基于 “互聯網＋” 的智能門鎖設計

席國棟，林路洋

（哈爾濱遠東理工學院，黑龍江 哈爾濱 150025）

0 引言

當前，智能家居在人們生活中的應用不斷增多，成為很多現代家居設計的重要組成部分，大大地方便了人們的生活和學習，提升了家居品質和效率。相對而言，傳統門鎖在安全和操作應用上有一定的欠缺，而基于WiFi的無線智能門鎖已經越來越多地被應用于很多城市家庭，應不斷推廣。這種門鎖借助指紋或者密碼開鎖，能夠有效記錄信息，還能夠遠程監控和操控，其交互性以及便利性較好，使用安全性也比較高［1］。

1 基于WiFi的智能門鎖設計和實現

基于傳統門鎖應用中的缺陷，本文設計一種以物聯網為基礎的無線智能門鎖裝置，組成部分包括WiFi模塊(ESP8266模塊）、舵機、連桿結構和外殼。WiFi模塊是用來接收手機發送的指令并把信號傳給裝置，WiFi模塊會采用ESP8266模塊，性能較好，成本也較低。連桿結構是根據原裝門鎖的類型進行選擇，用來驅動把手。該門鎖外殼是根據原裝門鎖的形狀而設計的3D打印外殼，用來固定裝置［2］。在該智能門鎖設計中，將STM32F103作為核心處理器，通過紅外掃描對門外人員來往情況進行監測，在無人到訪的情況下，系統會自動進入節電模式。而在有用戶使用指紋或密碼開鎖的情況下，可以在進行身份確認后開鎖，并將錄像及時傳遞到主用戶的手機上，提醒有人員進入。

2 智能門鎖硬件系統設計

2.1 指紋錄入系統設計

指紋錄入系統主要由MCU、液晶屏、指紋模塊組成。系統的主要運作方式是通過檢測到有按鍵按下時，MCU借助串口通信控制指紋模塊對指紋實施采集、錄入、存儲和比對，再按照相應的數據結果對相應接口器件進行操作。該指紋密碼鎖的系統設計原理是以人體手指表面皮膚凹凸不平產生的紋路為主要識別信息，將這些紋路(指紋）作為結構特征進行描述。根據指紋密碼鎖的識別原理，系統通過對人體指紋的拍照，形成相應的指紋特征，這樣就構建了相應的指紋模板，將這些信息錄入數據庫系統，就能夠構成相應的數據庫識別對比信息［3］。該指紋密碼鎖的工作過程是指紋掃描、錄入圖像、生成特征、合成模板。

2.2 攝像頭系統設計

此次研究設計的WiFi智能門鎖應用的攝像頭是0V7670型號傳感器，這一設備電壓低，體積小，借助總線控制，進行數據信息傳輸。設計中結合主控芯片圖像處理速度，在開展電路設計中，對圖像進行存儲。攝像頭一般安裝到芯片中，通過具體的格式輸出，在主控芯片接收到相關信息后，通過高速WiFi模塊，將信息傳遞給遠程服務器。系統服務器在進行相關信息處理后，再將每一幀圖像傳輸到客戶端中，讓用戶可以隨時通過移動智能終端接收和查看相關圖像信息。

2.3 觸摸鍵設計

該智能門鎖使用觸摸感應按鍵芯片作為核心處理元件，電源的電壓一般為3～5 V，這有利于適當縮小鍵盤間距，提升鍵盤的防水性能。一般而言，設置的觸摸按鍵數量可以有4～12個，借助電容數值對觸摸靈敏度進行設置，在完成芯片轉換后，通過BCD碼形式輸出，通過有效安全識別，確立和智能門鎖及相關設備的有效連接。這樣用戶信息可以被及時傳遞到服務器中，系統操作應用也更加方便。

2.4 單片機最小系統設計

該門鎖控制系統使用單片機控制，通過將CPU芯片、存儲器芯片、I/O接口芯片以及簡單的I/O設備連接在相應的印刷電路板中，再將應用程序下載到單片機中，這樣就形成一個小型的單片計算機，即單片機。單片機最小系統是整體系統啟動工作運行的最小模塊，必不可少。單片機擁有自己的最小系統，其主要作用是實現系統運算以及控制目標，讓系統保持初始狀態下執行的復位電路［4］。

2.5 液晶顯示模塊

液晶顯示模塊是智能門鎖的人機交互關鍵模塊，這一部分的設計主要是通過液晶顯示器的電流控制液晶分子，使其按照相應規則進行排序，并配合相應的背光實現需要的內容和畫面顯示功能。這一模塊設計要確保效果，降低功耗，還要提升使用的便利性。此次設計中使用FYD12864-0402B型號的液晶顯示器，這一顯示方案的優勢在于其接口程序編寫更加簡單，價格也更加便宜。這一液晶顯示模塊通過串行和并行四位八位等多種通信方式，能夠滿足用戶的多樣化選擇需要，其內部自帶文字庫和簡單圖形字符，能夠讓現實的內容更加豐富，提升人機交互體驗。

3 智能門鎖軟件系統設計

在該WiFi智能門鎖的設計中，軟件程序通過C51編寫，在Keil環境中進行相應編譯和調試，構建主程序流程圖。系統會隨時感知外部的溫濕度，并顯示在顯示屏上，用戶輸入密碼后在顯示屏上顯示，完成密碼輸入后系統會進行密碼讀取，或者是對用戶給出的語音口令進行讀取，和保存的數字密碼以及語言密碼信息進行比對，確定密碼或口音密碼完全匹配，系統可以開鎖。而在系統出現密碼或語音有誤的情況下，則系統會進入WiFi控制，可以有3次輸入機會，超過3次依然錯誤，則系統會感觸警報，并發送信息到用戶手機，提醒用戶注意。

4 系統優化設計

綜合市面上目前應用比較多的智能門鎖，發現門鎖的市場價格總體偏高，這是因為門鎖的制作材料以及技術成本高。對此，本文基于成本考慮，設計成本最低的智能門鎖方案，認為可以選擇鋁合金材料作為門鎖的金屬外殼，借助相應的單片機控制，構建連桿結構，連桿結構是根據原裝門鎖的類型來選擇，是用來驅動把手。外殼是根據原裝門鎖的形狀而設計的3D打印外殼，用來固定裝置。該智能門鎖設計能夠實現自動化監測和控制，這樣設計的門鎖智能化程度更高，也能夠確保成本合理，更符合廣大消費者的需要。

5 結語

門禁的設置就是為了在安全的前提下使用更加方便，它是解決出入口實現安全防范管理的有效措施，安全性至關重要，所以就要對它的可靠性進行研究，才能更好地提高門禁的安全性。本文研究的智能門禁包含了WiFi模塊(ESP8266模塊）、舵機、連桿結構和外殼。WiFi模塊是用來連接手機接收手機發送的指令并把信號傳給裝置，WiFi模塊會采用ESP8266模塊，性能較好，成本也比較低。本文設計的智能門鎖整體性價比更高，且設計中也考慮了相關操作便利性和安全性，值得應用推廣。