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1、基于stm32单片机的多功能无线密码锁设计摘要近几年科技发展突飞猛进，跟随时代的脚步实现住宅防盗变得非常关键。放眼国内，普通机械锁还是为许多人所用，门锁智能化是大势所趋。普通的机械门锁安全性差并且需要携带多把钥匙非常繁琐。多功能密码锁具有安全性高，输入密码或者指纹开锁非常便捷易操作、功耗低等优点。本系统由stm32单片机，电源电路，复位电路，晶振电路，4*4矩阵键盘，指纹识别模块，继电器，蜂鸣器，温度检测模块，OLED显示，WlFl模块组成。单片机最小系统由电源电路，复位电路，晶振电路和stm32fl03c8t6单片机组成。本系统功能如下：通过输入密码和指纹识别进行开锁、继电器吸合模拟开锁、密

2、码指纹错误三次以上蜂鸣器长响报警、通过矩阵按键设置修改六位门锁密码、指纹录入删除、修改时间、OLED显示温度和时间、通过WIFl模块连接物联网平台进行数据传输，手机APP控制开锁关锁，实时显示门锁状态。关键词：stm32单片机WlFl模块指纹识别多功能密码锁Multifunctionalwirelesspasswordlockbasedonstm32MCUAbstractInrecentyears,withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,itiscrucialtofollowthepaceofthetimestoachieveresident

3、ialtheftprevention.Lookingatthedomestic,ordinarymechanicallockisstillusedformanypeople,doorlockintelligentisthegeneraltrend.Ordinarymechanicallocksarenotsafeandneedtocarrymanykeysverycumbersome.Multifunctionalpasswordlockhastheadvantagesofhighsecurity,easyoperationandlowpowerconsumption.Thesystemcon

4、sistsofstm32microcontroller,powersupplycircuit,resetcircuit,crystaloscillatorcircuit,4*4matrixkeyboard,fingerprintidentificationmodule,relay,buzzer,temperaturedetectionmodule,OLEDdisplay,WIFImodule.Theminimumsystemconsistsofpowersupplycircuit,resetcircuit,crystaloscillatorcircuitandstm32flO3c8t6micr

5、ocontroller.Thefunctionsofthissystemareasfollows:openingthelockbyinputtingpasswordandfingerprintidentification,simulatingopeningthelockbyrelayclosing,warningthebuzzerwithlongnoiseformorethanthreetimesofpasswordfingerprinterror,modifyingthesix-digitlockpasswordbysettingthematrixkey,inputtinganddeleti

6、ngthefingerprint,modifyingtime,OLEDdisplaytemperatureandtime,connectingtheInternetofThingsplatformthroughWIFImodulefordatatransmission,andcontrollingtheopeningandclosingofthephoneAPPtodisplaythelockstateinrealtime.KeyWords:stm32microcontrollerwifimoduleFingerprintrecognitionMultifunctionalwirelesspa

7、sswordlock1 .绪论1.1 研究背景及意义锁具发展有若干年历史，从人类社会出现私有制，保护财务和私人物品。锁变成生活中不可缺少的物件。最初草绳捆门到仰韶文化时期的木质锁门闩，汉代发明俗称三簧锁的金属锁，公元8世纪，叶片锁在罗马出现，1848年弹子锁在美国被发明，从此人类进入现代锁时代,世界上使用最普遍的锁就是弹子锁。随着科技的进步，20世纪70年代出现遥控锁，指纹锁，声控锁，红外线锁，磁控锁等先进防盗锁。时间来到21世纪，伴随着互联网的发展，多功能密码锁出现在大众的视野，并逐步被接受使用。多功能密码锁俨然成为智能家居时代的宠儿。如图1-1所示图1-1多功能密码锁多功能密码锁在守护家庭

8、防盗、保护单位文件安全等起着重要的作用，尤其具有自动报警装置的多功能无线密码锁，在遇到问题时可自动报警。虽正处于发展中的文明社会，道德品质逐步向好。但入室盗窃事件频发。在高度文明的社会中，经常在新闻报道里看到：“某小区某住户门锁被撬遭遇入室盗窃”“某单位财务报告不翼而飞”之类事件。这些报道都有类似特征，门锁易被打开。社会多数地方还使用普通机械门锁，钥匙开锁。因机械门锁结构简单容易打开，所以普通的机械锁在盗贼面前毫无安全性。因此，家庭门锁安全问题需要重视起来，一把安全性能高且方便的多功能锁成为每家每户的刚需。同时门锁多功能智能化也是时代发展的大势所趋。虽智能锁极大提高生活质量和安全性能，但机械锁

9、还是目前社会中的主流。造成这方面的主要原因是机械锁价格便宜。智能锁虽提高安全性能并容易上手操作简单，但价格相比之下高出许多，多数更加青睐便宜的机械锁。多功能密码锁要取代机械锁还有需要时间。需对其不断改进，在降低成本同时向多功能智能化发展。因此需不断学习原理及实现方法。研究基于单片机的多功能无线密码锁具有现实意义。1.2 课题研究的现状和趋势多功能密码锁拥有诸多优点，近年来在新房装修，旧房改造中受到不少消费者的追捧。并且现代多功能密码锁销量增长迅猛，行业光速发展，技术改革换代逐步加快。多功能密码锁此类型产品早在多年前出现，开始是密码锁，后不断演变，技术不断换代，出现各式各样的锁。目前市场上指纹识

10、别主要有两类。一类是光学指纹识别，利用光折射反射原理，通过光学传感器采集指纹图像，进行对比识别。另一类是半导体指纹识别，利用电场、电容、温度、压力等原理实现指纹图像的采集标注2。除此之外有静脉识别、3D人脸识别、NFC开锁、语音开锁、微波雷达感应人体、电子猫眼、视频通话等功能。可见中国智能门锁领域高速发展，发展趋势倾向于多功能领域。多功能密码锁有相当不错的发展前景。智能门锁将字符数字、声音、图形、生物体特征甚至是DNA等信息量合成转化为电子密码，使其具有极大的保密性能，使门锁种类多样化。且多功能密码锁在市场上很有潜力，甚至认为是一个潜在千亿市场。总体说目前智能锁的价格相对较高是普通门锁的十倍价

11、格以上，对大多家庭来仍是中高端产品。由于研发成本高及市场应用程度低等一些原因，推广多功能密码锁有一定程度的限制。1.3本课题研究的主要内容本设计的多功能无线密码锁通过检测模块的数据监测、数据传输以及单片机逻辑处理判断实现整个数据检测工作的实现。具体各个章节共工作如下所示：第一章：绪论：分析所研究课题的背景意义、研究现状和趋势。第二章：系统的总体设计：主控芯片的选择、系统总体方案的设计、系统工作流程和系统的性能。实现整个系统：检测温度、显示温度时间、指纹识别和开锁、密码检查和开锁、APP命令处理、设置模式的功能。第三章：系统的硬件设计，介绍各硬件检测模块的数据采集工作原理及中心数据处理系统。从每

12、个模块的电路设计、数据采集方式和数据转换格式来说明其检测模块的基本信息。第四章：系统的软件设计，在硬件数据采集打包的基础上，进行整个系统的逻辑编码流程，列举各个部分的程序流程图及相对应的功能。第五章：系统调试与运行，对系统开发过程中所遇到的问题进行汇总总结，从硬件软件两个不同方面进行调试过程的阐述。第六章：总结与展望，回顾设计过程，总结研究成果。对研究内容以及相关行业的展望。并对工程与社会、环境可持续发展、工程项目管理进行分析。2 .系统的总体设计2.1 主控芯片的选择在本次无线多功能密码锁的开发当中，有两种主控中央处理模块可以选择：选择一，STM32单片机的使用，本次单片机内核在基于ARM和

13、COrteX-M基础的微控制器，其内核稳定的工作状态，能够快速的实现大量运算，并且有较低的功耗标注6。STM32系列单片机众多DMA通道，多种的内部中断以及和多种方式的管教数据输出。能够为本次无线多功能密码锁的数据采集提供可靠的基础,当编写的代码在FlaSh中全速进行时，处理器只需要消耗极少的电流，其稳定的工作电压以及高度的抗干扰性能够使数据采集端的工作顺利进行标注3o其内嵌的上电复位，掉电复位，电压检测能够使无线多功能密码锁工作的更稳定。当下市场的占比也比较高，相关开发文档比较完善，非常适合相关数据检测系统的开发。因为相关技术的成熟，选用STM32系列单片机作为中央控制系统。如图2-1所示图

14、2-1stm32系列单片机选择二，ARDUlNo单片机的使用，ARDUlNO单片机的内核是基于内核的微控制器，高效的工作频率以及内置可反复擦拭的Flash程序读取器标注10。兼容多种引脚结构，单片机的特点主要体现在数据的快速读取以及集成字节的RAM,对于数据采集系统来说处理数据完全没压力，内置高效的复位电路节省了外部接口空间资源。可通过串口直接进行程序传输，不用专门的编辑器。本次设计的无线多功能密码锁环境要求以及数据持久分析要求性比较高，ARDUINO单片机也十分适合本次无线多功能密码锁的处理。如图2-2所示-.匚*;T里名口三子牛g-千Ty.t?cs不上.=；2RlCrrAL(PWM-)U9

15、HNl净臂；ZsJ1.*i.ARDUINOJ3Sy三;=ro=r.:ATWWWAHOWNOCCMAOCZVTALVn三：i三-*tfsLPOWERANAXX)1JA-*MM至生三生图2-2ARDUINo单片机通过两种中央控制系统的性能的了解，每个单片机都有其自身的特点以及优势。但是，考虑到本次无线多功能密码锁采集的时效性以及对于成本的控制。STM32单片机更适合本次无线多功能密码锁的采集。2.2系统总体方案设计本设计的整体工作目标是设计一种无线多功能开锁的智能密码锁，由指纹模块、测温模块，OLED显示模块、矩阵键盘、wifi模块、蜂鸣器、继电器等构成。本次设计的无线多功能密码锁是通过单片机以及

16、其他采集模块共同配合下，处理检测工作流程中的问题，数据采集端通过管脚把信息传输到单片机处理端，单片机处理端口能够完美的把数据进行处理，为后续的各种操作打好基础标注13。以及通过单片机的高性能把信号数据进行处理封装。然后，相关交互模块把单片机把封装处理好的数据进行显示。在整个无线多功能密码锁的数据处理过程，各个模块之间的数据连接如图2-3所示。图2-3模块之间数据连接图2. 3工作流程首先，系统上电开始初始化，Wifi模块自动搜索连接无线网。通过矩阵按键输入密码或指纹模块扫描指纹进行开锁，密码正确继电器吸合模拟开锁，开锁成功后液晶显示欢迎光临,LED门灯亮起，延时几秒后继电器关闭门灯关闭，若输入密码错误或者识别指纹错误三次，蜂鸣器长响报警。同时具有显示时间功能并可