基于双重指纹的无线智能门锁系统设计

    王颂

    

    

    【摘? 要】传统智能门锁指纹解锁安全性能相对不足，同时存在功耗过大的问题，改进智能门锁系统成为了最好的解决方案。基于此，论文在双重指纹技术的应用下设计新型无线智能门锁系统，深入阐述该系统的具体门控芯片、无线通信模块、指纹识别模块、驱动电路等选择方案，总结该系统的设计质量，为实际无线智能门锁系统的设计与开发、解决传统智能门锁存在问题而提供参考。

    【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.

    【关键词】智能门锁;安全性能;双重指纹技术;门控芯片;设计质量

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

    【中图分类号】TP368.1;TU855? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文献标志码】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章编号】1673-1069（2020）05-0168-02

    1 系统整体设计方案

    在本次智能门锁系统设计中，WiFi技术是无线通信的基础技术之一，而业主可以利用手机、平板等终端设备来打开门锁系统对应的APP软件应用，并在其中实现对智能门锁系统的智能控制，不仅能够实时查看门锁关闭状态，更能够查看门锁开关记录、系统电量等。该系统由终端设备、门禁模塊以及路由器所组成。终端设备种类有很多，既可以是手机，也可以是平板电脑，更可以是笔记本电脑，只要能够在终端设备系统中运行智能门锁系统对应的控制软件，均可以视之为终端设备;门禁模块分别为四种开锁方式，三种为智能高效开锁方式，一种为传统机械开锁方式，且该模块可以动态性地在网络帮助下为业主终端设备输送门锁系统实时动态信息等;路由器的使用目的是为了能够确保该系统具备良好的网络通信质量，同时在多个通信信道中选择最佳路径并输送相应的系统信息。所设计的智能门锁系统在组成结构中以硬件结构和软件结构为主，具体设计方案如下。

    2 系统硬件设计方案

    门锁控制器应用STM32F103C8T6微控制器，该控制器的购置成本相对比较低，且功耗不大，控制器运行稳定性较为优异。连接控制器的接口通常比较简单，在控制器内部芯片元件中具有可编程的FLASH存储器，在很多工业领域中有着广泛的应用、具备优异的应用性能。而其中的无线通信模块则选取ESP8266WIFI串口模块，模块体积非常小，同时功耗低、高集成度等诸多优点，从应用层调用接口函数可以实现WiFi控制功能。另外，指纹识别模块是为了能够从门外识别开门者的生物指纹，从而达到安全验证的目的。该模块所选取的半导体为ZN632，具有较高的指纹识别率，且具备优异的防伪质量以及抗静电质量。

    传统蓝牙解锁方式在连接过程中的稳定性质量比较差，对于在WiFi模块应用中，业主可以从中实现远程监控以及控制等功能，当业主利用终端设备连接系统WiFi模块之后，该模块可以将所接收到的信号输入门控芯片中，而芯片在处理信号过程中实现对各级子模块的共同控制功能，确保这些子模块能够依据相应功能实现控制作用。当电机驱动模块在受到信号指令之后，可以开启并实现闭合门锁的功能。如果业主在应用APP控制门锁开锁过程中，需要开启WiFi，同时输入指定密码，才能够实现终端设备与门锁系统的通信连接功能。此时终端设备上具备的指纹传感器可以开启并验证业主指纹，待验证成功之后会将验证信息输送至系统WiFi模块当中，此时WiFi模块会控制门控芯片而开启控制电机。如果业主在指纹验证失败后可以在终端设备APP上选择使用固定密码进行开锁，这也是一种保险的密码控制手段。如果在指纹验证失败之后，WiFi模块会在控制门控芯片中来实现对LED灯的控制，使之闪烁三次并需要重新确认收集指纹信息。

    除此以外，在智能门锁系统中的硬件电路一般分为门控芯片电路、步进电机驱动电路以及预警电路等。在门控芯片电路中，其芯片选择STM32F103C8T6电子元件，其电路如图1所示，而在ZN632指纹识别模块应用中可以视为信号输入端，用来输入信号并输送至门控芯片来实现控制功能。其中的WiFi通信模块选择ESP8266，连接门控芯片的GPIOA9以及GPIOA10两端，前者是用来作为输出TXD1，串口定义为浮空输入。而指纹模块的串口4连接门控芯片GPIOA2，将其作为输出TXD2。同时，串口5连接门控芯片GPIOA3，将其作为输入RXD2。另外，在步进电机驱动电路中，其门控芯片上的四个端口如PB12、PB13、PB14以及PB15均作为步进电机控制信号的输入端，将其与ULN2004L上的IN4、IN3、IN2以及IN1进行连接，实现共同控制步进电机的目的，而ULN2004L在与步进电机连接中来驱动电机工作。

    另外，在预警电路中，电位器在调整完毕之后，压电振动传感器会结合所采集到的实际振动强度来自D0位置输出电压信号，同时在LM358运算放大器放大之后从OUT2接入蜂鸣器，具体电路示意图如图2所示。除此以外，液晶显示屏可以为之提供具体连接信息以及工作状态、系统电量信息等。

    3 系统软件设计方案

    系统软件以系统总控制器、客户端所组合而成，可以帮助业主实现门禁系统权限管理功能以及数据交互功能等，因此，其软件编程语言以C语言为主，在多个子模块组成中实现主程序的工作流程。同时，在客户端软件中，编程语言以Java为主，即利用专业软件来结合Java语言对STM32F103C8T6电子元件实现编译功能。同时在这其中需要配置相应的热点信息（如名称、密码、加密方式、IP地址等），同时实现对WiFi模块的初始化功能。门控芯片会连接ESP8266模块，并实现数据传输功能。此时可以结合终端设备来对各级子模块进行控制，而业主也可以在其中选择虚拟指纹来实现验证，也可以选常规密码。无论是哪种密码，所有解锁记录都会记录在ESP8266模块当中，并将其发送至业主终端设备以实现查看功能。

    4 结语

    在最终测试结果中，业主可以从终端设备打开系统APP应用，既可以选择利用输入密码进行解锁，也可以选择验证指纹密码，无论哪种密码，一旦验证失败，门锁开启就会失败，此时需要进行重新验证。

    【参考文献】

    【1】冯郅皓，严李强，潘旭，等.基于雙重指纹的无线智能门锁系统设计[J].软件，2020（1）：1-6.