基于STM32的遠程實景智能門鎖的設計

張庭亮,楊志杰,趙賓杰

(安陽工學院 電子信息與電氣工程學院,河南 安陽 455000)

基于STM32的遠程實景智能門鎖的設計

張庭亮,楊志杰,趙賓杰

(安陽工學院 電子信息與電氣工程學院,河南 安陽 455000)

文章研究了基于STM32的遠程實景智能門鎖的設計,針對不同場合的需求,設計完成以STM32F103V8T6為主控,3種安全控制模式的遠程實景智能門鎖.家居模式通過指紋識別驗證身份,中介模式通過設置一次性使用密碼驗證身份,訪客模式通過門前實景驗證身份.系統通過TFT觸控顯示屏與用戶完成交互.設計移動端APP,以服務器為中轉,可以實現遠程查看門前信息、更改密碼等操作.相對于普通的電子門鎖,設計的系統在實時性、安全性與智能性方面具有較大優勢.

STM32;指紋識別;遠程控制;智能門鎖

門鎖是為了實現空間安全性而發明的,日常生活中常用的有機械鎖和電子鎖兩種.機械鎖結構簡單、安全性差,鑰匙作為身份認證基礎,容易丟失或偽造,電子鎖在一定程度上提高了門鎖的安全性[1].但是,基于紅外線遙控的電子密碼鎖[2-3]、基于無線電的電子密碼鎖[4-5]大多采用靜態密碼的方式,其密碼較短且在一定周期內不變,原密碼具有重置密碼的權限,存在安全缺陷[6].目前的智能門鎖主要分為獨立工作型與有線聯網工作型[7],電子技術與移動通信網絡技術的快速發展,為具有生物認證功能的無線智能門鎖的產生提供了必要條件[8-9].設計基于STM32F103V8T6為主控的智能門鎖,降低成本的同時提高了實時安全性,采用薄膜晶體管(Thin Film Transistor,TFT)顯示觸摸控制以完成人機交互.通過手機APP遠程查看門前實景,實時控制門鎖.系統采用指紋認證、密碼認證及實景認證3種安全模式,將生物認證引入到門鎖當中,同時實現物聯網化.根據不同場合的需求,設定不同的安全模式,提高了智能門鎖的實用性.

1 系統總體方案設計

系統由STM32F103V8T6主控模塊、電磁鎖模塊、指紋識別模塊、圖像采集模塊、TFT顯示觸控模塊、無線模塊、移動端模塊、外部存儲模塊及電源模塊組成,如圖1所示.STM32實時處理指紋識別認證指令,通過無線模塊發送圖像采集模塊采集的實景圖像,接收遠程移動端的實景認證指令,通過TFT顯示觸控模塊,完成一次性密碼的輸入與驗證.外部存儲模塊用于存儲指紋識別模板數據.

2 系統硬件設計

采用32位高效低功耗STM32F103V8T6作為主控芯片,集成度高,工作頻率能達到72 MHz.采用Contex-M3內核,增強了芯片的內部框架,支持單周期32位乘法與除法運算,提高了芯片的計算功能.系統采用的圖像采集模塊基于OV7725,屬于CMOS攝像頭系列.無線收發使用esp8266模塊.

2.1 指紋識別模塊

設計采用微雪公司UART Fingerprint Reader指紋識別模塊,速度快、穩定性好.模塊以STM32F205為DSP,結合商用指紋算法,設計完成指紋錄入、圖像處理、特征提取、模板生成、模板存儲與指紋識別等功能.指紋識別模塊原理如圖2所示.

圖1 系統的總體設計

圖2 指紋識別模塊

2.2 顯示觸控模塊

設計采用德飛萊2.8寸TFT彩色LCD觸控顯示屏,主控STM32利用可變靜態存儲控制器(Flexible Static Memory Controller,FSMC)接口驅動TFT-LCD,接口電路如圖3所示.根據顯示芯片ILI9341的指令集,設計編寫了基礎的顯示界面,如圖4所示.用SPI協議驅動觸摸屏驅動芯片XTP2046,分別讀出觸摸點的x軸、y軸數據并結合矯正數據完成觸控交互.

圖3 TFT-LCD觸控屏接口電路

圖4 人機交互界面

2.3 外部存儲模塊

串行E2PROM是基于I2C-BUS 的存儲器件,遵循二線制協議,由于其具有接口方便,體積小,數據掉電不丟失等特點,在儀器儀表及工業自動化控制中得到大量的應用.24C02外部存儲模塊的電路設計如圖5所示.

圖5 外部存儲模塊

2.4 電磁鎖模塊

電磁鎖模塊采用繼電器控制ZUCON電磁鎖.繼電器是一種電子控制器件,用較小的電流控制較大電流的一種"自動開關".在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用.采用NPN三極管來驅動繼電器,電磁鎖驅動電路如圖6所示.

圖6 電磁鎖驅動電路

3 系統軟件設計

系統啟動后進行初始化,管理員可以完成觸控屏矯正,更改管理員密碼,添加指紋,添加來賓等操作.接著,判斷當前需要進入的安全模式:家居模式下,通過串口向指紋模塊發送指紋驗證指令,采用輪詢方式掃描是否有指紋輸入,若指紋驗證成功則開啟門控.指紋識別算法的技術路線如圖7所示.中介模式下,判斷是否輸入了正確的解鎖密碼.訪客模式下,通過圖像采集模塊采集圖像,無線發送給移動端,接收移動端控制指令.

程序總體流程如圖8所示.

圖7 指紋識別算法技術路線

圖8 主程序流程

4 系統測試

通過Keil軟件及J-Link調試器實現了程序的設計、編譯、下載和調試,程序下載到硬件電路進行測試,結果表明,系統能實現設計功能,實物如圖9所示.系統所設計的Android移動端,通過從服務器讀取數據和發送指令完成對門鎖的控制,其界面如圖10所示.

圖9 系統實物

5 結語

設計完成實現3種安全控制模式的遠程實景智能門鎖.家居模式主要完成普通電子鎖的功能,通過指紋識別驗證身份.中介模式是在租賃或者中介場合,由管理員設置一次性使用動態密碼,用戶通過密碼在有效時間內驗證身份即可開門,起到控制人流量與進出時間的目的.訪客模式則是考慮通過門前實景驗證身份,適合于需要人工判斷的門禁.系統經過實際測試完成了設計要求,可以應用于多種場合,實用性好.相對于普通電子鎖,提高了安全性.

圖10 移動APP客戶端界面

[1]扈健瑋,姜琴,楊毯毯.手機控制的藍牙智能門鎖設計與實現[J].山東理工大學學報(自然科學版),2017(1):55-59,63.

[2]崔巖,吳國興,顧媛媛,等.基于FPGA的紅外遙控密碼鎖的設計[J].電子技術應用,2013(11):44-46.

[3]劉瀟婷.基于FPGA的紅外遙控電子密碼鎖的實現[D].大連:大連海事大學,2008.

[4]陳旭,張建財,彭鑫,等.基于GSM通信的家居智能指紋解鎖門鎖[J].山西電子技術,2017(3):14-15.

[5]董慶賀.基于GSM的防盜密碼鎖系統設計與實現[J].電子技術應用,2011(9):64-66,73.

[6]徐又又,韋政.基于STM8L單片機的動態密碼電子鎖設計[J].現代計算機(專業版),2015(25):45-50,55.

[7]李鴻.Zigbee和GPRS雙網家居智能門鎖控制系統[J].自動化技術與應用,2017(3):44-48.

[8]陳旭,張建財,彭鑫,等.基于GSM通信的家居智能指紋解鎖門鎖[J].山西電子技術,2017(3):14-15.

[9]朱航江,潘振福,朱永利."互聯網+"智能門禁控制系統[J].電子技術應用,2017(3):124-126,131.

Design of remote real scene intelligent door lock based on STM32

Zhang Tingliang, Yang Zhijie, Zhao Binjie
(Electronic Information and Electrical Engineering School of Anyang Institute of Technology, Anyang 455000, China)

This paper studies the design of remote real scene intelligent door lock based on STM32. According to the needs of different occasions, the design of remote real intelligent door lock is completed with STM32F103V8T6 as the master to achieve three kinds of security control mode. The home mode verifies identity by fingerprint identification, and the mediation mode verifies identity by setting a one-time use of the password, and the guest mode verifies identity through the front view. The system interacts with the user through the TFT touch screen.The design mobile terminal APP, the server as a transit, can remotely view the front door information, change the password and other operations.Compared with the ordinary electronic door locks, the design of the system in real-time, security and intelligence has a greater advantage.

STM32; fingerprint recognition; remote control; intelligent door lock

國家級大學生創新創業訓練計劃項目;項目編號:201611330007.

張庭亮(1989- ),男,山西臨汾人,助教,碩士;研究方向:模式識別與智能控制.