基于物联网的无线智能锁设计与实现
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为了实现智能锁密码的输入袁 系统采用了 WTC6212ML 十二通道低功耗触摸感应按键芯片作为触 摸按键模块的核心遥 该芯片工作电源在 2.2V-5.5V袁 可 以用于间距较小的密集键盘袁 按键最小间距可以达到 0.5mm袁 并且具有优良的防水能力遥 本系统设置触摸按 键数量 4-12 个袁 通过设定电容 Csel 的值确定触摸灵敏 度袁 系统根据设置的 PCB 感应作为芯片的输入袁 经过 WTC6212ML 芯 片 转 换 后 袁 以 BCD 码 的 形 式 输 出 到 MCU袁 系统再根据安全级别确定是否加密袁 随后结合门 锁电机以及相应外设进行工作和调整袁 并且将用户记录 上传到服务器端进行记录袁 保证系统的安全性遥 3 软件系统 3.1 总体架构
当系统接上电源后随即开始进行初始化袁 整个初始 化过程包括时钟初始化尧 MCU 输入/输出 IO 口初始化尧 各模块初始化遥 初始化完成后系统采集室内室外信息袁 对需要传输的数据进行 RSA 算法加密处理再通过无线 模块传输到服务器端袁 同时实时监听用户指令袁 获取指 令后进行解析袁 根据用户指令与子模块的工作状态对设 备进行相应的调整和控制遥 3.2 密码管理系统
本系统采用 OV7670 摄像头进行视频采集遥 OV7670
基金项目：江西农业大学国家级大学生创新创业训练 项目 渊201810410028冤遥 作者简介：郭辉袁 男袁 本科袁 研究方向院 测试尧 传感 器与光机电一体化遥 收稿日期：2018-11-19
120 2019.02
图像传感器体积小袁 工作电压低袁 通过 SCCB 总线控 制袁 可以输出整帧尧 子采样尧 取窗口等各种分辨率的图 像数据遥 考虑到本系统主控芯片对图像的处理速度袁 在 设计电路时先将图像存入 FIFO 中遥 主控芯片设置摄像 头输出格式为 RGB565袁 格式为 JPG袁 主控芯片接收到 每帧图像信息后通过高速 WiFi 模块发送至远程服务器袁 远程服务器接收到视频数据后进行处理袁 将每帧图像分 别转发到客户端遥 2.3 触摸按键模块
基于物联网的无线智能锁设计与实现
郭辉，甘智鑫，熊永江 （江西农业大学软件学院，南昌 330045）
摘 要院 针对传统门锁设备中存在的安全和管理问题，设计了一款基于物联网的新型智能门锁系统。 整个系统以 STM32 单片机作为核心，通过连接声音传感器、红外传感器、摄像头、指纹模块实现指纹 开锁、图像识别、语音留言等功能。远程电脑客户端和手机 APP 端可以通过门锁上的摄像头模块实时 记录当前敲门人的图像信息，并在适当的时候通过下发单次有效的密码允许访客进入。经过测试，该 系统运行稳定，具有良好的市场前景。 关键词院 智能锁；STM32 单片机；安全；WiFi 模块；云服务器
随着互联网与物联网技术的高速发展袁 智能家居与 智能生活理念逐渐深入人心遥 传统门锁在安全尧 管理尧 便利上仍存在极大的不足袁 虽然目前市场上出现了一些 智能门锁袁 但大多仅仅是在开锁方式上做一些改变院 用 指纹或密码取代机械钥匙开锁袁 而在防盗报警尧 开门信 息记录尧 远程授权的安全性等方面的问题处理上还不够 完善袁 因此实现一款云端物联尧 交互性更强的智能门锁 具有重要的意义遥 基于上述思想袁 在结合计算机与物联 网技术的基础上袁 设计了基于 STM32 的智能门锁袁 其 集指纹开锁尧 图像记录尧 声音识别尧 云端记录与处理等 多项功能于一体遥 同时袁 为了保证锁的安全性袁 系统对 用户数据采用 RAS 公钥加密算法袁 并通过手机客户端 或浏览器端进行控制遥 在实现智能锁基本功能的前提 下袁 极大地提高了用户对智能锁的管理效率袁 克服了传 统门锁的缺点遥 1 系统总体方案
智能锁系统的核心是精确尧 快速的匹配用户指纹从 而判断用户身份的合法性遥 本系统采用的是 R301 电容 指纹模块袁 该模块结合了指纹传感器和高性能的 DSP 处理器袁 内嵌完整的指纹识别算法和协议袁 具有指纹录 入尧 图像处理尧 特征提取尧 模板生成尧 模板存储尧 指纹 比对与指纹搜索等功能遥 R301 电容指纹模块可以存储 大 约 1700 枚 指 纹 袁 指 纹 搜 索 时 间 小 于 0.3s遥 其 通 过 Uart 串口与单片机进行指纹数据通信袁 将指纹处理结果 传输到 MCU袁 主控芯片根据结果对电机以及无线传输 模块进行相应的操作袁 满足智能门锁快速开锁的需求遥 2.2 摄像头模块
UART 通信 控件
密码管理系统 渊匹配增加删除冤
CluMsg 云端用户数据
触摸按键扫描系统 渊读取输入数据冤
KeyValue 电容触摸按键
视频数据 SPI 通信 传输管理 控件
Str
上传 用户数据 云端
上传 签到打卡
UART 通信 控件 Msg
图 1 智能锁系统总体结构
本系统采用 STM32F103 作为核心处理器袁 通过红 外检测扫描定时检测门锁外围人体情况袁 当无人时关闭 外设袁 进入低功耗模式曰 若有用户选择指纹或密码开 锁袁 系统会在确定用户身份合法性后驱动门锁电机开 锁袁 同时将录像通过云服务器转发到客户端袁 通知用 户遥 同时袁 为了提升用户体验袁 智能门锁系统会根据用 户操作进行相应的语音提示袁 引导用户操作智能门锁遥 智能锁系统总体结构如图 1 所示遥 2 系统硬件 2.1 指纹模块
电机 门锁
人体检测
LockStatus 霍尔传 防盗
感器 检测
LockStatus 门锁管理系统
BodyCheck 红外检测扫描系统
语音 提示
Ctrl 提示音
Βιβλιοθήκη Baidu
Voltage AD 电量检测
电源管理 系统
智能门锁系统 Smart Lock
STM32F103 核心处理器
指纹 扫描
CtrlMsg FgMsg
为了节省系统电量袁 密码管理系统在默认情况下处 于关闭状态袁 当用户靠近时触摸按键模块唤醒密码管理 系统袁 并对触摸按键扫描袁 检测用户输入遥 同时袁 系统 通过与语音模块进行提示袁 随机生成密码序列袁 使触摸 面板的每位数字出现的位置随机袁 解决由于密码痕迹遗 留导致的泄露安全的问题遥 在确认用户身份后袁 根据用 户身份合法性驱动锁体电机开锁袁 并且将详细记录发送 到服务器端进行保存遥 为保障系统及用户信息的安全袁 系统对所有发送及接收的用户数据均进行加密处理遥 为 了防止暴力多次循环尝试解锁袁 系统会给用户 5 次输入
当系统接上电源后随即开始进行初始化袁 整个初始 化过程包括时钟初始化尧 MCU 输入/输出 IO 口初始化尧 各模块初始化遥 初始化完成后系统采集室内室外信息袁 对需要传输的数据进行 RSA 算法加密处理再通过无线 模块传输到服务器端袁 同时实时监听用户指令袁 获取指 令后进行解析袁 根据用户指令与子模块的工作状态对设 备进行相应的调整和控制遥 3.2 密码管理系统
本系统采用 OV7670 摄像头进行视频采集遥 OV7670
基金项目：江西农业大学国家级大学生创新创业训练 项目 渊201810410028冤遥 作者简介：郭辉袁 男袁 本科袁 研究方向院 测试尧 传感 器与光机电一体化遥 收稿日期：2018-11-19
120 2019.02
图像传感器体积小袁 工作电压低袁 通过 SCCB 总线控 制袁 可以输出整帧尧 子采样尧 取窗口等各种分辨率的图 像数据遥 考虑到本系统主控芯片对图像的处理速度袁 在 设计电路时先将图像存入 FIFO 中遥 主控芯片设置摄像 头输出格式为 RGB565袁 格式为 JPG袁 主控芯片接收到 每帧图像信息后通过高速 WiFi 模块发送至远程服务器袁 远程服务器接收到视频数据后进行处理袁 将每帧图像分 别转发到客户端遥 2.3 触摸按键模块
基于物联网的无线智能锁设计与实现
郭辉，甘智鑫，熊永江 （江西农业大学软件学院，南昌 330045）
摘 要院 针对传统门锁设备中存在的安全和管理问题，设计了一款基于物联网的新型智能门锁系统。 整个系统以 STM32 单片机作为核心，通过连接声音传感器、红外传感器、摄像头、指纹模块实现指纹 开锁、图像识别、语音留言等功能。远程电脑客户端和手机 APP 端可以通过门锁上的摄像头模块实时 记录当前敲门人的图像信息，并在适当的时候通过下发单次有效的密码允许访客进入。经过测试，该 系统运行稳定，具有良好的市场前景。 关键词院 智能锁；STM32 单片机；安全；WiFi 模块；云服务器
随着互联网与物联网技术的高速发展袁 智能家居与 智能生活理念逐渐深入人心遥 传统门锁在安全尧 管理尧 便利上仍存在极大的不足袁 虽然目前市场上出现了一些 智能门锁袁 但大多仅仅是在开锁方式上做一些改变院 用 指纹或密码取代机械钥匙开锁袁 而在防盗报警尧 开门信 息记录尧 远程授权的安全性等方面的问题处理上还不够 完善袁 因此实现一款云端物联尧 交互性更强的智能门锁 具有重要的意义遥 基于上述思想袁 在结合计算机与物联 网技术的基础上袁 设计了基于 STM32 的智能门锁袁 其 集指纹开锁尧 图像记录尧 声音识别尧 云端记录与处理等 多项功能于一体遥 同时袁 为了保证锁的安全性袁 系统对 用户数据采用 RAS 公钥加密算法袁 并通过手机客户端 或浏览器端进行控制遥 在实现智能锁基本功能的前提 下袁 极大地提高了用户对智能锁的管理效率袁 克服了传 统门锁的缺点遥 1 系统总体方案
智能锁系统的核心是精确尧 快速的匹配用户指纹从 而判断用户身份的合法性遥 本系统采用的是 R301 电容 指纹模块袁 该模块结合了指纹传感器和高性能的 DSP 处理器袁 内嵌完整的指纹识别算法和协议袁 具有指纹录 入尧 图像处理尧 特征提取尧 模板生成尧 模板存储尧 指纹 比对与指纹搜索等功能遥 R301 电容指纹模块可以存储 大 约 1700 枚 指 纹 袁 指 纹 搜 索 时 间 小 于 0.3s遥 其 通 过 Uart 串口与单片机进行指纹数据通信袁 将指纹处理结果 传输到 MCU袁 主控芯片根据结果对电机以及无线传输 模块进行相应的操作袁 满足智能门锁快速开锁的需求遥 2.2 摄像头模块
UART 通信 控件
密码管理系统 渊匹配增加删除冤
CluMsg 云端用户数据
触摸按键扫描系统 渊读取输入数据冤
KeyValue 电容触摸按键
视频数据 SPI 通信 传输管理 控件
Str
上传 用户数据 云端
上传 签到打卡
UART 通信 控件 Msg
图 1 智能锁系统总体结构
本系统采用 STM32F103 作为核心处理器袁 通过红 外检测扫描定时检测门锁外围人体情况袁 当无人时关闭 外设袁 进入低功耗模式曰 若有用户选择指纹或密码开 锁袁 系统会在确定用户身份合法性后驱动门锁电机开 锁袁 同时将录像通过云服务器转发到客户端袁 通知用 户遥 同时袁 为了提升用户体验袁 智能门锁系统会根据用 户操作进行相应的语音提示袁 引导用户操作智能门锁遥 智能锁系统总体结构如图 1 所示遥 2 系统硬件 2.1 指纹模块
电机 门锁
人体检测
LockStatus 霍尔传 防盗
感器 检测
LockStatus 门锁管理系统
BodyCheck 红外检测扫描系统
语音 提示
Ctrl 提示音
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Voltage AD 电量检测
电源管理 系统
智能门锁系统 Smart Lock
STM32F103 核心处理器
指纹 扫描
CtrlMsg FgMsg
为了节省系统电量袁 密码管理系统在默认情况下处 于关闭状态袁 当用户靠近时触摸按键模块唤醒密码管理 系统袁 并对触摸按键扫描袁 检测用户输入遥 同时袁 系统 通过与语音模块进行提示袁 随机生成密码序列袁 使触摸 面板的每位数字出现的位置随机袁 解决由于密码痕迹遗 留导致的泄露安全的问题遥 在确认用户身份后袁 根据用 户身份合法性驱动锁体电机开锁袁 并且将详细记录发送 到服务器端进行保存遥 为保障系统及用户信息的安全袁 系统对所有发送及接收的用户数据均进行加密处理遥 为 了防止暴力多次循环尝试解锁袁 系统会给用户 5 次输入