一種智能鎖具的設(shè)計(jì)

范靈芝

【摘要】：隨著時(shí)代與科技進(jìn)步，人們對(duì)于安全的重視程度與日俱增。傳統(tǒng)的防盜措施在很大程度上已經(jīng)不再適用，本文以STM32為主控MCU，結(jié)合指紋，物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種具有時(shí)代特色的新型智能鎖具。在本身鎖具安全開(kāi)鎖的前提下，外加了錯(cuò)誤開(kāi)鎖報(bào)警裝置以及開(kāi)鎖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能，用戶可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鎖具的開(kāi)啟信息，做到讓不法分子無(wú)門可進(jìn)，無(wú)門敢進(jìn)。

【關(guān)鍵詞】：STM32；指紋解鎖；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；物聯(lián)網(wǎng)

傳統(tǒng)的鎖具主要為彈子鎖，不僅鎖具本身容易出現(xiàn)故障，而且人們常需攜帶多把鑰匙，如果鑰匙遺失了，重新?lián)Q鎖或是重新配鑰匙，都是很麻煩的。此外，傳統(tǒng)鎖具很大程度上已經(jīng)不能起到很好的保護(hù)用戶人生安全，信息安全，資產(chǎn)安全等方面的作用。針對(duì)于這個(gè)社會(huì)現(xiàn)狀，一款能夠適用于當(dāng)前時(shí)代的具有更高安全性的智能鎖具是人們所急需的，并且隨著手機(jī)，物聯(lián)網(wǎng)等大力發(fā)展，智能鎖具變得更加智能化，相關(guān)的技術(shù)也會(huì)不斷更新，智能鎖具具有非常好的發(fā)展前景。本文設(shè)計(jì)了一種基于STM32單片機(jī)，有指紋識(shí)別功能的智能鎖具。

一、系統(tǒng)研究方法

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.單片機(jī)控制模塊

本設(shè)計(jì)采用STM32F103C8T6單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控芯片，它是系統(tǒng)代碼運(yùn)行的主要地點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、分析、顯示以及數(shù)據(jù)的上傳指令等相關(guān)工作，是起最主要的開(kāi)鎖關(guān)鎖以及物聯(lián)網(wǎng)連接等相關(guān)工作的控制核心。STM32單片機(jī)有著強(qiáng)大的ARM內(nèi)核，無(wú)論是在性能還是外設(shè)上都優(yōu)于傳統(tǒng)的51系列單片機(jī)。

單片機(jī)控制模塊包括了復(fù)位電路，晶振電路，電源穩(wěn)壓電路，LED指示燈顯示，按鍵設(shè)計(jì)等幾個(gè)大的部分。

2.指紋檢測(cè)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用指紋識(shí)別模塊，以STM32F205高速數(shù)字處理器為核心，結(jié)合商用指紋算法，高精度光學(xué)傳感器，并具有指紋錄入、圖像處理、特征值提取、模板生成儲(chǔ)存、指紋比對(duì)和搜索等功能的智能型模塊。利用該模塊的指紋錄入、指紋比對(duì)功能，實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別解鎖。

3.數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)計(jì)

GPRS支持電話、短信、上網(wǎng)等功能，即使沒(méi)有外部網(wǎng)絡(luò)，沒(méi)有WIFI，只需要有一張手機(jī)卡就能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行上傳，本系統(tǒng)的創(chuàng)新之處在于這個(gè)部分。GPRS模塊能夠?qū)?shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器，由于數(shù)據(jù)發(fā)送端位置并非一成不變的，而是要達(dá)到“永遠(yuǎn)在線”的效果，因此必須采用GPRS這種移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入的方式來(lái)達(dá)到實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的要求。本設(shè)計(jì)采用GSM900A模塊，它是SIMCom推出新款緊湊型產(chǎn)品，屬于雙頻GSM/GPRS模塊，完全采用SMT封裝形式。SIM900A采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，工作頻率為GSM/GPRS850/900/1800/1900MHz，可以低功耗實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸。

4.人機(jī)界面設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)將使用串口HMI屏作為人機(jī)界面，人機(jī)界面是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介，它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。串口HMI就是設(shè)備封裝好HMI的底層功能以后，通過(guò)串口（USART232）與用戶MCU進(jìn)行交互，本設(shè)計(jì)采用的串口HMI顯示屏模塊類似于多年以前的觸摸屏顯示部分，具有很好的顯示效果與反饋效果。

經(jīng)過(guò)自主設(shè)計(jì)之后，設(shè)計(jì)出相關(guān)的顯示界面。本設(shè)計(jì)的第一頁(yè)為密碼輸入頁(yè)，密碼正確后進(jìn)入第二頁(yè)，第二頁(yè)為相關(guān)的指令控制內(nèi)；點(diǎn)擊指紋解鎖按鍵發(fā)送指紋解鎖命令0x01，當(dāng)指紋匹配時(shí)解鎖成功；當(dāng)發(fā)送添加指紋命令0x02時(shí)，發(fā)送添加指紋命令；點(diǎn)擊清除所有指紋命令0x03，發(fā)送清空所有指紋的命令。

5.電源模塊設(shè)計(jì)

一個(gè)穩(wěn)定的電源是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。對(duì)于智能鎖具而言，供電的穩(wěn)定性直接決定智能鎖具的使用價(jià)值。具體的設(shè)計(jì)思路如下：

（1）采用5V電壓供電。可直接安卓用手機(jī)充電頭連接在220V交流插座上。

（2）直接使用可充電式鋰電池作為備用電源。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

1.指紋新建存儲(chǔ)與擦除

指紋新建存儲(chǔ)即指在鎖具系統(tǒng)中能夠存儲(chǔ)多個(gè)指紋信息，數(shù)量在理論上可達(dá)到數(shù)百個(gè)之多。指紋擦除指使用的用戶具有對(duì)指紋進(jìn)行擦除的權(quán)利。對(duì)指紋進(jìn)行新建與擦除動(dòng)作時(shí)，需要輸入事先設(shè)置的相應(yīng)密碼，且只能由本鎖具所登記持有的最初擁有修改權(quán)限的用戶進(jìn)行相關(guān)的操作。指紋新建與擦除流程如圖2所示。

2.指紋解鎖

對(duì)于輸入的指紋信息，由指紋模塊進(jìn)行指紋信息的解碼分析，將鎖分析所得出的結(jié)果輸送至STM32F103C8T6單片機(jī)進(jìn)行下一步的處理。當(dāng)指紋檢測(cè)正確時(shí)，認(rèn)為輸入指紋的用戶具有開(kāi)鎖權(quán)限，鎖具將會(huì)打開(kāi)，與此同時(shí)會(huì)記錄下開(kāi)鎖人員的開(kāi)鎖相關(guān)信息，例如開(kāi)鎖時(shí)間等等。當(dāng)連續(xù)三次及以上開(kāi)鎖失敗時(shí)，默認(rèn)為開(kāi)鎖人員不具備開(kāi)鎖權(quán)限，此時(shí)鎖具設(shè)備會(huì)發(fā)出較為強(qiáng)烈的警報(bào)聲音，持續(xù)一分鐘的時(shí)間。指紋開(kāi)鎖流程如圖3所示。

3.開(kāi)鎖相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送

對(duì)于每一次的開(kāi)鎖信息，無(wú)論是正確開(kāi)鎖還是錯(cuò)誤開(kāi)鎖警報(bào)，本鎖具系統(tǒng)都會(huì)將當(dāng)時(shí)的開(kāi)鎖信息（包括開(kāi)鎖的時(shí)間以及人員）發(fā)送至指點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以便用戶實(shí)時(shí)讀取相關(guān)的開(kāi)鎖信息。

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