基于ESP8266 的智能指紋門鎖

王兆偉 劉玉嬌 杜朝涵 董曉杰 黃健文

摘要：為了改進 WiFi門鎖，提高可靠性，降低生產成本，提出了基于 ESP8266的智能指紋門鎖的控制方案，設計了一款基于 ESP8266WiFi模塊以STM32F103單片機為控制核心通過云平臺控制的 WiFi指紋門鎖。ESP8266通過 GAgent 接入機智云平臺，GAgent進行數據轉發，為手機，單片機數據，云平臺建立起一個橋梁。在此基礎上實現了以下功能：指紋錄入單片機指紋庫中，在進行開鎖時與指紋庫進行比對，覺定是否開門;獲取溫度濕度信息，顯示在手機 APP上;并能通過手機 APP開關門鎖。

關鍵詞：WiFi門鎖;指紋開鎖;單片機控制;物聯網

1.背景

隨著人們對物聯網、智能家居的日益關注，現在的生活越來越智能化。對于家庭安全的第一道防線——門鎖應該走在智能化的前列 [1]。近年來，智能門鎖層出不窮，各種各樣的智能門鎖出現在人們的生活中。這些門鎖在一定的程度上確實提高了門鎖的安全性，增加的生活的智能化。但在遠程開鎖或者說不接觸開鎖方面有較多不足。為解決上述的不足設計了這款WiFi智能指紋門鎖。不用攜帶鑰匙，只需要通過現在人們必不可少的手機控制門鎖，還可以減少鑰匙的生產，節約資源。也降低了鑰匙丟失，門鎖被開的風險。即使手機沒電還可以通過指紋打卡門鎖，更加方便。

2.設計目標

通過 DHT11收集溫濕度數據，經過 MUC的處理，將數據傳送到云平臺，云平臺經過處理顯示在手機 APP上;手機 APP可以設定一個警報值，當數據超過警報值時，云端會向手機發送警告，手機會顯示溫度濕度過高;手機 APP還可以控制開關門鎖，并且手機不能操作時可以通過指紋開鎖，打開門鎖。因此實現了雙重保障，就算手機丟失或者手機沒電，都可以開鎖。

3.WiFi門鎖的硬件設計

本設計以 STM32F103單片機為核心MUC，通過 ESP8266WiFi模塊進行手機 APP、云平臺、門鎖的通信，還能通過 DHT11獲取溫濕度信息，ATK-301電容指紋識別模塊進行指紋識別控制開關鎖。手機 APP可以收到來自云端的溫濕度數據，并能通過 APP控制開關鎖。

3.1 ATK-ESP8266 WiFi通信模塊

本系統通信是采用的 ESP8266WiFi模塊，ESP8266是低功耗，高集成的 WiFi芯片。ESP8266是現在較為流行的一個遠程控制模塊，ATK-ESP8266支持 STA/AP/STA+AP三種工作模式，ESP8266與云平臺的通信是基于串口協議數據的封包和解析，所以本設計需要燒寫機智云GAgent固件覆蓋原來的 AT指令。大概流程為開始進行初始化，ESP8266通過按鍵配置入網，連接到云端服務系統，WiFi設備會收到來自云端或者APP端發送的數據，接受完成后，通過協議幀的格式發送給 MCU，MCU收到后存到緩沖器，過一段時間對緩沖區進行抓包，抓包后解析，解析后推到數據事件處理，然后執行，實現自己的邏輯，MCU將采集到的數據按照協議幀格式打包發送給 WiFi設備，WiFi設備將數據上傳給云端服務器 [2]。

3.2 ATK-301指紋識別模塊

ATK-301電容指紋識別模塊是一款高性能的電容半導體指紋識別模塊。采用按壓式電容指紋傳感器，具有識別速度快，體積小，功耗低的特點，而且具備串口通信協議，即無需進行復雜的圖像處理以及指紋識別的算法，只需要簡單的串口通信便可以控制模塊。在生活中的各種指紋機、保險柜、指紋門禁系統中大量使用，故本設計采取 ATK-301指紋識別模塊。

3.3 DHT11溫濕度感應模塊

本設計采用 DHT11溫濕度感應模塊，若精度不夠可換為DS18B20。其精度濕度+-5%RH，溫度+-2℃，量程濕度 20-90%RH，溫度 0～50℃。DHT11上電后需要等待一分鐘越過不穩定的狀態，一次通信的時間大約為4ms，傳輸數據分為小數部分和整數部分，一次完整的數據傳輸為40bit。所以具超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。基于以上優點本設計采用 DHT11溫濕度模塊為感應模塊。

3.4 電磁鎖模塊

電磁鎖是利用電生磁的原理制成的。 [1]當有電流通過電磁線圈時，電磁線圈就會產生強大的吸引力將鎖舌吸回，以達到開鎖的目的。當不通電時，電磁線圈不會產生吸引力，故鎖舌不動，門鎖不開。

3.5 STM32F103核心 MCU

STM32F103ZET6有 32位高性能的 ARM Cortex-M3處理器;72M的高速時鐘;114個引腳;112個 I/O口;512K的 FLASH，64K的 SRAM;還有 16M的外部高速晶振;鑒于以上屬性，STM32F103ZET6完全可以勝任核心 MCU的工作。

3.6 云平臺

本設計采用的是機智云平臺，機智云是一個智能硬件自助開發以及云平臺服務的服務商，在全球物聯網開發平臺和物聯網云服務方面都有卓越的地位。為開發者提供了一個從產品定義，設備測試，應用調試，云端開發，數據服務的平臺。機智云通過傻瓜式的自助工具、完善的 SDK以及API服務降低了物聯網開發的門檻。機智云的開發步驟簡單介紹為：創建產品、創建數據點、手機安裝 APP、數據點測試、代碼自動生成、移植代碼、ESP8266燒錄 GAgent固件、配置WiFi、完成控制。

4.測試過程

首先進行 WiFi的配置，長按 key1，進入配置模式，打開手機 APP，完成配置，完成配置后，手機 APP會讀取到來自 DHT11的溫濕度數據，顯示在手機溫濕度對應的項目中，設定報警的數值，設定完成后，用熱水對 DHT11進行加熱加濕，明顯超過設定值后，在手機 APP端顯示溫度超標和濕度超標;點擊開鎖，可以看見電磁鎖鎖舌收縮，完成開鎖，在次點擊，可見鎖舌彈出，完成關鎖;在 MUC中錄入指紋后，在不進行手機開鎖的情況下，把手放到指紋檢查位置，門鎖打開，當手指移動或者拿開時，門鎖鎖舌迅速回彈，完成關鎖。重復上述操作 100次，僅有 1次因網絡配置原因，開鎖失敗，故成功率 99%，可以斷定本設計較為合理可行。

5.結論

該門鎖使家用門鎖智能化，讓我們的生活更加智能。一般的門鎖需要鑰匙開鎖，如果我們忘帶鑰匙那我們在門口就會無能為力。但是應用 WiFi智能指紋門鎖，就算沒有鑰匙我們也能通過手機 app開鎖，當停電或者 WiFi不在線時也能通過指紋解鎖。這樣就可以減少鑰匙的使用。也可以節省鑰匙的資源，也不用擔心鑰匙丟失。只需要一個智能手機就能解決所有問題。這樣我們的生活就會更智能。

可以在室外觀察室內溫濕度，可以觀察好室內的狀況，室外進入室內溫度的驟變引起的不適可以有效減緩。

參考文獻

[1]何永明，張琴，張偉彬，龍馨宇，張新賀.智能門鎖的設計[J].科技創新導報，2019，16（11）：100+102.

[2]李準，郭永剛.基于物聯網的農業環境采集系統的設計[J].高原農業，2019，3（05）：566-570.

[3]馬海霞，高偉豪，曾超華，翁鴻佳，葉恒卓.基于 WiFi的無線智能門鎖設計[J].電子設計工程，2019，27（21）：160-163+171.

作者簡介：王兆偉，1998年 12月出生，男，漢族，在校學生，山東省濰坊市，本科，電氣工程專業，電氣研究方向。