基于虹膜識別的家居智能電子鎖系統(tǒng)設計

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)設計方案。系統(tǒng)設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上增加了終端遠程解鎖功能，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：長江大學工程技術(shù)學院2019年大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（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，用戶只需打開手機登錄管理系統(tǒng)即可與智能電子鎖進行信息交互，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]。

詳細系統(tǒng)設計

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。霍爾傳感器模塊檢測門鎖開關(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行串口通訊，通過互聯(lián)網(wǎng)與服務器進行數(shù)據(jù)交互，為數(shù)據(jù)交互端。服務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)送到服務器，服務器執(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。當虹膜識別模塊檢測到用戶虹膜時，便會將圖像上傳到服務器并提取有效信息，與數(shù)據(jù)庫中存儲到的虹膜數(shù)據(jù)進行匹配，若匹配成功，服務器向樹莓派發(fā)送開鎖指令，樹莓派控制繼電器開啟電控鎖。

遠程解鎖

用戶通過客戶端發(fā)送開鎖指令后，經(jīng)過服務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)遠程解鎖。當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，用戶可自行設置門鎖未關(guān)提醒的時間。當門鎖未關(guān)閉達到設定時間時，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)絡技術(shù)實現(xiàn)對電子鎖的遠程控制。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)可以將普通機械鎖與智能電子鎖相結(jié)合，當電子系統(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

劉輝，葛昊.人臉識別技術(shù)在門禁系統(tǒng)中的應用研究[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)在智慧城市身份認證中的應用研究[J].電子測試，2018（20）：37–38.