一种智能锁具的设计

范灵芝

【摘要】：随着时代与科技进步，人们对于安全的重视程度与日俱增。传统的防盗措施在很大程度上已经不再适用，本文以STM32为主控MCU，结合指纹，物联网等先进技术，设计了一种具有时代特色的新型智能锁具。在本身锁具安全开锁的前提下，外加了错误开锁报警装置以及开锁数据存储的功能，用户可实时监测锁具的开启信息，做到让不法分子无门可进，无门敢进。

【关键词】：STM32；指纹解锁；实时监测；物联网

传统的锁具主要为弹子锁，不仅锁具本身容易出现故障，而且人们常需携带多把钥匙，如果钥匙遗失了，重新换锁或是重新配钥匙，都是很麻烦的。此外，传统锁具很大程度上已经不能起到很好的保护用户人生安全，信息安全，资产安全等方面的作用。针对于这个社会现状，一款能够适用于当前时代的具有更高安全性的智能锁具是人们所急需的，并且随着手机，物联网等大力发展，智能锁具变得更加智能化，相关的技术也会不断更新，智能锁具具有非常好的发展前景。本文设计了一种基于STM32单片机，有指纹识别功能的智能锁具。

一、系统研究方法

二、系统硬件设计

1.单片机控制模块

本设计采用STM32F103C8T6单片机作为系统的主控芯片，它是系统代码运行的主要地点，能够实现数据的采集、分析、显示以及数据的上传指令等相关工作，是起最主要的开锁关锁以及物联网连接等相关工作的控制核心。STM32单片机有着强大的ARM内核，无论是在性能还是外设上都优于传统的51系列单片机。

单片机控制模块包括了复位电路，晶振电路，电源稳压电路，LED指示灯显示，按键设计等几个大的部分。

2.指纹检测设计

本设计采用指纹识别模块，以STM32F205高速数字处理器为核心，结合商用指纹算法，高精度光学传感器，并具有指纹录入、图像处理、特征值提取、模板生成储存、指纹比对和搜索等功能的智能型模块。利用该模块的指纹录入、指纹比对功能，实现指纹识别解锁。

3.数据发送设计

GPRS支持电话、短信、上网等功能，即使没有外部网络，没有WIFI，只需要有一张手机卡就能够将数据进行上传，本系统的创新之处在于这个部分。GPRS模块能够将数据发送至服务器，由于数据发送端位置并非一成不变的，而是要达到“永远在线”的效果，因此必须采用GPRS这种移动网络接入的方式来达到实时传输数据的要求。本设计采用GSM900A模块，它是SIMCom推出新款紧凑型产品，属于双频GSM/GPRS模块，完全采用SMT封装形式。SIM900A采用工业标准接口，工作频率为GSM/GPRS850/900/1800/1900MHz，可以低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的传输。

4.人机界面设计

本设计将使用串口HMI屏作为人机界面，人机界面是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。串口HMI就是设备封装好HMI的底层功能以后，通过串口（USART232）与用户MCU进行交互，本设计采用的串口HMI显示屏模块类似于多年以前的触摸屏显示部分，具有很好的显示效果与反馈效果。

经过自主设计之后，设计出相关的显示界面。本设计的第一页为密码输入页，密码正确后进入第二页，第二页为相关的指令控制内；点击指纹解锁按键发送指纹解锁命令0x01，当指纹匹配时解锁成功；当发送添加指纹命令0x02时，发送添加指纹命令；点击清除所有指纹命令0x03，发送清空所有指纹的命令。

5.电源模块设计

一个稳定的电源是系统稳定运行的基础。对于智能锁具而言，供电的稳定性直接决定智能锁具的使用价值。具体的设计思路如下：

（1）采用5V电压供电。可直接安卓用手机充电头连接在220V交流插座上。

（2）直接使用可充电式锂电池作为备用电源。

三、系统软件设计

1.指纹新建存储与擦除

指纹新建存储即指在锁具系统中能够存储多个指纹信息，数量在理论上可达到数百个之多。指纹擦除指使用的用户具有对指纹进行擦除的权利。对指纹进行新建与擦除动作时，需要输入事先设置的相应密码，且只能由本锁具所登记持有的最初拥有修改权限的用户进行相关的操作。指纹新建与擦除流程如图2所示。

2.指纹解锁

对于输入的指纹信息，由指纹模块进行指纹信息的解码分析，将锁分析所得出的结果输送至STM32F103C8T6单片机进行下一步的处理。当指纹检测正确时，认为输入指纹的用户具有开锁权限，锁具将会打开，与此同时会记录下开锁人员的开锁相关信息，例如开锁时间等等。当连续三次及以上开锁失败时，默认为开锁人员不具备开锁权限，此时锁具设备会发出较为强烈的警报声音，持续一分鐘的时间。指纹开锁流程如图3所示。

3.开锁相关数据发送

对于每一次的开锁信息，无论是正确开锁还是错误开锁警报，本锁具系统都会将当时的开锁信息（包括开锁的时间以及人员）发送至指点的网络进行数据存储，以便用户实时读取相关的开锁信息。

参考文献：

[1]张昌宪.基于物联网技术的智能控制器及智能钥匙的研发[D].华东理工大学2016（04）.

[2]宋美慧.中国历代锁具设计及文化研究[J].北京化工大学.2014（05）.

[3]田红鹏，肖瑾.基于无线安全的智能锁具及其软件控制系统[J].西安科技大学.2016.9.