夠?qū)崟r(shí)查看門鎖關(guān)閉狀態(tài)，更能夠查看門鎖開關(guān)記錄、系統(tǒng)電量等。該系統(tǒng)由終端設(shè)備、門禁模塊以及路由器所組成。終端設(shè)備種類有很多，既可以是手機(jī)，也可以是平板電腦，更可以是筆記本電腦，只要能夠在終端設(shè)備系統(tǒng)中運(yùn)行智能門鎖系統(tǒng)對應(yīng)的控制軟件，均可以視之為終端設(shè)備;門禁模塊分別為四種開鎖方式，三種為智能高效開鎖方式，一種為傳統(tǒng)機(jī)械開鎖方式，且該模塊可以動(dòng)態(tài)性地在網(wǎng)絡(luò)幫助下為業(yè)主終端設(shè)備輸送門鎖系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息等;路由器的使用目的是為了能夠確保該系統(tǒng)具備良好的網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量，同時(shí)在多個(gè)通信信道中選擇最佳路徑并輸送相應(yīng)的系統(tǒng)信息。所設(shè)計(jì)的智能門鎖系統(tǒng)在組成結(jié)構(gòu)中以硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)為主，具體設(shè)計(jì)方案如下。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案

門鎖控制器應(yīng)用STM32F103C8T6微控制器，該控制器的購置成本相對比較低，且功耗不大，控制器運(yùn)行穩(wěn)定性較為優(yōu)異。連接控制器的接口通常比較簡單，在控制器內(nèi)部芯片元件中具有可編程的FLASH存儲(chǔ)器，在很多工業(yè)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用、具備優(yōu)異的應(yīng)用性能。而其中的無線通信模塊則選取ESP8266WIFI串口模塊，模塊體積非常小，同時(shí)功耗低、高集成度等諸多優(yōu)點(diǎn)，從應(yīng)用層調(diào)用接口函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)WiFi控制功能。另外，指紋識(shí)別模塊是為了能夠從門外識(shí)別開門者的生物指紋，從而達(dá)到安全驗(yàn)證的目的。該模塊所選取的半導(dǎo)體為ZN632，具有較高的指紋識(shí)別率，且具備優(yōu)異的防偽質(zhì)量以及抗靜電質(zhì)量。

傳統(tǒng)藍(lán)牙解鎖方式在連接過程中的穩(wěn)定性質(zhì)量比較差，對于在WiFi模塊應(yīng)用中，業(yè)主可以從中實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控以及控制等功能，當(dāng)業(yè)主利用終端設(shè)備連接系統(tǒng)WiFi模塊之后，該模塊可以將所接收到的信號(hào)輸入門控芯片中，而芯片在處理信號(hào)過程中實(shí)現(xiàn)對各級(jí)子模塊的共同控制功能，確保這些子模塊能夠依據(jù)相應(yīng)功能實(shí)現(xiàn)控制作用。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊在受到信號(hào)指令之后，可以開啟并實(shí)現(xiàn)閉合門鎖的功能。如果業(yè)主在應(yīng)用APP控制門鎖開鎖過程中，需要開啟WiFi，同時(shí)輸入指定密碼，才能夠?qū)崿F(xiàn)終端設(shè)備與門鎖系統(tǒng)的通信連接功能。此時(shí)終端設(shè)備上具備的指紋傳感器可以開啟并驗(yàn)證業(yè)主指紋，待驗(yàn)證成功之后會(huì)將驗(yàn)證信息輸送至系統(tǒng)WiFi模塊當(dāng)中，此時(shí)WiFi模塊會(huì)控制門控芯片而開啟控制電機(jī)。如果業(yè)主在指紋驗(yàn)證失敗后可以在終端設(shè)備APP上選擇使用固定密碼進(jìn)行開鎖，這也是一種保險(xiǎn)的密碼控制手段。如果在指紋驗(yàn)證失敗之后，WiFi模塊會(huì)在控制門控芯片中來實(shí)現(xiàn)對LED燈的控制，使之閃爍三次并需要重新確認(rèn)收集指紋信息。

除此以外，在智能門鎖系統(tǒng)中的硬件電路一般分為門控芯片電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及預(yù)警電路等。在門控芯片電路中，其芯片選擇STM32F103C8T6電子元件，其電路如圖1所示，而在ZN632指紋識(shí)別模塊應(yīng)用中可以視為信號(hào)輸入端，用來輸入信號(hào)并輸送至門控芯片來實(shí)現(xiàn)控制功能。其中的WiFi通信模塊選擇ESP8266，連接門控芯片的GPIOA9以及GPIOA10兩端，前者是用來作為輸出TXD1，串口定義為浮空輸入。而指紋模塊的串口4連接門控芯片GPIOA2，將其作為輸出TXD2。同時(shí)，串口5連接門控芯片GPIOA3，將其作為輸入RXD2。另外，在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，其門控芯片上的四個(gè)端口如PB12、PB13、PB14以及PB15均作為步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)的輸入端，將其與ULN2004L上的IN4、IN3、IN2以及IN1進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)共同控制步進(jìn)電機(jī)的目的，而ULN2004L在與步進(jìn)電機(jī)連接中來驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。

另外，在預(yù)警電路中，電位器在調(diào)整完畢之后，壓電振動(dòng)傳感器會(huì)結(jié)合所采集到的實(shí)際振動(dòng)強(qiáng)度來自D0位置輸出電壓信號(hào)，同時(shí)在LM358運(yùn)算放大器放大之后從OUT2接入蜂鳴器，具體電路示意圖如圖2所示。除此以外，液晶顯示屏可以為之提供具體連接信息以及工作狀態(tài)、系統(tǒng)電量信息等。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)軟件以系統(tǒng)總控制器、客戶端所組合而成，可以幫助業(yè)主實(shí)現(xiàn)門禁系統(tǒng)權(quán)限管理功能以及數(shù)據(jù)交互功能等，因此，其軟件編程語言以C語言為主，在多個(gè)子模塊組成中實(shí)現(xiàn)主程序的工作流程。同時(shí)，在客戶端軟件中，編程語言以Java為主，即利用專業(yè)軟件來結(jié)合Java語言對STM32F103C8T6電子元件實(shí)現(xiàn)編譯功能。同時(shí)在這其中需要配置相應(yīng)的熱點(diǎn)信息（如名稱、密碼、加密方式、IP地址等），同時(shí)實(shí)現(xiàn)對WiFi模塊的初始化功能。門控芯片會(huì)連接ESP8266模塊，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能。此時(shí)可以結(jié)合終端設(shè)備來對各級(jí)子模塊進(jìn)行控制，而業(yè)主也可以在其中選擇虛擬指紋來實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證，也可以選常規(guī)密碼。無論是哪種密碼，所有解鎖記錄都會(huì)記錄在ESP8266模塊當(dāng)中，并將其發(fā)送至業(yè)主終端設(shè)備以實(shí)現(xiàn)查看功能。

4 結(jié)語

在最終測試結(jié)果中，業(yè)主可以從終端設(shè)備打開系統(tǒng)APP應(yīng)用，既可以選擇利用輸入密碼進(jìn)行解鎖，也可以選擇驗(yàn)證指紋密碼，無論哪種密碼，一旦驗(yàn)證失敗，門鎖開啟就會(huì)失敗，此時(shí)需要進(jìn)行重新驗(yàn)證。

【參考文獻(xiàn)】

【1】馮郅皓，嚴(yán)李強(qiáng)，潘旭，等.基于雙重指紋的無線智能門鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].軟件，2020（1）：1-6.