基于STM32的智能指紋門鎖

王皓 張昊 何懷鵬 王成 馬浩文

摘要：隨著人們生活水平的提高，智能化的生活方式已經成為人們生活的主流。隨著科技的發展，自動化水平的提高，萬物互聯時代已經到來。物聯網，智能家居，是近些年最為火爆的幾個詞語，但是智能家居費用太高，不能做到普遍的智能化。近年市面上出現各類基于電子密碼、射頻、指紋等生物識別等等的智能門鎖。這些“智能門鎖”雖然提高的門鎖的安全性和便利性，但并未實現人們希望的智能。在分析以上各類門鎖的基礎上，設計了一款單片機控制的帶 Wifi、溫濕度感應模塊和煙霧傳感器等器件，實現手機 APP 遠程對門鎖進行上/解鎖，并監控門開關狀態、室內溫濕度煙霧系數等功能的門鎖。無線智能指紋門鎖是一個智能產品，它使用無線網絡建立了鎖和移動通信，用戶通過手機應用程序可以打開和關閉操作或監視器鎖、門鎖控制。還可以檢測室內溫度和濕度。使門更安全。

關鍵詞： WiFi;指紋門鎖;單片機控制;物聯網

一、項目研究現狀與分析：

隨著物聯網上升為國家戰略，智能家居作為重點應用頻繁出現在中央及地方政策中。互聯網+、智慧生活、物聯網技術的觸角已伸向每家每戶都離不開的門鎖 [1-2] ，智能門鎖作為智能家庭的入口占有舉足輕重的地位。近年來人們生活水平逐步提高，人們的安全防范意識和對生活品質要求也隨之提高，所以智能門鎖應用也會更為廣泛。無線通信方式控制的智能門鎖的優點在于不進行數據對比處理，只做數據采集以及數據傳輸，更為安全可靠，而且無線智能門鎖使用較為方便，不需要大量布線;而且可以和智能家居控制系統相結合，以提高安防性能 [3] 。目前智能門鎖的無線通訊方式主要有 ZigBee、藍牙、WiFi 等，以 ZigBee 無線通信技術為核心，設計了一款適用于集中式辦公樓宇的電子門鎖智能測控系統[4] 。結合ZigBee技術與GPRS 網絡，設計了一套遠程無線抄表系統 [5] 。運用 NFC 的數字化智能技術，對門禁系統進行了數字化及智能化的研究設計 [6] 。藍牙通信模塊組網實現對整個家居系統控制，實現了任意手機終端遠程 GSM通信，遠程控制智能家居 [7] 。隨著WiFi覆蓋率的逐步擴大，WiFi作為通訊方式的產品成為研究熱點。國外對智能電子鎖的使用較多 [8-10] ，而國內電子鎖市場由于生產、技術等的原因的限制，價格普遍偏高，限制了電子鎖市場的發展。本基于 WiFi通訊方式的無線智能門鎖能達到控制方便快捷、成本較低，能廣泛應用于家庭。

二、項目研究內容和目標：

（一）內容

通過STM32F103ZET6單片機，經過無線通信模塊ESP8266通訊，經過云平臺，實現門鎖與手機的相互聯絡，再通過室內DHT11采集溫度、濕度數據經過云平臺發送給手機，再通過手機上預設的開關，實現門鎖的開關。實現對門鎖的智能化。進而實現對非智能的家用電器的智能化，達到省電，安全，健康的目的。

（二）目標

實現智能門鎖與手機的無線通信，人可以在手機上隨時隨地的控制自己家門的開關，還能檢測室內的溫濕度，煙霧指數，在斷電時可以通過指紋開鎖。方便人們的生活，使門鎖更加智能。溫度濕度過高或者煙霧指數過高會通過APP向手機發出警報。

三、項目技術硬件

（一）MCU

MCU是該系統的核心，主要完成不同信息的采集，進而實現不同的處理。本次采用STM32F103ZET6單片機作為MCU.

（二）無線模塊：

該部分可用ESP8266或Zigbee兩種方案實施。出于成本，本項目擬用ESP8266無線模塊外加功率放大器實現遠距離無線信息傳輸。

（三）溫濕度采集模塊：

DHT11是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。精度不夠則換為DS18B20。該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。其精度濕度+-5%RH， 溫度+-2℃，量程濕度20-90%RH， 溫度0～50℃。DHT11的供電電壓為3-5.5V。傳感器上電后，要等待1s以越過不穩定狀態在此期間無需發送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個100nF的電容，用以去耦濾波。

DHT11采用的總線方式為單總線數據格式，一次通訊的時間是4ms左右，數據發送分小數部分和整數部分，一次完整的數據傳輸為40bit，高位先出。

（四）煙霧采集模塊：

MQ-2型煙霧傳感器屬于二氧化錫半導體氣敏材料，屬于表面離子式N型半導體。處于200～300攝氏度時，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負離子吸附，使半導體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當與煙霧接觸時，如果晶粒間界處的勢壘收到煙霧的調至而變化，就會引起表面導電率的變化。利用這一點就可以獲得這種煙霧存在的信息，煙霧的濃度越大，導電率越大，輸出電阻越低，則輸出的模擬信號就越大。

（五）指紋模塊：

指紋門禁以手指取代傳統的鑰匙，使用時只需將手指平放在指紋采集儀的采集窗口上，即可完成開鎖任務，操作十分簡便，避免了其它門禁系統（傳統機械鎖、密碼鎖、識別卡等）有可能被偽造、盜用、遺忘、破譯等弊端。

（六）電磁鎖

12v電磁鎖，磁力鎖 （或稱電磁鎖）的設計和電磁鐵一樣，是利用電生磁的原理，當電流通過硅鋼片時，電磁鎖會產生強大的吸力緊緊的吸住吸附鐵板達到鎖門的效果。只要小小的電流電磁鎖就會產生莫大的磁力，控制電磁鎖電源的門禁系統識別人員正確后即斷電，電磁鎖失去吸力即可開門。

四、安全機制及網絡協議

ESP82266模塊支持多種類型的無線加密方式，如WEP、WPA-PSK/TKIP、WPA -PSK/AES、WPA2-PSK/TKIP、WPA2-PSK/AES。本系統中，采用WAP-PSK/AES無線網絡加密方式。USR-Wi Fi232-X模塊支持TCP/UDP無線通信協議，USR-Wi Fi232-X網絡端接口既可工作在服務器模式下，也可工作于客戶端模式，用戶可通過Web或串口發送AT+命令這兩種方式進行模式選擇。

五、系統軟件設計

本系統有以下功能：

（1）手機通過云平臺APP實現與門鎖的鏈接。

（2）單片機主程序處理收到的開鎖信號，并將該信號發給電磁鎖，同時電磁鎖開鎖。

（3）SP8266子程序主要功能為啟動 WiFi，以 AT指令的形式修改 WiFi的名稱與密碼，將開鎖信號發送給單片機。

（4）STM32F103ZET6子程序主要功能為存儲和讀取指紋模塊發送的數據，將指紋模塊開鎖信號發送到電磁鎖，實現開鎖。

（5）電磁鎖子程序讀取單片機的信號并驅動門鎖。

六、結 論

（1）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。

（2）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] 項宇楠，胡小小，李章東，等.帶語音識別的智能門鎖設計[J] .物聯網技術，2018（10）：90-93.

作者簡介：

王皓（1997-），性別男，民族滿族，職稱在校學生，籍貫：黑龍江省哈爾濱市，本科學歷，電氣工程專業，電氣研究方向。