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        智能門鎖設(shè)計

        2022-10-19 04:53:08劉彩迪徐統(tǒng)嘉劉立業(yè)王瑤任晨雨商國旭
        電子制作 2022年19期
        關(guān)鍵詞:單片機智能

        劉彩迪,徐統(tǒng)嘉,劉立業(yè),王瑤,任晨雨,商國旭

        (赤峰學(xué)院,內(nèi)蒙古赤峰, 024000)

        0 引言

        隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及工業(yè)的發(fā)展,各式各樣的門鎖逐漸進(jìn)入人們的視野,人們出于對家庭和財產(chǎn)的安全考慮,對門鎖的安全需求也越來越高。在日常生活中,人們每天進(jìn)出家、汽車、車庫和辦公室甚至許多公共場所都必須和門鎖見面,經(jīng)常會遇到忘帶鑰匙或意外丟失鑰匙的情況。而伴隨智能行業(yè)的發(fā)展,智能門鎖逐漸走進(jìn)家庭用戶,通過多種方式進(jìn)行開鎖,為日常生活提供了很多便利。

        1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

        本設(shè)計的核心處理器為STM32單片機,總體結(jié)構(gòu)如圖 1所示。硬件結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計,該部分由8個模塊組成,分別是:指紋識別模塊、射頻感應(yīng)模塊、語音播放模塊、藍(lán)牙模塊、顯示模塊、矩陣鍵盤、報警模塊和信息存儲模塊。

        圖1 智能門鎖系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖

        2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

        ■2.1 指紋識別模塊

        該模塊是基于AS608的指紋識別模塊,AS608指紋識別模塊是ALIENTEK推出的一款高性能的光學(xué)指紋識別模塊。AS608模塊內(nèi)置 DSP運算單元,集成了指紋識別算法能高效、快速采集圖像并識別指紋特征。模塊配備了串口、USB 通信接口,用戶只需通過簡單的串口、USB 按照通信協(xié)議便可控制模塊。模塊接口采用 8 芯 1.25 mm 間距單排插座,模塊內(nèi)置手指探測電路,用戶可讀取狀態(tài)引腳(WAK)判斷有無手指按下。

        ■2.2 射頻感應(yīng)模塊

        該模塊是基于MFRC522的射頻感應(yīng)模塊。采用7芯1.25mm間距單排插座,使用SPI接口進(jìn)行通信。

        MFRC522是應(yīng)用于13.56MHz非接觸式通信中高集成度地讀寫卡芯,系統(tǒng)通過與MFRC522連接的天線和IC卡線圈產(chǎn)生共振來傳遞數(shù)據(jù),從而完成模塊與卡間的通訊。MFRC522根據(jù)寄存器的設(shè)置來調(diào)制發(fā)送緩沖區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)而得到發(fā)送信號,以TX1、TX2引腳驅(qū)動天線產(chǎn)生電磁波的形式發(fā)送,IC卡采用RF場的負(fù)載調(diào)制進(jìn)行響應(yīng)。同時天線檢測到IC卡的響應(yīng)信號后,經(jīng)過天線匹配傳送到RX引腳,MFRC522內(nèi)部接收緩沖器對其信號進(jìn)行檢測、解調(diào),并根據(jù)寄存器的設(shè)置進(jìn)行相應(yīng)處理,再將其數(shù)據(jù)發(fā)送至單片機。

        圖2 射頻感應(yīng)模塊電路圖

        ■2.3 語音播放模塊

        該模塊采用ISD公司的ISD4004。 該語音器件采用多電平直接模擬存儲專利技術(shù),聲音無需經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換和壓縮,每個采樣值直接存儲在片內(nèi)的閃爍存儲器中,從而避免一般固體錄音電路量化和壓縮造成的量化噪聲和金屬聲。圖3為語音播放原理電路。 語音輸入通過話筒(MIC)直接與ISD4004的引腳IN+、IN-連接差分驅(qū)動輸入。語音輸出端則是通過LM386放大后連接到電臺的語音輸出端。 系統(tǒng)采用鍵控分段錄放音模式。 通過錄音鍵可錄制10段不同的語音,每段錄音對應(yīng)鍵盤上一個按鍵,根據(jù)所接收到的語音信號,通過10個按鍵可播放不同的語音,使用方便、靈活。

        圖3 語音播報模塊電路圖

        ■2.4 藍(lán)牙模塊

        該模塊是基于BT08B的藍(lán)牙模塊,它是專為智能無線數(shù)據(jù)傳輸而打造的,遵循 V2.1+EDR藍(lán)牙規(guī)范。本模塊內(nèi)置 PCB 射頻天線,支持UART接口和SPP藍(lán)牙串口協(xié)議。該模塊可通過藍(lán)牙將智能門鎖與手機連接,不僅可以實現(xiàn)設(shè)置和管理智能門鎖,還可以實現(xiàn)手機端遙控開鎖。

        ■2.5 顯示模塊

        為了使密碼鎖的密碼顯示效果更加人性化,便于操作,該模塊采用SPI觸摸顯示屏,它的控制芯片是ILI9488。背光使用一個三極管驅(qū)動,最大支持解析度為:HVGA,分辨率為480×320,接口可以為8位或者16位并口,我們這里是使用16位并口,以發(fā)揮STM32的優(yōu)勢。

        系統(tǒng)開機后,顯示器一直處于初始狀態(tài),等待密碼的輸入。當(dāng)對密碼鎖進(jìn)行開鎖操作時,按下鍵盤上的數(shù)字鍵“0”~“9”來進(jìn)行密碼的輸入。每按下一個數(shù)字鍵后,會在顯示器上顯示一個“*”字符,這是為了保護(hù)密碼,輸入多少位就會顯示多少個“*”。當(dāng)密碼輸入完成以后,接著按下確認(rèn)鍵。如果輸入的密碼正確,SPI顯示屏顯示“密碼正確”;否則,會顯示“密碼錯誤”。

        3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

        ■3.1 密碼開鎖

        主程序?qū)δK進(jìn)行初始化后跳轉(zhuǎn)到顯示運行界面,用戶通過矩陣鍵盤進(jìn)行密碼輸入,此時單片機對存儲的密碼和輸入密碼進(jìn)行匹配,若匹配成功,單片機電路中的控制引腳改變?yōu)榈碗娖叫盘枺偈估^電器吸合,進(jìn)而使得門鎖打開;與之相反,若匹配失敗,則需重新輸入密碼。若連續(xù)三次匹配錯誤,單片機的控制引腳變?yōu)楦唠娖剑M(jìn)而連通報警電路,使得報警模塊發(fā)出警報聲。若輸入的密碼與管理員密碼匹配成功,在開鎖的同時也會進(jìn)入管理員界面,可進(jìn)行修改密碼、添加或者刪除指紋信息以及IC卡信息等操作。

        圖4 密碼開鎖流程圖

        圖5 指紋開鎖流程圖

        圖6 刷卡開鎖流程圖

        圖7 藍(lán)牙開鎖流程圖

        同時,該智能門鎖還增加了虛偽密碼功能,虛位密碼作為一種智能防偷窺技術(shù),其操作原理是在正確的開鎖密碼前后輸入任意多位數(shù)字,只要中間有連續(xù)正確的密碼,就能解鎖開門。簡單來說就是一個公式:任意數(shù)字+正確密碼+任意數(shù)字,這樣不僅能有效防止密碼被偷窺泄露,還能防止有心人通過殘留的指紋痕跡猜測密碼等情況發(fā)生,大大增強密碼的安全性。

        ■3.2 指紋開鎖

        主程序?qū)δK進(jìn)行初始化后跳轉(zhuǎn)到顯示運行界面,用戶輸入指紋,此時單片機對存儲的指紋和輸入指紋進(jìn)行匹配,若匹配成功,門鎖打開;與之相反,若匹配失敗,則需重新輸入指紋。若連續(xù)三次匹配錯誤,報警模塊發(fā)出警報聲。

        ■3.3 刷卡開鎖

        主程序?qū)δK進(jìn)行初始化后跳轉(zhuǎn)到顯示運行界面,用戶將IC卡貼近射頻模塊,射頻模塊讀取卡序列號,若序列號與程序設(shè)定一致,門鎖打開;與之相反,若不一致,則需重新輸入指紋。若連續(xù)三次匹配錯誤,報警模塊發(fā)出警報聲。

        ■3.4 藍(lán)牙開鎖

        主程序?qū)δK進(jìn)行初始化后跳轉(zhuǎn)到顯示運行界面,用戶打開手機APP,手機APP提示連接藍(lán)牙,若不連接,則終止步驟,解鎖失敗,并顯示“連接失敗”;若連接,則執(zhí)行手機APP通過藍(lán)牙模塊調(diào)用主控芯片,實現(xiàn)開鎖。

        4 結(jié)論與展望

        本文設(shè)計的智能門鎖支持指紋、密碼、刷卡以及遙控四種方式進(jìn)行開鎖,同時具有報警功能。我們可以通過SPI觸摸顯示屏顯示系統(tǒng)操作界面,進(jìn)行修改密碼、添加或者刪除指紋信息以及IC卡信息等操作。相比于傳統(tǒng)的機械鎖,本文設(shè)計的智能門鎖更加的安全、便捷。相信智能門鎖未來的發(fā)展空間極大,普及率將會越來越高。

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