基于虹膜識別的家居智能電子鎖系統設計

齊昌華 李文建 汪志康 王威 許建國

摘要： 基于物聯網的飛速發展和虹膜識別技術的安全可靠性，本文提出了一種基于虹膜識別的家居智能電子鎖系統設計方案。系統設計主要分為鎖體控制模塊、數據采集模塊、數據交互模塊、客戶端等部分。系統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提醒功能，該系統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。系統運行結果表明，設計方案切實可行，有一定的實用價值。

關鍵詞： 虹膜識別;物聯網;電子鎖

基金：長江大學工程技術學院2019年大學生創新創業訓練計劃項目（S201913245012）

引言

隨著5G時代的來臨，物聯網的發展迎來了新的機遇。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展的必然趨勢。

隨著生物特征識別技術的不斷發展成熟，在門禁系統中的應用逐漸成為主流[1]。虹膜識別具有唯一性、穩定性、難以偽造和非接觸式等突出優點，使得其作為身份認證信息備受重視。若將安全系數高，運用廣泛的虹膜識別技術與物聯網的發展大趨勢結合在一起，研發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即可與智能電子鎖進行信息交互，只要能上網，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]。

詳細系統設計

系統架構

本系統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狀態，虹膜攝像頭模組提取用戶虹膜圖像，為數據采集端。繼電器模塊控制電控鎖開關鎖，為鎖體控制端。樹莓派與各模塊之間進行串口通訊，通過互聯網與服務器進行數據交互，為數據交互端。服務器不僅作為客戶端與硬件系統數據交換的樞紐，還承擔著客戶信息的存儲，虹膜數據的分析、提取、匹配工作。系統結構圖如圖1所示。

系統功能設計

本系統有六大主要功能，如圖2，功能及實現介紹如下：

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限，普通用戶注冊的賬號經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限。

虹膜識別解鎖

虹膜識別作為本系統中最關鍵技術，體現在虹膜圖像的提取、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、虹膜圖像有效區域定位、虹膜圖像紋理歸一化、截取虹膜圖像感興趣區域（POI）、虹膜多特征提取與融合識別算法[3]。用戶通過客戶端發送錄入虹膜信息指令，經服務器校驗指令有效后發送到樹莓派，樹莓派打開攝像頭拍攝用戶虹膜圖片發送到服務器，服務器執行虹膜信息提取程序，并將數據存儲到數據庫中。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，與數據庫中存儲到的虹膜數據進行匹配，若匹配成功，服務器向樹莓派發送開鎖指令，樹莓派控制繼電器開啟電控鎖。

遠程解鎖

用戶通過客戶端發送開鎖指令后，經過服務器校驗指令有效后轉發到樹莓派，樹莓派控制繼電器開啟電控鎖實現遠程解鎖。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。

門鎖狀態查詢

用戶可以隨時登錄客戶端查看門鎖是否已經關閉，避免了用戶因為不知家里門鎖是否關閉帶來的不便。

門鎖未關提醒

在門鎖上安裝有一個霍爾傳感器用于檢測門鎖是否關上，用戶可自行設置門鎖未關提醒的時間。當門鎖未關閉達到設定時間時，系統會自動向用戶發送短消息提醒用戶，避免了不必要的財產損失。

門鎖使用記錄查詢

用戶每次開鎖后系統會自動記錄并存儲在數據庫中，用戶可登錄客戶端實時查看。數據庫部分開鎖記錄如圖3。

系統開發方案

該系統后臺程序采用JAVA程序語言設計，jdk采用1.8版本，采用關系型數據庫mysql 5.7版本，使用阿里云云服務器ECS，基于eclipse平臺開發。系統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、接口豐富等特點使得它能作為電子鎖系統的中樞點，同時使用無線網絡技術實現對電子鎖的遠程控制。用戶登錄客戶端后執行各功能操作。

結語

系統將虹膜識別與物聯網相結合，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，查看門鎖狀態信息和使用記錄，還能在門鎖未關時收到短信提醒。但系統仍然還有很大的上升空間。比如系統可以將普通機械鎖與智能電子鎖相結合，當電子系統失靈時，還可以使用鑰匙開門。還可以將家庭監控和家居電器如照明設備、電視等接入智能電子鎖系統，全部實現智能控制，真正做到家居智能。

參考文獻

劉輝，葛昊.人臉識別技術在門禁系統中的應用研究[J].無線互聯科技，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[J].科技與創新，2018（10）：16–18.

李晶晶，童艷，王迪.虹膜識別技術在智慧城市身份認證中的應用研究[J].電子測試，2018（20）：37–38.