一種智能鎖具的設計

范靈芝

【摘要】：隨著時代與科技進步，人們對于安全的重視程度與日俱增。傳統的防盜措施在很大程度上已經不再適用，本文以STM32為主控MCU，結合指紋，物聯網等先進技術，設計了一種具有時代特色的新型智能鎖具。在本身鎖具安全開鎖的前提下，外加了錯誤開鎖報警裝置以及開鎖數據存儲的功能，用戶可實時監測鎖具的開啟信息，做到讓不法分子無門可進，無門敢進。

【關鍵詞】：STM32；指紋解鎖；實時監測；物聯網

傳統的鎖具主要為彈子鎖，不僅鎖具本身容易出現故障，而且人們常需攜帶多把鑰匙，如果鑰匙遺失了，重新換鎖或是重新配鑰匙，都是很麻煩的。此外，傳統鎖具很大程度上已經不能起到很好的保護用戶人生安全，信息安全，資產安全等方面的作用。針對于這個社會現狀，一款能夠適用于當前時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，物聯網等大力發展，智能鎖具變得更加智能化，相關的技術也會不斷更新，智能鎖具具有非常好的發展前景。本文設計了一種基于STM32單片機，有指紋識別功能的智能鎖具。

一、系統研究方法

二、系統硬件設計

1.單片機控制模塊

本設計采用STM32F103C8T6單片機作為系統的主控芯片，它是系統代碼運行的主要地點，能夠實現數據的采集、分析、顯示以及數據的上傳指令等相關工作，是起最主要的開鎖關鎖以及物聯網連接等相關工作的控制核心。STM32單片機有著強大的ARM內核，無論是在性能還是外設上都優于傳統的51系列單片機。

單片機控制模塊包括了復位電路，晶振電路，電源穩壓電路，LED指示燈顯示，按鍵設計等幾個大的部分。

2.指紋檢測設計

本設計采用指紋識別模塊，以STM32F205高速數字處理器為核心，結合商用指紋算法，高精度光學傳感器，并具有指紋錄入、圖像處理、特征值提取、模板生成儲存、指紋比對和搜索等功能的智能型模塊。利用該模塊的指紋錄入、指紋比對功能，實現指紋識別解鎖。

3.數據發送設計

GPRS支持電話、短信、上網等功能，即使沒有外部網絡，沒有WIFI，只需要有一張手機卡就能夠將數據進行上傳，本系統的創新之處在于這個部分。GPRS模塊能夠將數據發送至服務器，由于數據發送端位置并非一成不變的，而是要達到“永遠在線”的效果，因此必須采用GPRS這種移動網絡接入的方式來達到實時傳輸數據的要求。本設計采用GSM900A模塊，它是SIMCom推出新款緊湊型產品，屬于雙頻GSM/GPRS模塊，完全采用SMT封裝形式。SIM900A采用工業標準接口，工作頻率為GSM/GPRS850/900/1800/1900MHz，可以低功耗實現語音、SMS、數據和傳真信息的傳輸。

4.人機界面設計

本設計將使用串口HMI屏作為人機界面，人機界面是系統和用戶之間進行交互和信息交換的媒介，它實現信息的內部形式與人類可以接受形式之間的轉換。串口HMI就是設備封裝好HMI的底層功能以后，通過串口（USART232）與用戶MCU進行交互，本設計采用的串口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。

經過自主設計之后，設計出相關的顯示界面。本設計的第一頁為密碼輸入頁，密碼正確后進入第二頁，第二頁為相關的指令控制內；點擊指紋解鎖按鍵發送指紋解鎖命令0x01，當指紋匹配時解鎖成功；當發送添加指紋命令0x02時，發送添加指紋命令；點擊清除所有指紋命令0x03，發送清空所有指紋的命令。

5.電源模塊設計

一個穩定的電源是系統穩定運行的基礎。對于智能鎖具而言，供電的穩定性直接決定智能鎖具的使用價值。具體的設計思路如下：

（1）采用5V電壓供電?？芍苯影沧坑檬謾C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、系統軟件設計

1.指紋新建存儲與擦除

指紋新建存儲即指在鎖具系統中能夠存儲多個指紋信息，數量在理論上可達到數百個之多。指紋擦除指使用的用戶具有對指紋進行擦除的權利。對指紋進行新建與擦除動作時，需要輸入事先設置的相應密碼，且只能由本鎖具所登記持有的最初擁有修改權限的用戶進行相關的操作。指紋新建與擦除流程如圖2所示。

2.指紋解鎖

對于輸入的指紋信息，由指紋模塊進行指紋信息的解碼分析，將鎖分析所得出的結果輸送至STM32F103C8T6單片機進行下一步的處理。當指紋檢測正確時，認為輸入指紋的用戶具有開鎖權限，鎖具將會打開，與此同時會記錄下開鎖人員的開鎖相關信息，例如開鎖時間等等。當連續三次及以上開鎖失敗時，默認為開鎖人員不具備開鎖權限，此時鎖具設備會發出較為強烈的警報聲音，持續一分鐘的時間。指紋開鎖流程如圖3所示。

3.開鎖相關數據發送

對于每一次的開鎖信息，無論是正確開鎖還是錯誤開鎖警報，本鎖具系統都會將當時的開鎖信息（包括開鎖的時間以及人員）發送至指點的網絡進行數據存儲，以便用戶實時讀取相關的開鎖信息。

參考文獻：

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