王皓 张昊 何怀鹏 王成 马浩文
摘要：随着人们生活水平的提高，智能化的生活方式已经成为人们生活的主流。随着科技的发展，自动化水平的提高，万物互联时代已经到来。物联网，智能家居，是近些年最为火爆的几个词语，但是智能家居费用太高，不能做到普遍的智能化。近年市面上出现各类基于电子密码、射频、指纹等生物识别等等的智能门锁。这些“智能门锁”虽然提高的门锁的安全性和便利性，但并未实现人们希望的智能。在分析以上各类门锁的基础上，设计了一款单片机控制的带 Wifi、温湿度感应模块和烟雾传感器等器件，实现手机 APP 远程对门锁进行上/解锁，并监控门开关状态、室内温湿度烟雾系数等功能的门锁。无线智能指纹门锁是一个智能产品，它使用无线网络建立了锁和移动通信，用户通过手机应用程序可以打开和关闭操作或监视器锁、门锁控制。还可以检测室内温度和湿度。使门更安全。
关键词：
WiFi;指纹门锁;单片机控制;物联网
一、项目研究现状与分析：
随着物联网上升为国家战略，智能家居作为重点应用频繁出现在中央及地方政策中。互联网+、智慧生活、物联网技术的触角已伸向每家每户都离不开的门锁 [1-2] ，智能门锁作为智能家庭的入口占有举足轻重的地位。近年来人们生活水平逐步提高，人们的安全防范意识和对生活品质要求也随之提高，所以智能门锁应用也会更为广泛。无线通信方式控制的智能门锁的优点在于不进行数据对比处理，只做数据采集以及数据传输，更为安全可靠，而且无线智能门锁使用较为方便，不需要大量布线;而且可以和智能家居控制系统相结合，以提高安防性能 [3] 。目前智能门锁的无线通讯方式主要有 ZigBee、蓝牙、WiFi 等，以 ZigBee 无线通信技术为核心，设计了一款适用于集中式办公楼宇的电子门锁智能测控系统[4] 。结合ZigBee技术与GPRS 网络，设计了一套远程无线抄表系统 [5] 。运用 NFC 的数字化智能技术，对门禁系统进行了数字化及智能化的研究设计 [6] 。蓝牙通信模块组网实现对整个家居系统控制，实现了任意手机终端远程 GSM通信，远程控制智能家居 [7] 。随着WiFi覆盖率的逐步扩大，WiFi作为通讯方式的产品成为研究热点。国外对智能电子锁的使用较多 [8-10] ，而国内电子锁市场由于生产、技术等的原因的限制，价格普遍偏高，限制了电子锁市场的发展。本基于 WiFi通讯方式的无线智能门锁能达到控制方便快捷、成本较低，能广泛应用于家庭。
二、项目研究内容和目标：
（一）内容
通过STM32F103ZET6单片机，经过无线通信模块ESP8266通讯，经过云平台，实现门锁与手机的相互联络，再通过室内DHT11采集温度、湿度数据经过云平台发送给手机，再通过手机上预设的开关，实现门锁的开关。实现对门锁的智能化。进而实现对非智能的家用电器的智能化，达到省电，安全，健康的目的。
（二）目标
实现智能门锁与手机的无线通信，人可以在手机上随时随地的控制自己家门的开关，还能检测室内的温湿度，烟雾指数，在断电时可以通过指纹开锁。方便人们的生活，使门锁更加智能。温度湿度过高或者烟雾指数过高会通过APP向手机发出警报。
三、项目技术硬件
（一）MCU
MCU是该系统的核心，主要完成不同信息的采集，进而实现不同的处理。本次采用STM32F103ZET6单片机作为MCU.
（二）无线模块：
该部分可用ESP8266或Zigbee两种方案实施。出于成本，本项目拟用ESP8266无线模块外加功率放大器实现远距离无线信息传输。
（三）温湿度采集模块：
DHT11是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。精度不够则换为DS18B20。该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。其精度湿度+-5%RH， 温度+-2℃，量程湿度20-90%RH， 温度0～50℃。DHT11的供电电压为3-5.5V。传感器上电后，要等待1s以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波。
DHT11采用的总线方式为单总线数据格式，一次通讯的时间是4ms左右，数据发送分小数部分和整数部分，一次完整的数据传输为40bit，高位先出。
（四）烟雾采集模块：
MQ-2型烟雾传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式N型半导体。处于200～300摄氏度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒收到烟雾的调至而变化，就会引起表面导电率的变化。利用这一点就可以获得这种烟雾存在的信息，烟雾的浓度越大，导电率越大，输出电阻越低，则输出的模拟信号就越大。
（五）指纹模块：
指纹门禁以手指取代传统的钥匙，使用时只需将手指平放在指纹采集仪的采集窗口上，即可完成开锁任务，操作十分简便，避免了其它门禁系统（传统机械锁、密码锁、识别卡等）有可能被伪造、盗用、遗忘、破译等弊端。
（六）电磁锁
12v电磁锁，磁力锁 （或称电磁锁）的设计和电磁铁一样，是利用电生磁的原理，当电流通过硅钢片时，电磁锁会产生强大的吸力紧紧的吸住吸附铁板达到锁门的效果。只要小小的电流电磁锁就会产生莫大的磁力，控制电磁锁电源的门禁系统识别人员正确后即断电，电磁锁失去吸力即可开门。
四、安全机制及网络协议
ESP82266模块支持多种类型的无线加密方式，如WEP、WPA-PSK/TKIP、WPA -PSK/AES、WPA2-PSK/TKIP、WPA2-PSK/AES。本系统中，采用WAP-PSK/AES无线网络加密方式。USR-Wi Fi232-X模块支持TCP/UDP无线通信协议，USR-Wi Fi232-X网络端接口既可工作在服务器模式下，也可工作于客户端模式，用户可通过Web或串口发送AT+命令这两种方式进行模式选择。
五、系统软件设计
本系统有以下功能：
（1）手机通过云平台APP实现与门锁的链接。
（2）单片机主程序处理收到的开锁信号，并将该信号发给电磁锁，同时电磁锁开锁。
（3）SP8266子程序主要功能为启动 WiFi，以 AT指令的形式修改 WiFi的名称与密码，将开锁信號发送给单片机。
（4）STM32F103ZET6子程序主要功能为存储和读取指纹模块发送的数据，将指纹模块开锁信号发送到电磁锁，实现开锁。
（5）电磁锁子程序读取单片机的信号并驱动门锁。
六、结 论
（1）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。
（2）可以在室外观察室内温湿度，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] 项宇楠，胡小小，李章东，等.带语音识别的智能门锁设计[J] .物联网技术，2018（10）：90-93.
作者简介：
王皓（1997-），性别男，民族满族，职称在校学生，籍贯：黑龙江省哈尔滨市，本科学历，电气工程专业，电气研究方向。
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