2024年3月11日发(作者：)
表
^
f
主自踊芦 2021年第05
IlIliKuiaici
------------------------------------------------------------------------(总第 221
J
基于
STM
32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
STM
32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；
WIFI
;
STM
32;低功耗;远程控制
中图分类号:
TP
332.11 文献标识码:
A
文章编号:2096-9759( 2021 )05-0098-05
Intelligent Lock Control System Based on SMT32
Huang
Shiqi
,
Lin
Weifeng
,
Yang
Ying
(Guangdong
Communication
Polytechnic
,
Guangzhou
510080,
China
)
Abstract
:
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
STM
32
module
is
de
signed
.
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
;
STM
32;
low
power
consumption
;
remote
control
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;
随着科学技术和社会经济的快速发展，人们生活水平不
(5) 程序中含有对指纹的判断，当开锁者的指纹非录入的
断提高，人们的安防意识也不断提高。智能锁控制系统现在
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
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
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
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
中，不上传云端；
过研宄发现现有的智能锁还存在以下的问题：
(6) 可进行指纹的录入和删除，进行指纹的录入和删除需
⑴采用技落后，核心技术比较低端，目前我国市面大多
要最高权限的验证。
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
1.2系统结构
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];
底题#
S
制系统所包含的模块分别为以
STM
32
F
407
GT
6
(2) 目前的智能家居产品大多都是以无线网络为基础来使
为主控的芯片、
WIFI
连接模块、按键操作、显示屏、指纹识别模
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,
块和语音播报模块。该系统的组成结构如图1所示。
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
STM
32
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。
〇引言
1智能锁控制系统总体介绍
1.1系统总体方案
基于
STM
32
F
407
GT
6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
WIFI
和指纹的录
入,
WIFI
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；
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
♦
Changjiang Information & Communications
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
32
F
407
芯片为主控，指纹识别黻
AS
608,
OLED
显示屏，
WEFI
模块
ESP
01
S
，语音播报模块和扬声器组成。
IX
TX
RX
RX
TOUCHEN
RST
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3.3
V
电源，用于提供检测信号的高电平;
3
V
3接电源3.3
V
正极，
GND
接电源负极，用于模块的供电。
3
V
3
-----------
)3
(•
V
3
TX
2
PA
3
RX
3
PA
2
GND
A
||'GND
TOUCH
5
PA
6
TOUCHVIN
6________________
)3
V
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。
99
黄世期:基于STM32单片机的智能锁控制系统
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，
VCC
接电源3.3
V
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;
CS
为显示模块的片选引脚，接主控
PD
9。
||«GND
2
_______________1
3
PB
12
4
PB
13
5
PB
14
6
PB
15
7
PD
9
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
TCMP
协议栈。
wm
模块采用3.3
V
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
1
H
模块将数据直接发送至
OneNET
云端。
此模块原理图如图5所示。3
V
3接电源3.3
V
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；
RX
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
蛇机输出轴转角
国
-45
0
-0
t
45
90
V
o
*
s
鬌
s
围5
WIFI
模块原理图
2.5语音模块
Changjiang Information & Communications
语音模块采用的是
DY
-
SV
17
F
,
DY
-
SV
17
F
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5
WD
类功放，直接驱动4
Q
,3
W
的喇叭，
实现语音播报功能。此模块原理图如图6所示。
V
5接电源
5
V
正极,
GND
接电源负极，用于模块的供电;
TX
、
RX
为串口
通信口，用于模块与主控的通信,
TX
接主控
PD
2 口,
RX
接主
控
PC
12 口。
CONI
、
C
0
N
2、
CON
3为模块工作模式配置口；
SPK
接扬声器。
PD
LSI
2
1
loom
SPK
+
18
PC
12
2
I
01
/RX
SPK
-
17
Speaker
3
102
DACL
16
4
103
DACR
15
5
I
04/0
NE-LINE
3
V
3
14
-|}
V
3
6
105
V
5
H
5
V
7
106
C
0
N
3
/BUSY
12
CON
3
8
107
C
0
N
2
CON
2
9
GND
CONI
10
CONI
X
DY-SV17F
图6语音模块原理图
2.6
SG
90 舵机
在本项目中，
SG
90航机是用来模拟开锁和关锁动作的。
SG
90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。
SG
90舵机的控制信号为周期是20
ms
的脉宽
调制信号，即
PWM
信号;其中，脉冲宽度从0.5
ms
~2.5
ms
，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
PWM
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
(周
脉
期
冲
为
r
2
宽
0
ms
度
)
舵机粬出轴转角
| Q.5i
国
90°
1 ms
45.
1.5ms
g
_。
2ms
园
45'
2.5ms
国
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
黄世期:基于SIM32单片机的智能锁控制系统
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
DC-DC
电源
模块,考虑到主控和相关模块均为5
V
供电，有压差因素，故采
用大容量的12
V
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
MQTT
协议与云平台实时通信。
MQTT
(消息队列遥测
传输)是
ISO
标准(
ISO/IEC
PRF
20922)下基于发布/订阅范式
的消息协议，由
IBM
公司于1999年发布了该协议的第一个版
本。
MQTT
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。
串口 ft揚
nM
MCH
WIFI
M
〇
MQTT
'1QTT数絕
云平台
模块
C
=>
服务器
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
WIFI
和指纹的录
入,
WIFI
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
NET
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。
100
-
Changjiang Information & Communications黄世期:基于STM32单片机的智能锁控制系统
图9系统软件设计流程图
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
STM
32
F
407的智能锁控制系统是采用以
STM
32
F
407
ZGT
6
为主控芯片，使用
WM
无线模块
ESP
8266将底层硬件连接网
络，指纹识别模块
AS
608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
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
APP
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
101
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）
Changjiang Information & Communications
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
找到目标，实现对水面的全天候视频采集和监控。采集到的
图像经由
NVR
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。
温占阳:一体化指挥系统在某公安指挥船中的应用
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。
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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
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108
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