表f主自踊芦2021年第05 ^I l I l i K u i a i c i------------------------------------------------------------------------(总第 221 J 基于STM32单片机的智能锁控制系统
黄世期，林伟锋，杨英
(广东交通职也技术学院，广东广州510080)
摘要：为降低现有的智能锁和高端钥匙的生产成本，增加指纹识别开锁方式，并将该锁通过WIFI连接网络，设计了一个 基于STM32模块的智能锁控制系统，该系统不仅提高了便捷性且低功耗，还通过PC与手机APP端远程监控，大大提高 了用户的安全性。
关键词：智能锁；指纹识别；W IF I;STM32；低功耗；远程控制
中图分类号:TP332.11 文献标识码:A文章编号:2096-9759( 2021 )05-0098-05
Intelligent Lock Control System Based on SMT32
Huang S hiqi,L in W eifeng,Yang Ying
(Guangdong Communication Polytechnic,Guangzhou510080,China)
A bstract:in order to reduce the production cost of the existing intelligent lock and high-end key,increase the fingerprint iden­
tification lock mode,and connect the lock through WiFi network,a smart lock control system based on STM32 module is de­signed.The system not only improves the convenience and low power consumption,but also improves the security of users by remote monitoring between PC and mobile app.
Keywords:intelligent lock;fingerprint recognition;WiFi;STM32; low power consumption;remote control
〇引言
随着科学技术和社会经济的快速发展，人们生活水平不
断提高，人们的安防意识也不断提高。智能锁控制系统现在
被广泛的使用在各种建筑和楼房中，它是一种安全性很高的
控制管理系统，同时人们对锁具系统的研宄也越来越深入，通
过研宄发现现有的智能锁还存在以下的问题：
⑴采用技落后，核心技术比较低端，目前我国市面大多
麵能锁产品是从传统机械锁具转变而来，其主要技术仍然是传
统锁具的机械制造技术，未能将云端控制等技术加入到产品中来1];
(2) 目前的智能家居产品大多都是以无线网络为基础来使 用户提升体验感，但是随之而来的就是无线网络的安全威胁,
此问题伴随着互联网的诞生，始终未能得到彻底解决
(3) 用户的体验上没有完善，无法向用户提供访问远程服 务所需的人机交互界面，用户也无法获取实时的设备状态气为解决以上功能上的不足，笔者设计开发了基于STM32
单片机的智能锁控制系统，此智能锁控制系统是一种融合了
多种解锁方式、设备可连接网络、用户可实时查看设备的工作
状态的智能锁控制系统，其采用的技术原理确保了低功耗性、
实时性、数据安全性，从而大大提高人民的生活水平。
1智能锁控制系统总体介绍
1.1系统总体方案
基于STM32F407GT6的智能锁控制系统由三部分组成,
分别为底层硬件控制系统、云服务端、用户端，主要的功能如下:
(1) 当设备第一次使用时，会进行连接W IF I和指纹的录 入,W IF I连接成功后可进行数据上传和远程控制，指纹成功录
入后可用该指纹进行开锁操作；
(2) 当使用指纹识别开锁时，语音模块和扬声器进行语音 播报当前状态，如指纹能有效开锁时，显示屏则会显示己开锁、
扬声器播放语音，与此同时，驱动电机转动打开门锁；
(3) 用户端软件可查看设备的ID号、创建时间和是否在线, 在监控界面显示锁的操作信息，包括操作时间和进行的操作；⑷用户端软件可实现关锁，当锁为关闭的抗細^，发送
的指令指令；当勸开启的扰态时，銳的指令为鄉指令;
(5) 程序中含有对指纹的判断，当开锁者的指纹非录入的
指纹时，显示屏和语音播报都会进行指纹错误的提醒，并把数
据上传云端储存，射击保密的数据只保存在设备的加密芯片
中，不上传云端；
(6) 可进行指纹的录入和删除，进行指纹的录入和删除需
要最高权限的验证。
1.2系统结构
底题#S制系统所包含的模块分别为以STM32F407GT6
为主控的芯片、W IF I连接模块、按键操作、显示屏、指纹识别模
块和语音播报模块。该系统的组成结构如图1所示。
♦
收稿日期:2021-03-15
作者简介：黄世期(1998-)，男，大专，学生，主要研究方向：物联网应用技术；林伟锋(1999-)，男，大专，学生，主要研究方向：物联网应用技术;
杨英(1978-)，女，硕士，主要研究方向：物联网应用技术，人工智能。
98
围5 WIFI 模块原理图
2.5语音模块
2智能锁控制系统硬件设计 2.1底层硬件原理图
智含钱K 控制系统底层硬件原理图如图2所示，由STM 32F 407 芯片为主控，指纹识别黻AS 608, OLED 显示屏，WEFI 模块
ESP 01S ，语音播报模块和扬声器组成。
图2底层硬件原理图
2.2 AS 608指纹识别麒
AS 608指纹识别模块主要是指采用了杭州晟元芯片技术 有限公司(Synochip )的AS 608指纹识别芯片而做成的指纹模
块，该芯片预留了一个串口和相关的串口指令集，能让开发者 快速开发，芯片内置DSP 运算单元并集
成了先进的指纹识别 算法，具有较高识别精度。
指纹模块通过URAT 与单片机进行通讯，通讯的第一个指 令必须是验证口令，只有口令验证通过后，芯片才接收其他指 令，此模块设计原理图如图3所示，其中TX 接主控的PA 3 口， 即主控串口 2接收口，用来返回指纹数据给主控芯片;RX 接主 控的PA 2 口，即主控串口 2发送口，用来接收主控芯片发送的 指令；TOUCH 接主控PA 6 口，用来检测手指是否按在指纹模 块上;TOUCHVIN 接3.3V 电源，用于提供检测信号的高电平; 3V 3接电源3.3V 正极，GND 接电源负极，用于模块的供电。
3V 3T X R X GND TOUCH TOUCHVIN 2-----------(•
PA 33
PA 2
A
5
PA 6
模块电源图片
6________________
)3V 3||'G N D
)3V 3
AS 603
图3 AS 608指纹识别模块原理图
2.3 OLED 显示模块
OLED ，即有机发光二极管（Organic  Light  Emitting  Di - ode )。OLED 由于同时具备自发光，不需背光源、对比度高、厚
度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围 广、构造及制程较简单等优异之特性，被认为是下一代的平面 显示器新兴应用技术。LCD 都需要背光，而OLED 不需要，因 为它是自发光的〇这样同样的显示OLED 效果要来得好一些。
显示屏与单片机之间的通信协议为SPI 协议，SPI 是串行 夕卜设接口 (Serial  Peripheral  Merface )的缩写，由 Motorola  公司 提出的通信协议，属于一种同步串行接口技术，是一种高速的、
全双工、同步的通信总线。此模块设计原理图如图4所示，其 中GND 接电源负极，V C C 接电源3.3V 正极，用于模块的供 电。DO 接主控PB 12 口，用来给显示模块提供时钟输入；D 1 接主控PB 13 口，用来应答输出;RES 接主控PB 14 口，用于给 显示模块提供复位信号;DC 接主控PB 15，用于给显示模块提 供数据输入;C S 为显示模块的片选引脚，接主控PD 9。
2_______________1
3PB 124PB 135PB 146PB 157
PD 9
||«GND
OLED
图4 OLED 显示模块原理图
2.4 WIFI  模块
WIFI 模块使用的芯片为ESP  8266。ESP  8266系列无线
模块是安信可科技自主研发设计的髙性价比胃1 SOC 模组。 该系列模块支持标准的IEEE 802.il  b /g /n 协议，内置完整的 TCM P 协议栈。
w m 模块采用3.3V 供电，通过串口和主控芯片通信, WIFI 模块的UART _RXD (接收端)和UARTJTXD (发送端)引 脚和主控芯片的UART 3_TXD 及UART 3_RXD 相连接，主控
把传感器采集到的数据€包’再通过串口把打包好的数据发 送给WIFI 模块，W 1H 模块将数据直接发送至OneNET 云端。 此模块原理图如图5所示。3V 3接电源3.3V 正极，GND 接电 源负极，用于模块的供电;TX 接主控的PB 11 口，即主控串口 3接收口，用来返回远程操控指令给主控芯片；R X 接主控的
PB 10 口，即主控串口 3发送口，用来接收主控芯片发送的数据 后发送到云平台;RST 接主控PE 14 口，用于给模块提供复位 信号;EN 接主控PE 15，用于控制模块开关，髙电平工作，低电
平模块供电关掉。
n
O.Sms
蛇机输出轴转角
T X R X E N R S T
IX
R X
T O U C H
V
*
鬌
-45-04590国 t o s s
99
语音模块采用的是DY-SV17F,DY-SV17F是绍兴一易电 子科技有限公司自主研发的一款智能语音模块，通过串口和 主控芯片通信；板载5W D类功放，直接驱动4Q,3W的喇叭，实现语音播报功能。此模块原理图如图6所示。V5接电源 5V正极,G N D接电源负极，用于模块的供电;T X、R X为串口 通信口，用于模块与主控的通信,T X接主控PD2 口,R X接主 控PC12 口。C O N I、C0N2、CON3为模块工作模式配置口；SPK接扬声器。
P D2
P C12 X 1loom S P K+
2I01/R X S P K-
3
102D A C L
4
103D A C R
5I04/0N E-L I N E3V3
6
105V5
7
106 C0N3/B U S Y
8
107C0N2
9G N D C O N I
18
17
16
15
14
12
10
LSI
S p e a k e r
-|}V3
H5V
C O N3
C O N2
C O N I
D Y-S V17F
图6语音模块原理图
2.6 SG90 舵机
在本项目中，SG90航机是用来模拟开锁和关锁动作的。SG90舵机是一个模拟舵机，需要一直给指定的脉冲才能转动 到相应的角度。SG90舵机的控制信号为周期是20m s的脉宽 调制信号，即P W M信号；其中，脉冲宽度从0.5ms~2.5ms，相 对应舵盘的位置为0~180度，程线性变化。
航机原理：舵机内部有一个基准电压，微处理器产生的 PW M信号通过信号线进入舵机产生直流偏置电压，与舵机内 部的基准电压作比较，获得电压差输出。电压差的正负输出 到电机驱动芯片上，从而决定正反转。当舵机开始旋转的时 候，舵机内部通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差 为零，电机停止转动。其中，输入信号脉冲宽度与航机输出轴 转角的关系如图7所示：
输脉冲宽度
r0m s) (周期为2
|Q.5i 舵机粬出轴转角
90°
1 m s
1.5m s
2m s
2.5m s 国
g_。园 国
45.
45'
图7舵机输出轴转角与输入信号脉冲宽度的关系图® 2.7电源部分
考虑到智能锁搭载外设较多，需要足够的驱动能力。舵
机模拟开关锁的时候需要较大的电流，因此采用D C-D C电源
模块，考虑到主控和相关模块均为5V供电，有压差因素，故采
用大容量的12V锂电池为供电电源。
2.8硬件整体通信
主控芯片通过协调各个模块之间的数据进行相互工作，
使用M Q T T协议与云平台实时通信。M QTT (消息队列遥测
传输)是IS O标准(ISO/IEC PRF 20922)下基于发布/订阅范式
的消息协议，由IB M公司于1999年发布了该协议的第一个版
本。M Q T T协议是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅
传输的协议，其具有协议是轻量、简单和开放等多个优点。
硬件整体通信图如图8所示。
M〇n M
C=>
图8硬件整体通信图
4智能锁软件设计
4.1软件功能划分
本系统的开发设计有以下功能：
(1) 当设备第一次使用时，会进行连接W IF I和指纹的录 入,W IF I连接成功后可进行数据上传和远程控制，指纹成功录
入后可用该指纹进行开锁操作；
(2) 当使用指纹识别开锁时，语音模块和扬声器进行语音 播报当前状态，如指纹能有效开锁时，显示屏则会显示已开锁、
扬声器播放语音，与此同时，驱动电机转动打开门锁；
(3) 用户端软件可查看设备的ID号、创建时间和是否在线，在监控界面显示锁的操作信息，包括操作时
间和进行的操作;
(4) 用户端软件可实现远程开、关锁，当锁为关闭的状态 时，发送的指令为开锁指令；当锁为开启的状态时，发送的指
令为关锁指令；
(5)每次进行开锁、关锁的操作数据和时间都能在One-N E T平台上查看；
(6) 程序中含有对指纹的判断，当开锁者的指纹非录入的 指纹时，显示屏和语音播报都会进行指纹错误的提醒，并把数
据上传云端储存，射击保密的数据只保存在设备的加密芯片
中，不上传云端；
(7) 可进行指纹的录入和删除，进行指纹的录入和删除需 要最高权限的验证。
4.2系统软件设计
硬件设备在每一次启动的时候会进行一次的设备自检，
以检测各个模块之间的工作是否正常，之后是设备的网络连
接，如果网络连接3次后不成功便会进入离线模式，在离线模
式下进行指纹解锁和手动操作，无法进行远程控制与实时监
控功能；如果网络连接成功，那么设备便会自动连接云平台，
与服务器进行数据的传输，同时也可以实现远程控制与实时
监控功能。
系统软件设计流程如图9所示。
MQTT
服务器
'1Q TT数絕
云平台M C H
串口f t揚
W IFI
模块
100
图9系统软件设计流程图
图10软件界面图
用户通过手机端APP，在手机连接网络正常的情况下，实 时监控智能锁控制系统开锁信息，实现远程操控智能锁控制 系统。通过A P P观察系统设备在线情况和用户操作。在软件 启动时自动检测网络连接情况，若无连接网络，则弹出网络连接警告；若网络连接正常，则按软件预先设定的流程继续执行 下去。第一步，自动从云平台获取设备名称、设备的创建时间 和设备的在线情况；第二步，自动获取信息完成后保持与云平 台的连接，监控设备的操作信息，将设备的操作信息和操作时 间显示在监控区域；第三步，等待用户点击屏幕上的w远程控 制”按钮，软件通过云平台向发送开关锁指令，当锁为关闭的 状态时，发送的指令为开锁指令；当锁为开启的状态时，发送 的指令为关锁指令。最终，软件运行正常，效果如图10所示。5结语
物联网技术的普及为智能家居的发展插上了飞翔的翅膀，基于STM32F407的智能锁控制系统是采用以STM32F407ZGT6 为主控芯片，使用W M无线模块ESP8266将底层硬件连接网 络，指纹识别模块AS608进行指纹识别，语音模块加扬声器进 行语音播报当前状态信息，OLED显示屏显示当前状态信息，按 键模拟手动开关功能，并设计了上位机端手机软件APP。通过 测试与运行，本系统实现了指纹识别和远程操控开锁进门的功 能，性能良好随着科技的日新月异，人工智能、大数据分析等技 术不断加入到了物联网相关产品中来，从而带来了更智能、更人 性化的用户麵，这些算法为智能安防提供了新的解决思路，今 后将深入研宄这些算法，改进本系统功能。（下转第108页）
101
Changjiang Information & Communications
温占阳：一体化指挥系统在某公安指挥船中的应用
位搜索与监视，黑夜或雾霾情况下使用红外热像仪可快速寻 到目标，实现对水面的全天候视频采集和监控。采集到的 图像经由N V R 接入矩阵控制系统，实现监控影像实时推送至 大屏幕，也可将视频传回市局指挥中心。3.6直升机/无人机图像传输功能
配备与现有直升机图传系统相同协议及制式的图传接收 终端，采用4天线设备，保证接收直升机图传系统的信号稳定 性，在无人机起落平台配备无人机图像接收器及裸纤资源，提 供无人机落地图像的高扩展性；将接收到的直升机、无人机图 像接入矩阵，推送至大屏幕显示系统进行显示。3.7岸载网络/无线网络切换功能
船载网络系统需包含公安信息网、公安视频传输网及公 用网络，为日常办公、视频会议、视频调看提供链路通信支撑。 指挥船航行中依托卫星通信系统及无线网络系统进行网络承 载，指挥船靠岸时依托船尾集成的网络通信箱，实现公安信息 网、公安视频传输网及公网的数据传输，通过数据共享实现离 岸办公自动化、流转自动化。
公安信息网、公安视频传输网由于专网用途，网络结构需 物理分离，本方案采用三层交换机进行独立数据交换，做到物 理隔离、物理区分、不混接网络。三层交换机可远程管理方便 运维。要求船上相关操作设备专网覆盖，快速稳定的接入网 络、进入工作运行状态。
4效能评估
(1) 提升公安机关涉水勤务应急通信保障能力
根据公安部“十三五”规划关于“加强信息化基础设施环 境建设，升级公安通信网，构建多方式、多频道、高可靠的公安 ‘天地一网’通信格局”要求，目的在于建设一套符合实战需求、 装备技术先进、与各类通信手段能有机衔接的通信系统，具备 全天候、全方位、全时域的应急通信保障能力。
(2) 提升公安机关多个指挥层级的指挥系统融合能力 各级公安机关指挥中心指挥系统为警务指挥工作提供了重要的科技保障及技术支撑，指挥中心指挥系统涵盖了 视频会议、公安信息网通信、公网通信、公安视频传输网等 多个子系统，船载指挥系统通过多网多点的方式，与各级指 挥中心指挥系统相互兼容，实现陆地、水面指挥系统一张 网。
(3) 提升公安机关水面装备使用效能
指挥巡逻船艇配备一体化指挥系统，填补了大部分指挥 艇指挥通信装备单一的空白，在遇有重大涉水警
情及重要涉 水安保任务时，与多级指挥中心及的互联互通，可以使警令警
(上接第101页）参考文献:
[1] 许鸿飞，林琪琪，魏海影.智能锁具的设计发展趋势研宄[J ].
决策探索(中),2020(08):53-54.[2]
苏赐民，陈麒名，张慧，胡馨文，张善凌.基于指纹与W i -F i 模
块智能锁的设计[J ].现代信息科技，2020,4(04):191-193.
[3] 朱鹏飞，张利琴，李伟，于华章.智能锁密码应用标准框架设
计[J ].信息安全研宄,2020,6(09):849-854.
情快速、准确的实现上传下达，充分满足当前形势下公安业务 的发展及对日常水面巡逻、应急指挥的需求，提升公安机关水 面装备信息化水平，提升公安机关水面装备使用效能。
5结语
本文通过研究一体化指挥系统在公安机关指挥船中的应 用情况，将多个通信手段、多级通信用户、多种通信网络进行 整合，重点解决不同架构的网络之间互联互通的问题，实现对 多种通信手段及通信设备的整体融合，完成各业务的多点支 撑、多点服务等功能，为公安机关水面勤务提供一体化指挥平 台，以充分提升水面综合巡逻执法的信息化水平，满足日益繁 多的水面警务工作需要。
参考文献：
[1] 江丹，肖跃.卫星移动通信系统在航海领域的应用[C ].第
十四届卫星通信学术年会,2018: 447-450.[2]
王维平.车载应急通信系统装载平台的适用性研宄[J ].电 子世界,2014,(17).
[3] 何灵华.浅谈无人机在公务船的应用[J ].广东造船,2017,36
(04).
[4] 黄金锋.公务船通信指挥标准化体系建设研宄初探[C ].
MIS /S &A 学术交流会议论文集,2014:162-166.
[5] 姜丽，张扬.日本海上执法力量初步分析[J ].海洋开发与管
理,2009(04).
[6] C 马春雷，马丽娜，朱麟.海警指挥信息系统顶层设计方法
与内容研宄[J ].信息系统工程,2013(07).
[7] 孟祥尧，马焱，曹渊，崔东华.海洋维权无人装备发展研究[J ].
中国工程科学,2020(06).[8]
宦国杨，于国荣，于辉.军事电子信息系统顶层设计方法研 宄[J ].军事通信技术,2006(04).
[9] IanSommerviUe ，PeteSawyer .需求工程[M ] •中信出版社,2003•[10] 邸高高.卫星移动通信系统在应急行业应用的思考[J ].电
信网技术,2017(06).[11] 吕子平，梁鹏，陈正君，韩淼.卫星移动通信发展现状及展望
[J ].卫星应用,2016(01).
[12] 席永帅，章凌凡，吴芳伟.船载动中通系统设计与功能实现
[J ].仪器仪表用户.2016(05).
[13] 林华，韩伟.船载卫星通信系统解决方案[J ].中国海事,2010
(02).
[14] 宋志强.浅谈卫星定位系统在公安实践中的应用.科学时代
期刊，2013.
[4] 聂佰玲，徐浩，蔡先磊.基于OneNET 的智能家居预警系统
设计[J ].电子世界,2020(16):110-111.
[5] 朱鹏飞，张利琴，李伟，于华章.智能锁密码应用标准框架设
计[J ].信息安全研宄,2020,6(09):849-854.
[6] 郭敏杰.基于嵌入式的家用智能锁的设计[J ].科学技术创
新,2020(21):85-86.
[7] 刘火良，杨森.STM 32库开发实战指南[M ].机械工业出版
社,2013-6.
108

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。