基于ESP8266 的智能指纹门锁

王兆伟 刘玉娇 杜朝涵 董晓杰 黄健文

摘要：为了改进 WiFi门锁，提高可靠性，降低生产成本，提出了基于 ESP8266的智能指纹门锁的控制方案，设计了一款基于 ESP8266WiFi模块以STM32F103单片机为控制核心通过云平台控制的 WiFi指纹门锁。ESP8266通过 GAgent 接入机智云平台，GAgent进行数据转发，为手机，单片机数据，云平台建立起一个桥梁。在此基础上实现了以下功能：指纹录入单片机指纹库中，在进行开锁时与指纹库进行比对，觉定是否开门;获取温度湿度信息，显示在手机 APP上;并能通过手机 APP开关门锁。

关键词：WiFi门锁;指纹开锁;单片机控制;物联网

1.背景

随着人们对物联网、智能家居的日益关注，现在的生活越来越智能化。对于家庭安全的第一道防线——门锁应该走在智能化的前列 [1]。近年来，智能门锁层出不穷，各种各样的智能门锁出现在人们的生活中。这些门锁在一定的程度上确实提高了门锁的安全性，增加的生活的智能化。但在远程开锁或者说不接触开锁方面有较多不足。为解决上述的不足设计了这款WiFi智能指纹门锁。不用携带钥匙，只需要通过现在人们必不可少的手机控制门锁，还可以减少钥匙的生产，节约资源。也降低了钥匙丢失，门锁被开的风险。即使手机没电还可以通过指纹打卡门锁，更加方便。

2.设计目标

通过 DHT11收集温湿度数据，经过 MUC的处理，将数据传送到云平台，云平台经过处理显示在手机 APP上;手机 APP可以设定一个警报值，当数据超过警报值时，云端会向手机发送警告，手机会显示温度湿度过高;手机 APP还可以控制开关门锁，并且手机不能操作时可以通过指纹开锁，打开门锁。因此实现了双重保障，就算手机丢失或者手机没电，都可以开锁。

3.WiFi门锁的硬件设计

本设计以 STM32F103单片机为核心MUC，通过 ESP8266WiFi模块进行手机 APP、云平台、门锁的通信，还能通过 DHT11获取温湿度信息，ATK-301电容指纹识别模块进行指纹识别控制开关锁。手机 APP可以收到来自云端的温湿度数据，并能通过 APP控制开关锁。

3.1 ATK-ESP8266 WiFi通信模块

本系统通信是采用的 ESP8266WiFi模块，ESP8266是低功耗，高集成的 WiFi芯片。ESP8266是现在较为流行的一个远程控制模块，ATK-ESP8266支持 STA/AP/STA+AP三种工作模式，ESP8266与云平台的通信是基于串口协议数据的封包和解析，所以本设计需要烧写机智云GAgent固件覆盖原来的 AT指令。大概流程为开始进行初始化，ESP8266通过按键配置入网，连接到云端服务系统，WiFi设备会收到来自云端或者APP端发送的数据，接受完成后，通过协议帧的格式发送给 MCU，MCU收到后存到缓冲器，过一段时间对缓冲区进行抓包，抓包后解析，解析后推到数据事件处理，然后执行，实现自己的逻辑，MCU将采集到的数据按照协议帧格式打包发送给 WiFi设备，WiFi设备将数据上传给云端服务器 [2]。

3.2 ATK-301指纹识别模块

ATK-301电容指纹识别模块是一款高性能的电容半导体指纹识别模块。采用按压式电容指纹传感器，具有识别速度快，体积小，功耗低的特点，而且具备串口通信协议，即无需进行复杂的图像处理以及指纹识别的算法，只需要简单的串口通信便可以控制模块。在生活中的各种指纹机、保险柜、指纹门禁系统中大量使用，故本设计采取 ATK-301指纹识别模块。

3.3 DHT11温湿度感应模块

本设计采用 DHT11温湿度感应模块，若精度不够可换为DS18B20。其精度湿度+-5%RH，温度+-2℃，量程湿度 20-90%RH，温度 0～50℃。DHT11上电后需要等待一分钟越过不稳定的状态，一次通信的时间大约为4ms，传输数据分为小数部分和整数部分，一次完整的数据传输为40bit。所以具超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。基于以上优点本设计采用 DHT11温湿度模块为感应模块。

3.4 电磁锁模块

电磁锁是利用电生磁的原理制成的。 [1]当有电流通过电磁线圈时，电磁线圈就会产生强大的吸引力将锁舌吸回，以达到开锁的目的。当不通电时，电磁线圈不会产生吸引力，故锁舌不动，门锁不开。

3.5 STM32F103核心 MCU

STM32F103ZET6有 32位高性能的 ARM Cortex-M3处理器;72M的高速时钟;114个引脚;112个 I/O口;512K的 FLASH，64K的 SRAM;还有 16M的外部高速晶振;鉴于以上属性，STM32F103ZET6完全可以胜任核心 MCU的工作。

3.6 云平台

本设计采用的是机智云平台，机智云是一个智能硬件自助开发以及云平台服务的服务商，在全球物联网开发平台和物联网云服务方面都有卓越的地位。为开发者提供了一个从产品定义，设备测试，应用调试，云端开发，数据服务的平台。机智云通过傻瓜式的自助工具、完善的 SDK以及API服务降低了物联网开发的门槛。机智云的开发步骤简单介绍为：创建产品、创建数据点、手机安装 APP、数据点测试、代码自动生成、移植代码、ESP8266烧录 GAgent固件、配置WiFi、完成控制。

4.测试过程

首先进行 WiFi的配置，长按 key1，进入配置模式，打开手机 APP，完成配置，完成配置后，手机 APP会读取到来自 DHT11的温湿度数据，显示在手机温湿度对应的项目中，设定报警的数值，设定完成后，用热水对 DHT11进行加热加湿，明显超过设定值后，在手机 APP端显示温度超标和湿度超标;点击开锁，可以看见电磁锁锁舌收缩，完成开锁，在次点击，可见锁舌弹出，完成关锁;在 MUC中录入指纹后，在不进行手机开锁的情况下，把手放到指纹检查位置，门锁打开，当手指移动或者拿开时，门锁锁舌迅速回弹，完成关锁。重复上述操作 100次，仅有 1次因网络配置原因，开锁失败，故成功率 99%，可以断定本设计较为合理可行。

5.结论

该门锁使家用门锁智能化，让我们的生活更加智能。一般的门锁需要钥匙开锁，如果我们忘带钥匙那我们在门口就会无能为力。但是应用 WiFi智能指纹门锁，就算没有钥匙我们也能通过手机 app开锁，当停电或者 WiFi不在线时也能通过指纹解锁。这样就可以减少钥匙的使用。也可以节省钥匙的资源，也不用担心钥匙丢失。只需要一个智能手机就能解决所有问题。这样我们的生活就会更智能。

可以在室外觀察室内温湿度，可以观察好室内的状况，室外进入室内温度的骤变引起的不适可以有效减缓。

参考文献

[1]何永明，张琴，张伟彬，龙馨宇，张新贺.智能门锁的设计[J].科技创新导报，2019，16（11）：100+102.

[2]李准，郭永刚.基于物联网的农业环境采集系统的设计[J].高原农业，2019，3（05）：566-570.

[3]马海霞，高伟豪，曾超华，翁鸿佳，叶恒卓.基于 WiFi的无线智能门锁设计[J].电子设计工程，2019，27（21）：160-163+171.

作者简介：王兆伟，1998年 12月出生，男，汉族，在校学生，山东省潍坊市，本科，电气工程专业，电气研究方向。