摘 要

随着生活水平的提高，人们对家居智能化的需求日益旺盛。智能门锁作为现代智能化家居系统中极其重要的一环，渐渐取代了普通的单功能门锁。因此设计一款多功能智能门锁具有重要的现实意义和应用价值。

本文首先对智能门锁市场进行了分析和需求挖掘，在充分了解现有产品优缺点的基础上，设计了一种多功能智能门锁系统，该系统具有指纹开锁、触摸按键输入密码开锁、IC卡识别开锁、射频遥控器开锁和手机开锁等功能。

然后详细介绍了该智能门锁系统的硬件功能模块原理和软件设计流程。在硬件设计上介绍了智能门锁主控板各模块与处理器的连接以及用于门锁手机开锁的网关设计；在软件上设计了智能门锁的逻辑流程，包括指纹、密码、遥控器和IC卡等用户身份信息的录入和验证方法，保证身份验证信息的有效性和安全性。

最后也对本次设计的智能门锁系统进行功能和性能测试，并进行概括性总结，指出了在开发调试阶段所遇到的问题，以及采用的解决办法。测试结果表明，本文所设计的智能门锁系统能够满足功能、安全性和功耗的要求。

关键词：智能门锁；指纹识别；触摸按键；IC卡识别；射频遥控器；ZigBee

Abstract

With the continuous improvement of people's living standards, people’s requirements on home intelligentization are becoming higher and higher. As a significant part of Modern intelligent home system, smart door lock system has been replacing the ordinary mono-functional locks gradually. Therefore, it is of great practical significance and application value to design a new door lock which is both multi-functional and smart.

Firstly, this paper analyzes and mines the market demand for smart lock and analyzes the advantages and disadvantages of the existing smart locks on the market. Thus, this door lock system is designed with following functions: fingerprint, touch the button and enter password, IC card identification, radio frequency remote controller, unlock with mobile phone.

Secondly, this paper details the principle of hardware module and software design process of the smart door lock system. In the hardware design, this paper introduces the connection among each module and processor as well as the gateway designed to unlock with mobile door. The logic flow of the smart door lock is designed in the software, including method for inputting and verifying user identity information such as fingerprint, password, remote controller and IC card identification etc. The validity and security of the information authentication ensure.

Finally, function and performance test of the smart door lock system has been carried out, meanwhile summary and conclusion on the whole design are stated, in chich problems and the corresponding solutions in the development and debugging phases are pointed out. Test results show that the smart door lock system has met the requirements on functions, security and power consumption.
Key Words: Smart Door Lock; Fingerprint Identification; Touch Key; IC Card Identification; RF Remote Controller; ZigBee

目 录

第1章 绪论 1

1.1 论文目的和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 社会效应和政策支持 2

1.4 主要内容和章节安排 3

第2章 系统方案设计 4

2.1 硬件需求分析 4

2.2 系统总方案设计 5

2.3 指纹识别模块 6

2.4 触摸按键密码和读卡模块 7

2.5 无线遥控器模块 8

2.6 无线通信网关 9

2.7 主控芯片 10

2.8 电机驱动模块 11

第3章 系统硬件设计 12

3.1 智能门锁主控板硬件设计 13

3.1.1 指纹识别硬件设计 14

3.1.2 电容式触摸按键和IC卡识别模块 15

3.1.3 315M无线遥控器 16

3.1.4 ZigBee无线通信 16

3.1.5 OLED显示硬件设计 17

3.1.6 语音交互硬件设计 18

3.1.7 电源控制 19

3.1.8 电机驱动 21

3.1.9 STM32最小系统 21

3.2 网关硬件设计 24

3.2.1 网关WIFI连接 24

3.2.2 网关信号指示 25

3.2.3 网关设备信息存储 26

第4章 系统软件设计 27

4.1智能门锁主控板软件设计 27

4.1.1 管理员添加 27

4.1.2 智能门锁系统功能注册 28

4.1.3 身份验证 29

4.1.4 ZigBee串口收发 34

4.2网关软件设计 34

4.2.1 通信协议 35

4.2.2 设备管理 36

4.2.3 设备添加 38

4.2.4 设备删除 39

4.2.5 设备更新 39

第5章 系统测试与调试 40

5.1 系统测试 42

5.1.1 电容式触摸按键 42

5.1.2 IC卡识别测试 42

5.1.3 315M无线遥控器测试 43

5.1.4 整机系统功耗测试 43

5.2 系统联调 44

5.2.1 添加管理员 44

5.2.2 系统功能注册 45

5.2.3 身份验证 47

5.3 测试与调试结论 50

第6章 总结与展望 51

6.1 全文总结 51

6.2 展望 51

参考文献 53

致 谢 54

第1章 绪论

• 1. 论文目的和意义

智能家居发展到现阶段，用户普遍认为现实生活中的智能产品只有智能电视和智能手机，其实不然。房门门锁是家居生活的第一道安全屏障，是人民私人生活和私有财产的最直接保障。在智能家居的大潮下，智能门锁是时代发展的必然产物，逐步取代传统的门锁和机械钥匙。智能门锁借助着指纹识别技术、RFID以及无线通信等技术手段，很大程度上提高了家居门锁系统的安全性和便捷性。与传统门锁相比较，智能门锁具有以下几个方面的优点：开门速度快，借助着指纹识别技术，智能门锁可以很快完成开门动作，与机械钥匙相比，智能门锁的开锁速度是传统门锁的五倍以上；安全性高，与传统机械门锁相比较，智能门锁很大程度上解决了开门钥匙被复制问题，指纹锁的每一种开锁方式都有自己的加密方式，很难将其复制；使用寿命长，智能门锁大多数采用电容式触摸按键作为门锁的密码输入，与传统的机械按键相比，输入密码容易而且使用寿命较机械按键长。

随着我国高档建筑日益增加，智能电子门锁的发展刻不容缓，同时伴随着智能家居的浪潮，市场销售渠道的拓宽，智能电子门锁已经在新建房市场异军突起。随着国家对房地产的宏观调控，环保意识的增强，房价逐渐回归理性价格，新一轮商品房的竞争焦点会逐步体现在环保、节能、智能、安全等方面，房地产行业对高档智能电子锁的市场需求也日臻增长，因此对多功能智能门锁各种功能的实现技术手段进行研究，设计一款多功能的智能门锁很有必要。