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紅外藍(lán)牙指紋密碼鎖設(shè)計(jì)


當(dāng)今智能電子密碼鎖發(fā)展已經(jīng)到了非常高的境界,由于電子元件特別是單片機(jī)應(yīng)用在這幾年得到空前發(fā)展,無(wú)論功能性,穩(wěn)定性都比較全面。在國(guó)外發(fā)展比較早,所以應(yīng)用也比較廣泛,主要在家庭裝較貴重地方,銀行,保險(xiǎn)柜等應(yīng)用較多,在國(guó)內(nèi)這方面發(fā)展也較快,無(wú)論自己開(kāi)發(fā)或是引進(jìn)屢見(jiàn)不鮮,在重要地方應(yīng)用也較多,由于價(jià)錢比普通彈子鎖較貴,早幾年應(yīng)用較少,現(xiàn)在越來(lái)越普及到平?;?,未來(lái)的發(fā)展也會(huì)越來(lái)越被大眾采用,由于它的功能、安全是彈子鎖無(wú)法相比的。指紋識(shí)別產(chǎn)品的快速發(fā)展得益于低價(jià)位取像設(shè)備的引入及其飛速發(fā)展,以及可靠的比對(duì)算法的研究發(fā)展,另一方面,指紋識(shí)別技術(shù)和其他的很多技術(shù)一樣,也是從專用走向公用,逐漸成為人們關(guān)注的前沿高科技之一,而現(xiàn)在儼然已經(jīng)成為了各種高科技產(chǎn)品的標(biāo)識(shí)。

一、基于單片機(jī)的藍(lán)牙指紋密碼鎖設(shè)計(jì)

在網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代的今天,我們每個(gè)人都擁有大量的認(rèn)證密碼,比如開(kāi)機(jī)密碼、郵箱密碼、銀行密碼、論壇登錄密碼等等。密碼容易被遺忘,也有被人竊取的可能,無(wú)論是在智能化還是安全性能方面都已經(jīng)不能滿足需求,現(xiàn)在的各種鑰匙,如門鎖鑰匙,汽車鑰匙,保險(xiǎn)柜鑰匙等也如同密碼一樣存在顯而易見(jiàn)的漏洞,隨著社會(huì)的發(fā)展,其安全性越來(lái)越脆弱不堪一擊。但是我們不能回避這個(gè)尷尬的問(wèn)題,我們的生活中隨時(shí)都需要進(jìn)行個(gè)人身份的確認(rèn)和權(quán)限的認(rèn)定,尤其是在信息社會(huì),人們對(duì)于安全性的要求越來(lái)越高,同時(shí)也希望認(rèn)證的方式簡(jiǎn)單快速。為了解決這一存在已久的問(wèn)題,人們把目光轉(zhuǎn)向了近年來(lái)興起的生物識(shí)別技術(shù),希望能借助人體的生理特征或行為動(dòng)作來(lái)進(jìn)行身份識(shí)別。

指紋是指手指末端正面皮膚上凸凹不平的紋路,盡管指紋只是人體皮膚的一小部分,但是,它蘊(yùn)涵大量的信息,這些紋路在圖案、斷點(diǎn)和交點(diǎn)上是各不相同的,在信息處理中將它們稱作"特征",醫(yī)性和永久性,因此我們就可以把一個(gè)人同他的指紋對(duì)應(yīng)起來(lái),通過(guò)比較他的指紋特征和預(yù)先保存的指紋特征,就可以驗(yàn)證他的真實(shí)身份。

二、藍(lán)牙指紋密碼鎖功能

(1)按鍵輸入采用4×4鍵盤來(lái)輸入密碼和各種模式間的選擇和切換實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

(2)顯示部分采用LCD12864液晶屏來(lái)顯示當(dāng)前密碼鎖的狀態(tài)。

(3)處理器采用STC12C5A60S2高速1T單片機(jī)來(lái)作為主控芯片,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理。

(4)溫度傳感器采用DS18B20高精度溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前環(huán)境溫度的監(jiān)測(cè)。

(5)蜂鳴器采用有源蜂鳴器實(shí)現(xiàn)提示和報(bào)警。

(6)藍(lán)牙模塊采用HC-05和手機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通訊,通過(guò)手機(jī)app實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖功能。

(7)存儲(chǔ)芯片采用2 4 C 0 2可電擦除并帶寫保護(hù)的EEPROM,存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)。

(8)指紋模塊使用FM10指紋識(shí)別模塊,高識(shí)別,認(rèn)假率小于0.001%,可增加刪除,清空指紋。

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三、藍(lán)牙指紋密碼鎖工作流程

(1)設(shè)備上電自動(dòng)檢測(cè)EEPROM中的管理員密碼數(shù)據(jù)是否有效,如果有效系統(tǒng)正常運(yùn)行,若密碼數(shù)據(jù)無(wú)效(第一次使用時(shí)),則要求設(shè)置管理員密碼。

(2)進(jìn)入主界面后顯示歡迎使用指紋藍(lán)牙門禁系統(tǒng),和當(dāng)前環(huán)境溫度。此時(shí)按B鍵為手動(dòng)輸入解鎖密碼開(kāi)鎖,C鍵為取消(Cancel),D鍵為確認(rèn)(Determine)。若密碼輸入正確則蜂鳴器響一聲,液晶提示門已開(kāi)啟。5s后繼電器吸合。系統(tǒng)回到主頁(yè)面。若輸入錯(cuò)誤則提示密碼錯(cuò)誤,你還有(n)次機(jī)會(huì),若連續(xù)輸入3次錯(cuò)誤,則液晶提示鍵盤鎖死,要求使用指紋解鎖。

(3)系統(tǒng)在主頁(yè)面時(shí),按A鍵為管理員鍵(Administrator),要求輸入管理員密碼,管理員密碼與解鎖密碼相互獨(dú)立,若管理員密碼輸入正確,則進(jìn)入管理員模式,可以通過(guò)上翻和下翻按鍵移動(dòng)光標(biāo)箭頭,D鍵確認(rèn)和C鍵取消來(lái)進(jìn)行密碼管理、指紋管理、手動(dòng)開(kāi)鎖和藍(lán)牙模式的開(kāi)關(guān)。密碼管理分為修改解鎖密碼和管理員密碼,修改密碼時(shí)要求輸入兩次新密碼,若兩次輸入一致,則提示密碼修改成功,若兩次輸入不一致,則提示密碼修改失敗,兩次輸入不一致。指紋管理分為添加指紋,刪除指紋,搜素指紋和清空指紋庫(kù),可以刪除指定的單個(gè)指紋,操作都有液晶提示,簡(jiǎn)單易上手。手動(dòng)開(kāi)鎖即直接開(kāi)鎖。藍(lán)牙模式里面提示當(dāng)前藍(lán)牙狀態(tài),并可以按提示關(guān)閉或開(kāi)啟藍(lán)牙狀態(tài)。

(4)藍(lán)牙模式開(kāi)啟狀態(tài)下,可以通過(guò)手機(jī)APP,連接鎖體內(nèi)的藍(lán)牙模塊,使用手機(jī)代替鍵盤操作密碼鎖。

四、基于51單片機(jī)和無(wú)線通信的紅外智能密碼鎖設(shè)計(jì)

隨著科技進(jìn)步發(fā)展,智能密碼鎖的使用越來(lái)越多。機(jī)械或電子密碼鎖通常采用轉(zhuǎn)盤或按鍵,每次開(kāi)鎖都通過(guò)人工轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤或按鍵輸入密碼進(jìn)行??哭D(zhuǎn)盤開(kāi)鎖,鎖具磨損大,壽命低;用按鍵輸入密碼開(kāi)鎖,輸入繁瑣,存在密碼多次輸錯(cuò)被鎖死的問(wèn)題。鑒于此,設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)和WiFi通信的紅外智能密碼鎖。

4.1紅外智能密碼鎖組成

紅外智能密碼鎖由紅外解碼鎖具、液晶密碼鑰匙和手機(jī)端應(yīng)用軟件三部分組成。紅外解碼鎖具包括51單片機(jī)和多個(gè)解碼單元,每個(gè)解碼單元包括一對(duì)紅外發(fā)射管、接收管;單片機(jī)接收紅外接收管的信號(hào)。液晶密碼鑰匙包括單片機(jī)和點(diǎn)陣液晶屏,單片機(jī)控制液晶屏上黑色點(diǎn)陣的顯示位置即密碼圖形,圖形組數(shù),每組圖形切換的間隔時(shí)間。

用戶手機(jī)下載“智能密碼鎖”App應(yīng)用,以每套鎖具唯一的用戶名和密碼注冊(cè)登錄后,在設(shè)置界面上可隨意設(shè)置密碼圖形,圖形組數(shù)和每組圖形切換時(shí)間,點(diǎn)擊“設(shè)置”按鈕,即可更改開(kāi)鎖密碼。

4.2紅外智能密碼鎖工作原理

鑰匙端單片機(jī)驅(qū)動(dòng)液晶屏在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)顯示規(guī)定組數(shù)的不同圖形;鎖具端單片機(jī)不工作時(shí)處于休眠狀態(tài),一旦鑰匙靠近即被喚醒,單片機(jī)驅(qū)動(dòng)所有紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線,遇到液晶屏上非黑色點(diǎn)陣被反射,由與其配對(duì)的紅外接收管接收,單片機(jī)讀取紅外接收管的狀態(tài)并通過(guò)軟件解析出密碼圖形;若解碼圖形和密碼圖形一致,則開(kāi)鎖。液晶屏可以被設(shè)置成多組圖形,且每組圖形切換時(shí)間也可被設(shè)置。鎖具端解碼每組圖形的切換時(shí)間,圖形組數(shù)和每組圖形樣式必須和鑰匙端的設(shè)置一致才能開(kāi)鎖。鎖具端和鑰匙端的單片機(jī)串口均連接有串口WiFi模塊,用于接收手機(jī)端App發(fā)送來(lái)的密碼圖形組數(shù),圖形切換時(shí)間等參數(shù)。工作原理如圖1所示。

圖 1 紅外智能密碼鎖工作原理示意圖


五、紅外智能密碼鎖硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用AT89C51作為核心控制部件。51系列單片機(jī)是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU,隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM,只讀存儲(chǔ)器ROM,多種I/O口中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng),是目前性價(jià)比高、應(yīng)用最為廣泛的8位單片機(jī)之一。鎖具端和鑰匙端各采用一片單片機(jī)作為控制核心。鎖具端單片機(jī)的P0口控制三極管導(dǎo)通或截止,三極管驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線;P1和P2端口分別連接8個(gè)紅外接收管,讀取紅外接收管的狀態(tài)并解析。如果解密成功則驅(qū)動(dòng)繼電器通電,接通鎖頭馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)鎖。P3.3連接蜂鳴器報(bào)警,一旦解析出的密碼和鎖具端的不一致,則蜂鳴器報(bào)警。

液晶密碼鑰匙端單片機(jī)連接點(diǎn)陣液晶屏,通過(guò)軟件控制液晶屏幕顯示不同的點(diǎn)陣圖形。本設(shè)計(jì)采用LCD1602液晶屏,可以顯示兩行,每行16個(gè)字符,字符庫(kù)中有全黑“■”字符,軟件控制液晶顯示各個(gè)字符為全黑或空白。由兩行字符構(gòu)成的圖形共有6.5萬(wàn)余種,即每組圖形是6.5萬(wàn)多種中的一種。通過(guò)編程可設(shè)置兩組、三組,甚至更多組密碼圖形,每組圖形之間的切換時(shí)間也可以設(shè)置。如此,密碼的復(fù)雜度極高。sw1為啟動(dòng)按鈕,喚醒鑰匙端單片機(jī)工作,sw2為鑰匙關(guān)按鈕,控制單片機(jī)進(jìn)入休眠狀態(tài),節(jié)省電池電量。

鎖具端和鑰匙端都有連接有串口WiFi模塊,本設(shè)計(jì)采用ESP8266串口WiFi模塊,是新一代嵌入式WiFi模塊,體積小,功耗低。采用UART接口。串口WiFi模塊是基于通用串行接口特性,符合IEEE802.11協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn),內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧,能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口、以太網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)(WIFI)3個(gè)接口之間的任意透明轉(zhuǎn)換,使傳統(tǒng)串口設(shè)備更好的加入無(wú)線網(wǎng)絡(luò),通過(guò)串口WiFi模塊,傳統(tǒng)的串口設(shè)備在不需要更改任何配置的情況下,即可通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸自己的數(shù)據(jù)。模塊的UTXD和單片機(jī)的TXD相連,URXD和單片機(jī)的RXD相連。如此,手機(jī)App中設(shè)置的參數(shù)即可通過(guò)WiFi轉(zhuǎn)串口模塊發(fā)送到鑰匙和鎖具端單片機(jī),省去了用專用下載器下載程序的麻煩。

六、紅外智能密碼鎖軟件設(shè)計(jì)

用C語(yǔ)言編寫軟件,可調(diào)用庫(kù)函數(shù)多,編程簡(jiǎn)單,移植性好。鎖具和鑰匙端程序均采用單片機(jī)C語(yǔ)言進(jìn)行編寫。

鎖具端單片機(jī)平時(shí)處于休眠狀態(tài),當(dāng)鑰匙靠近時(shí)被喚醒,然后開(kāi)始連續(xù)讀取連接紅外接收管的P1、P2端口的狀態(tài),當(dāng)P1、P2口狀態(tài)為全0時(shí),即紅外接收管沒(méi)有接收到信號(hào),表示液晶鑰匙還沒(méi)貼在鎖具上,當(dāng)P1、P2口狀態(tài)為全1時(shí),表示鑰匙已貼緊鎖具,進(jìn)入讀取圖形階段。將讀到的圖形和設(shè)置的密碼圖形比對(duì),如果一致,按設(shè)定的時(shí)間間隔讀取第二幅圖形;如此按照設(shè)定的圖形樣式、組數(shù),每組圖形切換的間隔時(shí)間,讀取P1、P2口的狀態(tài)并進(jìn)行解析。直到解析到的每組圖形均和設(shè)置的圖形完全一致,單片機(jī)P3.2口驅(qū)動(dòng)繼電器打開(kāi)鎖頭。若不一致,通過(guò)P3.3口連接的蜂鳴器報(bào)警。開(kāi)鎖后,單片機(jī)進(jìn)入休眠狀態(tài)。

液晶鑰匙端單片機(jī)平時(shí)也處于休眠狀態(tài),開(kāi)鎖時(shí)按下鑰匙上按鈕sw1喚醒單片機(jī)。啟動(dòng)后單片機(jī)驅(qū)動(dòng)液晶屏全部點(diǎn)亮以通知鎖具端進(jìn)入開(kāi)鎖階段。接著按設(shè)置的和鎖具端一致的圖形樣式、圖形組數(shù)和每組圖形切換的時(shí)間間隔驅(qū)動(dòng)液晶顯示。為和鎖具端單片機(jī)同步,上述全黑點(diǎn)陣和密碼圖形將循環(huán)顯示,直到開(kāi)鎖結(jié)束。按下鑰匙端開(kāi)關(guān)sw2,鑰匙端單片機(jī)進(jìn)入休眠。

用戶在手機(jī)App上根據(jù)需要設(shè)置圖形樣式、圖形組數(shù)和每組圖形切換時(shí)間后,利用手機(jī)WiFi和連接鎖具端和鑰匙端的串口WiFi模塊并將參數(shù)發(fā)送給此兩模塊保存。

七、紅外密碼鎖App設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)手機(jī)App基于Android Studio開(kāi)發(fā),用戶首先需要根據(jù)購(gòu)買密碼鎖時(shí)提供的用戶名和密碼進(jìn)行注冊(cè)并登錄,界面上有圖形樣式設(shè)置、圖形組數(shù)設(shè)置和每組圖形切換時(shí)間設(shè)置框,用戶自行填寫或通過(guò)下拉框選擇數(shù)據(jù)(下拉框中數(shù)據(jù)隨機(jī)生成),點(diǎn)擊App界面上的“確定”按鈕,用戶設(shè)置的參數(shù)即刻通過(guò)WiFi發(fā)送到鎖具和鑰匙的單片機(jī)并存儲(chǔ)。限于篇幅,App的軟件設(shè)計(jì)不再贅述。

總結(jié)

利用51單片機(jī)和WiFi無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)紅外密碼鎖的設(shè)計(jì),用戶通過(guò)手機(jī)App設(shè)置參數(shù)來(lái)修改密碼鎖的密碼,操作簡(jiǎn)單,設(shè)置安全可靠。通過(guò)單片機(jī)C語(yǔ)言編寫鑰匙端和鎖具端程序,密碼設(shè)置方法獨(dú)特,難破解,安全性、可靠性高。

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