基于 “互联网＋” 的智能门锁设计

席国栋，林路洋

（哈尔滨远东理工学院，黑龙江 哈尔滨 150025）

0 引言

当前，智能家居在人们生活中的应用不断增多，成为很多现代家居设计的重要组成部分，大大地方便了人们的生活和学习，提升了家居品质和效率。相对而言，传统门锁在安全和操作应用上有一定的欠缺，而基于WiFi的无线智能门锁已经越来越多地被应用于很多城市家庭，应不断推广。这种门锁借助指纹或者密码开锁，能够有效记录信息，还能够远程监控和操控，其交互性以及便利性较好，使用安全性也比较高［1］。

1 基于WiFi的智能门锁设计和实现

基于传统门锁应用中的缺陷，本文设计一种以物联网为基础的无线智能门锁装置，组成部分包括WiFi模块(ESP8266模块）、舵机、连杆结构和外壳。WiFi模块是用来接收手机发送的指令并把信号传给装置，WiFi模块会采用ESP8266模块，性能较好，成本也较低。连杆结构是根据原装门锁的类型进行选择，用来驱动把手。该门锁外壳是根据原装门锁的形状而设计的3D打印外壳，用来固定装置［2］。在该智能门锁设计中，将STM32F103作为核心处理器，通过红外扫描对门外人员来往情况进行监测，在无人到访的情况下，系统会自动进入节电模式。而在有用户使用指纹或密码开锁的情况下，可以在进行身份确认后开锁，并将录像及时传递到主用户的手机上，提醒有人员进入。

2 智能门锁硬件系统设计

2.1 指纹录入系统设计

指纹录入系统主要由MCU、液晶屏、指纹模块组成。系统的主要运作方式是通过检测到有按键按下时，MCU借助串口通信控制指纹模块对指纹实施采集、录入、存储和比对，再按照相应的数据结果对相应接口器件进行操作。该指纹密码锁的系统设计原理是以人体手指表面皮肤凹凸不平产生的纹路为主要识别信息，将这些纹路(指纹）作为结构特征进行描述。根据指纹密码锁的识别原理，系统通过对人体指纹的拍照，形成相应的指纹特征，这样就构建了相应的指纹模板，将这些信息录入数据库系统，就能够构成相应的数据库识别对比信息［3］。该指纹密码锁的工作过程是指纹扫描、录入图像、生成特征、合成模板。

2.2 摄像头系统设计

此次研究设计的WiFi智能门锁应用的摄像头是0V7670型号传感器，这一设备电压低，体积小，借助总线控制，进行数据信息传输。设计中结合主控芯片图像处理速度，在开展电路设计中，对图像进行存储。摄像头一般安装到芯片中，通过具体的格式输出，在主控芯片接收到相关信息后，通过高速WiFi模块，将信息传递给远程服务器。系统服务器在进行相关信息处理后，再将每一帧图像传输到客户端中，让用户可以随时通过移动智能终端接收和查看相关图像信息。

2.3 触摸键设计

该智能门锁使用触摸感应按键芯片作为核心处理元件，电源的电压一般为3～5 V，这有利于适当缩小键盘间距，提升键盘的防水性能。一般而言，设置的触摸按键数量可以有4～12个，借助电容数值对触摸灵敏度进行设置，在完成芯片转换后，通过BCD码形式输出，通过有效安全识别，确立和智能门锁及相关设备的有效连接。这样用户信息可以被及时传递到服务器中，系统操作应用也更加方便。

2.4 单片机最小系统设计

该门锁控制系统使用单片机控制，通过将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片以及简单的I/O设备连接在相应的印刷电路板中，再将应用程序下载到单片机中，这样就形成一个小型的单片计算机，即单片机。单片机最小系统是整体系统启动工作运行的最小模块，必不可少。单片机拥有自己的最小系统，其主要作用是实现系统运算以及控制目标，让系统保持初始状态下执行的复位电路［4］。

2.5 液晶显示模块

液晶显示模块是智能门锁的人机交互关键模块，这一部分的设计主要是通过液晶显示器的电流控制液晶分子，使其按照相应规则进行排序，并配合相应的背光实现需要的内容和画面显示功能。这一模块设计要确保效果，降低功耗，还要提升使用的便利性。此次设计中使用FYD12864-0402B型号的液晶显示器，这一显示方案的优势在于其接口程序编写更加简单，价格也更加便宜。这一液晶显示模块通过串行和并行四位八位等多种通信方式，能够满足用户的多样化选择需要，其内部自带文字库和简单图形字符，能够让现实的内容更加丰富，提升人机交互体验。

3 智能门锁软件系统设计

在该WiFi智能门锁的设计中，软件程序通过C51编写，在Keil环境中进行相应编译和调试，构建主程序流程图。系统会随时感知外部的温湿度，并显示在显示屏上，用户输入密码后在显示屏上显示，完成密码输入后系统会进行密码读取，或者是对用户给出的语音口令进行读取，和保存的数字密码以及语言密码信息进行比对，确定密码或口音密码完全匹配，系统可以开锁。而在系统出现密码或语音有误的情况下，则系统会进入WiFi控制，可以有3次输入机会，超过3次依然错误，则系统会感触警报，并发送信息到用户手机，提醒用户注意。

4 系统优化设计

综合市面上目前应用比较多的智能门锁，发现门锁的市场价格总体偏高，这是因为门锁的制作材料以及技术成本高。对此，本文基于成本考虑，设计成本最低的智能门锁方案，认为可以选择铝合金材料作为门锁的金属外壳，借助相应的单片机控制，构建连杆结构，连杆结构是根据原装门锁的类型来选择，是用来驱动把手。外壳是根据原装门锁的形状而设计的3D打印外壳，用来固定装置。该智能门锁设计能够实现自动化监测和控制，这样设计的门锁智能化程度更高，也能够确保成本合理，更符合广大消费者的需要。

5 结语

门禁的设置就是为了在安全的前提下使用更加方便，它是解决出入口实现安全防范管理的有效措施，安全性至关重要，所以就要对它的可靠性进行研究，才能更好地提高门禁的安全性。本文研究的智能门禁包含了WiFi模块(ESP8266模块）、舵机、连杆结构和外壳。WiFi模块是用来连接手机接收手机发送的指令并把信号传给装置，WiFi模块会采用ESP8266模块，性能较好，成本也比较低。本文设计的智能门锁整体性价比更高，且设计中也考虑了相关操作便利性和安全性，值得应用推广。