基于單片機(jī)的門鎖設(shè)計(jì)重26.2%

基于單片機(jī)的門鎖設(shè)計(jì)摘要：本論文介紹了基于單片機(jī)的智能門鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。智能門鎖是一種由傳統(tǒng)的機(jī)械門鎖和現(xiàn)代智能科技的新產(chǎn)品，為消費(fèi)者提供更安全和智能的開鎖體驗(yàn)。本論文主要應(yīng)用了STM32F407ZGT6單片機(jī)為主控制器，搭載無線射頻RFID以及AS608指紋識(shí)別的技術(shù)設(shè)計(jì)了一款智能門鎖系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)主要包含矩陣密碼解鎖、ID卡片解鎖和指紋解鎖的三種開鎖方式。論文將詳細(xì)介紹智能門鎖的工作原理、設(shè)計(jì)流程、軟硬件調(diào)試以及應(yīng)用前景。該實(shí)驗(yàn)證明智能門鎖具有高安全性、便捷性和應(yīng)用范圍廣等特性，其在日常生活和商業(yè)領(lǐng)域有著較大的市場空間。關(guān)鍵詞：便捷；安全；智能門鎖1引言1.1智能門鎖的背景及研究意義科學(xué)技術(shù)在現(xiàn)代的社會(huì)中不斷地影響著我們的生活，各商業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)開始逐步向智能化門禁方面擴(kuò)大市場。我們熟知的傳統(tǒng)機(jī)械門鎖在安全和便捷性方面存在著很多局限性，比如容易被技術(shù)手段破解等。為了更有效地解決這一挑戰(zhàn)，讓家居變得更加智能，可以考慮將傳統(tǒng)的機(jī)械門鎖升級(jí)為智能門鎖。這樣一來，人們可以通過輸入密碼或者使用手機(jī)遠(yuǎn)程控制來操作電路，進(jìn)而控制門鎖的開啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)更便捷的門禁管理。從而更好地體驗(yàn)智能科技，改變生活[1]。本課題為基于單片機(jī)的智能門鎖系統(tǒng)的研究，采用指紋、密碼和卡片的解鎖方式，有效的預(yù)防鑰匙丟失的問題，并解決了鑰匙可能被復(fù)制的問題，大大提高了門鎖使用的安全性。在創(chuàng)新技術(shù)方面，智能門鎖可以與物聯(lián)網(wǎng)及人工智能相融合，為用戶提供更智能，更便攜的解鎖服務(wù)，進(jìn)而提高科學(xué)技術(shù)的發(fā)展速度。隨著科技的發(fā)展和人們對(duì)安全性要求的提高，用戶對(duì)產(chǎn)品的個(gè)性化要求逐漸提升，智能門鎖的設(shè)計(jì)可以被應(yīng)用于各種商業(yè)模式，在未來具有極高的市場潛力。1.2智能門鎖在國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀全球市場。自歐美國家于上世紀(jì)90年代起源，并與后期傳入日韓國家，但在中國市場則起步較晚[2]。但截至目前，智能門鎖在全球市場呈穩(wěn)步上升狀態(tài)，市場需求量較大，尤其在中國地區(qū)，市場份額占全球一半以上，技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用場景位列全球前茅[3]。亞洲的日本和韓國市場主要采用非聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，如密碼和智能卡片識(shí)別；反觀歐美市場則以藍(lán)牙技術(shù)為主，大部分產(chǎn)品支持互聯(lián)網(wǎng)功能。中國市場則由于各大企業(yè)的激烈競爭崛起了很多智能門鎖的新興品牌，如小米，凱迪仕和德施曼等品牌[4]。技術(shù)創(chuàng)新。智能門鎖集機(jī)械、電子、物聯(lián)網(wǎng)以及生物識(shí)別等技術(shù)，具備數(shù)據(jù)即時(shí)上傳，狀態(tài)即時(shí)更新和遠(yuǎn)程操控等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于智慧酒店，智慧公寓以及智能出租屋和智慧園等多個(gè)領(lǐng)域。中國智能門鎖行業(yè)在人工智能和物聯(lián)網(wǎng)的共同推動(dòng)下，產(chǎn)品質(zhì)量及智能化程度不斷提高，如實(shí)施更新的遠(yuǎn)程解鎖和解鎖共享家庭設(shè)置，更好的提升了門鎖領(lǐng)域的安全性與實(shí)時(shí)便捷性[5]。隨著消費(fèi)升級(jí)和居民收入水平的不斷提高，智能門鎖的實(shí)際定價(jià)將會(huì)有著明顯下降。這意味著智能門鎖將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到發(fā)展，在家庭中，智能門鎖提供更加安全和便捷的功能給消費(fèi)者，通過物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的技術(shù)推動(dòng)，智能貓眼可以更安全、迅速的提供給用戶最真實(shí)的情況，以達(dá)到真正意義上的安全守護(hù)。在商業(yè)領(lǐng)域，智能門鎖將攜手物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，通過實(shí)名認(rèn)證的方式，將各級(jí)用戶通過授權(quán)的方式進(jìn)入不同的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)ID與區(qū)域同步，更安全的實(shí)時(shí)定位用戶的地理位置和實(shí)時(shí)狀態(tài)。在企業(yè)或公司領(lǐng)域，智能門鎖的設(shè)計(jì)將會(huì)使員工在不同的崗位通過授權(quán)進(jìn)入不同崗位的資料室調(diào)查相關(guān)資料，不會(huì)再因?yàn)閸徫坏牟煌艿较拗平乖L問。在個(gè)性化領(lǐng)域，智能門鎖通過人工智能的技術(shù)，組建不同的解鎖方式，例如人臉識(shí)別與指紋解鎖相結(jié)合，或指紋解鎖與按鍵相結(jié)合，將每一個(gè)按鍵依附指紋識(shí)別，采樣使用者的指紋，對(duì)比原用戶所設(shè)指紋，達(dá)到出其不意的解鎖方式。1.3智能門鎖的發(fā)展趨勢在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，智能門鎖行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈涉及面廣，技術(shù)壁壘高，上游包括芯片、生物識(shí)別、通信技術(shù)等領(lǐng)域的企業(yè)，中游涉及制造商、方案提供商、軟件開發(fā)商等，下游則包括渠道商、安裝售后服務(wù)企業(yè)、云平臺(tái)等[6]。近期德施曼推出了新款龍霆電機(jī)，甚至可以舉起2.5公斤的一輛SUV汽車。隨著消費(fèi)升級(jí)和居民收入水平的提高，智能門鎖市場需求持續(xù)擴(kuò)大，產(chǎn)品價(jià)格有望進(jìn)一步下降[7]。指紋識(shí)別技術(shù)相比于傳統(tǒng)的密碼或鑰匙具有更高的安全性，使用指紋識(shí)別技術(shù)開鎖也更加便捷，用戶無需攜帶額外物品，只需用手指輕按識(shí)別處即可完成識(shí)別和解鎖操作，大大提升了用戶的使用體驗(yàn)[8]。尤其指紋識(shí)別產(chǎn)品價(jià)格的大幅下降，帶動(dòng)其銷量的快速增長，開始向著成為產(chǎn)品的標(biāo)配方向發(fā)展。因此，指紋識(shí)別技術(shù)仍將是2024年智能門鎖行業(yè)的主推技術(shù)之一。智能家電、手機(jī)、手表等物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings,IoT)設(shè)備的廣泛使用帶來了安全和隱私方面的擔(dān)憂。隨著來自惡意和非惡意來源的網(wǎng)絡(luò)攻擊日益盛行,安全性已成為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。特別地,由于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量越來越大,數(shù)據(jù)安全帶來了重大挑戰(zhàn)。不完善的安全措施可以讓黑客遠(yuǎn)程接管物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,造成重大損害[9]。2023年我國智能門鎖行業(yè)競爭更加激烈，企業(yè)數(shù)量達(dá)到3000家左右，同比增長50%。品牌格局方面，已形成小米、凱迪仕、德施曼等幾大品牌競爭格局。智能門鎖的價(jià)格逐漸下降，2023年平均價(jià)格約為2000元，相較于2022年的2500元，下降約20%。價(jià)格因素對(duì)消費(fèi)者購買意愿的影響逐漸減小。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，2023年我國智能門鎖市場規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到1000億元，相較于2022年的800億元，同比增長25%。其中，消費(fèi)級(jí)市場預(yù)計(jì)將達(dá)到600億元。2023年我國智能門鎖的滲透率預(yù)計(jì)將達(dá)到25%，相較于2022年的20%，同比增長5個(gè)百分點(diǎn)。預(yù)計(jì)到2025年，智能門鎖的滲透率將達(dá)到40%[10]。小米集團(tuán)：2023年市場份額約為20%，位居行業(yè)首位。小米智能門鎖憑借小米生態(tài)鏈的優(yōu)勢，產(chǎn)品品質(zhì)和性價(jià)比受到消費(fèi)者認(rèn)可。凱迪仕：2023年市場份額約為15%，位居行業(yè)第二。凱迪仕專注于智能門鎖的研發(fā)和生產(chǎn)，產(chǎn)品線豐富，覆蓋高中低端市場。德施曼：2023年市場份額約為10%，位居行業(yè)第三。德施曼以指紋識(shí)別技術(shù)為核心，致力于為消費(fèi)者提供安全便捷的智能門鎖產(chǎn)品[11]。通過分析以上各企業(yè)對(duì)智能門鎖的市場競爭可以確定智能門鎖在中國市場的未來發(fā)展有著不可忽略的影響力。通過對(duì)智能門鎖的深入研究，能夠更快提高智能門鎖在該領(lǐng)域的發(fā)展速度。2智能門鎖的基本原理2.1傳統(tǒng)門鎖存在的問題與智能門鎖的優(yōu)勢傳統(tǒng)門鎖往往需要鑰匙或卡片進(jìn)行解鎖，但在大型公司或公共場合的應(yīng)用往往需要大量的管理和更新，尤其是在更新鎖的時(shí)候，對(duì)學(xué)生或員工是非常不方便的，更容易導(dǎo)致安全風(fēng)險(xiǎn)和少量成本輸入。但是智能門鎖在互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)推動(dòng)下，更新密碼及遠(yuǎn)程操控都使鎖的便捷性提高了，這意味著只有授權(quán)的人才會(huì)進(jìn)入特定的區(qū)域，大幅提高了公共或商用場所的安全性。隨著科技的不斷進(jìn)步，門鎖的智能化水平也日益提升。通過在傳統(tǒng)門鎖基礎(chǔ)上增加Wi-Fi功能和鍵盤輸入，使得門鎖的操作變得更加便捷和智能化，為用戶帶來更便利的使用體驗(yàn)。采用單片機(jī)作為主控芯片，采用C語言的編寫程序并結(jié)合外圍的鍵盤輸入、顯示、報(bào)警、開鎖等電路設(shè)計(jì)的一款智能門鎖，可應(yīng)用于住宅、辦公室等場所，本設(shè)計(jì)還具有使用手機(jī)遠(yuǎn)程開關(guān)門，按鍵輸入密碼，輸入密碼錯(cuò)誤報(bào)警，修改密碼等多種功能，實(shí)用性比較強(qiáng)，有廣泛的市場前景[12]。最近幾年，智能家居行業(yè)蓬勃發(fā)展，智能產(chǎn)品逐漸走進(jìn)千家萬戶，其優(yōu)勢性能正在潛移默化地影響著我們的生活。作為智能家居硬件產(chǎn)品第一入口,智能門鎖以其方便、解決“忘帶鑰匙”等優(yōu)點(diǎn)深受大眾認(rèn)可[13]。有很多種智能鎖解鎖的方式。一些專家和科技人員已經(jīng)開始研究如何解決這個(gè)問題，并提出了一系列的解決方案，包括密碼鎖、指紋鎖、紅外遙控鎖、藍(lán)牙密碼鎖等多種門鎖系統(tǒng)。本文以實(shí)際情況為基礎(chǔ)，采用單片機(jī)結(jié)合無線射頻識(shí)別（RFID）和無線WiFi傳輸?shù)任锫?lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種多模式智能門鎖系統(tǒng)。用戶可以通過按鍵輸入密碼解鎖,也可以使用ID卡刷卡解鎖,同時(shí)能通過手機(jī)端App進(jìn)行解鎖,安全可靠、成本較低[14]。2.2智能門鎖的基本構(gòu)成與功能智能門鎖的結(jié)構(gòu)主要由步進(jìn)電機(jī)模塊、OLED顯示屏模塊、指紋識(shí)別模塊、矩陣鍵盤模塊、RFID-RC522卡片解鎖模塊等組成，其中步進(jìn)電機(jī)鎖體是整個(gè)智能門鎖的核心部件，負(fù)責(zé)鎖住門。針對(duì)不同的用戶需求，智能門鎖還有多種設(shè)計(jì)，如指紋識(shí)別、密碼等多種開門方式。本次基于單片機(jī)的智能門鎖設(shè)計(jì)主要包含指紋解鎖、數(shù)字密碼解鎖和智能卡片解鎖三個(gè)方向功能。指紋解鎖：通過指紋識(shí)別器認(rèn)證用戶身份后開啟門鎖。密碼解鎖：通過輸入正確的密碼解鎖門。智能卡解鎖：通過刷智能卡解鎖門。2.2.1指紋解鎖模塊本次指紋解鎖采用AS608指紋識(shí)別技術(shù)（如下圖2-1所示），該模塊的廠商只是基于該芯片設(shè)計(jì)外圍電路，集成一個(gè)可供二次開發(fā)的指紋模塊；所以，只要是基于AS608芯片的指紋模塊，其控制電路及控制協(xié)議幾乎是一樣的[15]。AS608模塊的各引腳如圖2-2所示，其中的WAK引腳用于檢測手指是否按下。當(dāng)有手指按下時(shí)，WAK引腳會(huì)輸出高電平；而在沒有手指按下時(shí)，WAK引腳會(huì)維持低電平狀態(tài)。圖2-1AS608指紋模塊圖2-2AS608各引腳狀況說明2.2.2OLED顯示屏模塊本次研究的智能門鎖系統(tǒng)是通過OLED顯示模塊（如下圖2-3）進(jìn)行密碼輸入時(shí)和鎖屏的日期顯示。OLED由于同時(shí)具備自發(fā)光，不需背光源、對(duì)比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構(gòu)造及制程較簡單等優(yōu)異之特性，被認(rèn)為是下一代的平面顯示器新興應(yīng)用技術(shù)[16]。本次研究不選用LCD作為顯示屏正是因?yàn)樗梢宰詭Ч饬?。這樣同樣的顯示，OLED效果要來得好一些，例如在樓道內(nèi)光線昏暗，OLED屏就可以通過自發(fā)光的特性讓用戶看的更清楚些。但是其缺點(diǎn)也顯而易見，現(xiàn)在的技術(shù)還不能夠把屏幕做大，不過在門禁方面其利大于弊。圖2-3OLED模塊2.2.3RFIDRC522射頻模塊MFRC522（如下圖2-4所示）是一款由NXP公司推出的技術(shù)，本次智能門鎖最突出的特點(diǎn)是低電壓、低成本、體積小，所以將RFID卡采用為本次研究的理想板塊。圖2-4RFIDRC522射頻模塊2.2.428BYJ4步進(jìn)電機(jī)和ULN2003驅(qū)動(dòng)模塊本次智能門鎖設(shè)計(jì)采用28BYJ4步進(jìn)電機(jī)（如下圖2-5所示）搭配ULN2003驅(qū)動(dòng)模塊（如下圖2-6所示）共同實(shí)現(xiàn)開、關(guān)鎖的目的。由于ULN2003驅(qū)動(dòng)模塊上有和步進(jìn)電機(jī)相連接的連接器，所以能很好的將模塊和電機(jī)聯(lián)動(dòng)，這就會(huì)讓電動(dòng)機(jī)連接到板上顯得格外簡單，并且該模塊上還有四個(gè)LED指示燈，在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)有良好的視覺效果。圖2-528BYJ4步進(jìn)電機(jī)圖2-6ULN2003驅(qū)動(dòng)模塊2.3單片機(jī)在智能門鎖中的作用及應(yīng)用本次智能門鎖的設(shè)計(jì)是基于STM32F407ZGT6單片機(jī)的基礎(chǔ)上研發(fā)的，主要包含步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)，矩陣鍵盤模塊，指紋模塊和RFID-RC522卡片模塊。其中步進(jìn)電機(jī)板塊主要負(fù)責(zé)對(duì)鎖芯的控制，達(dá)到即時(shí)解鎖的目的。矩陣板塊主要針對(duì)密碼開鎖的方式，通過提前錄入自己設(shè)置的密碼，然后再在關(guān)鎖狀態(tài)下輸入正確的密碼，以實(shí)現(xiàn)解鎖。指紋解鎖的方式則比較特殊，要提前采集使用者指紋才能開始使用，本次指紋解鎖模塊可以通過多次錄入和修改，最高上限可達(dá)5個(gè)。卡片模塊通過識(shí)別特定的ID卡進(jìn)行解鎖，本次智能門鎖可以錄入或刪除ID卡片。3智能門鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體構(gòu)架設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的智能門鎖系統(tǒng)主要由幾個(gè)模塊組成，包括主控制器模塊、按鍵解鎖模塊、ID卡解鎖模塊、液晶顯示模塊和指紋解鎖模塊。門鎖的控制器部分主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的處理和開鎖的控制，并且同時(shí)利用顯示屏模塊展示相關(guān)開鎖信息。按鍵密碼解鎖模塊主要用于在設(shè)置密碼、修改密碼或者解鎖時(shí)使用；而ID卡刷卡解鎖模塊則通過識(shí)別卡片的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了簡便的刷卡開鎖操作，使刷卡即可進(jìn)入成為可能。報(bào)警模塊主要用于在密碼多次未輸入正確時(shí)發(fā)出警報(bào)，最高上限次數(shù)為5次。本次設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方式，整體設(shè)計(jì)如圖3-1所示。圖3-1整體設(shè)計(jì)框架3.2電路設(shè)計(jì)及原理圖3.2.1主控制器模塊本文選擇了STM32F407ZGT6單片機(jī)作為主要控制器。它的外部I/O接口主要用于連接或控制其他模塊的電路。單片機(jī)內(nèi)部的電路能夠?qū)耐獠揩@取的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并控制執(zhí)行需要用到的的操作。3.2.2按鍵解鎖模塊由于按鍵較多，按鍵模塊選用4×4矩陣鍵盤,用于密碼的輸入、設(shè)置等操作，檢測階段，I/O口會(huì)不斷地給低電平,如果檢測到按鍵各行電平信號(hào)有高電平出現(xiàn)，即可判斷哪個(gè)按鍵被按下。在屏幕上會(huì)顯示每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)輸入什么，例如，“0~9”為密碼字符鍵,“UP”為向上選擇按鍵,“DOWN”為向下選擇按鍵,“OK”為確認(rèn)密碼按鍵,“LOCK”為關(guān)鎖鍵。3.2.3ID卡解鎖模塊 本文采用了無線射頻識(shí)別（RFID）模塊來進(jìn)行ID卡的讀卡和識(shí)別（如圖3-2所示）。它支持讀取卡片和刪除卡片的操作。在使用的時(shí)候，當(dāng)ID卡接近模塊的識(shí)別感應(yīng)區(qū)域時(shí)，就會(huì)識(shí)別并自動(dòng)輸入相應(yīng)的卡號(hào)。對(duì)于已采集記錄過的ID卡，模塊的輸出接口將輸出高電平，否則輸出低電平。當(dāng)單片機(jī)檢測到輸出為高電平時(shí)，將控制驅(qū)動(dòng)模塊執(zhí)行開鎖操作。圖3-2RFID刷卡模塊原理圖3.2.4液晶顯示模塊液晶顯示模塊（如圖3-3所示）應(yīng)用方面較廣，本文主要用于密碼輸入、更改和開鎖提示的內(nèi)容顯示。系統(tǒng)中配置了蜂鳴器進(jìn)行提示輔助,電路如圖二中OLED顯示模塊部分所示。圖3-3OLED顯示模塊原理圖3.3程序設(shè)計(jì)3.3.1相關(guān)軟件介紹在研究出相應(yīng)的實(shí)物后，必須編寫能夠控制單片機(jī)進(jìn)行對(duì)應(yīng)操作的程序。所以選擇符合單片機(jī)型號(hào)并能控制的軟件來編譯程序是十分重要的。C語言在單片機(jī)領(lǐng)域的使用是十分廣泛的，也是很多開發(fā)者們首選的開發(fā)語言。本文也是通過C語言來實(shí)現(xiàn)程序的控制。單片機(jī)代碼開發(fā)主要采用溢價(jià)先進(jìn)的MCU軟件開發(fā)商開發(fā)的軟件進(jìn)行編譯單片機(jī)代碼，該公司代表軟件就是KEIL，擁有極高集成度，流利簡潔的操作頁面，編譯工具數(shù)量豐富，庫函數(shù)所含內(nèi)容多樣的強(qiáng)大功能，廣泛用于單片機(jī)的開發(fā)[17]。3.3.2主程序流程系統(tǒng)的軟件方案由初始化程序、液晶顯示程序、按鍵解鎖程序、ID卡解鎖程序和指紋解鎖程序等5個(gè)模塊組成。在按鍵檢測程序的過程中，要通過設(shè)置延時(shí)程序來消除按鍵抖動(dòng)。系統(tǒng)接上電后，首先進(jìn)行顯示屏幕和串口的初始化，然后進(jìn)行三種解鎖方式的檢測程序。當(dāng)鍵盤密碼輸入正確、注冊的ID卡識(shí)別成功或指紋識(shí)別成功時(shí)，單片機(jī)將控制步進(jìn)電機(jī)模塊執(zhí)行開鎖程序。,軟件系統(tǒng)主程序流程如圖3-4所示。圖3-4主程序基本流程3.4PCB電路板的制作制作智能門鎖系統(tǒng)的PCB板具體步驟：設(shè)計(jì)電路圖：首先要了解清楚電路的具體要求和注意事項(xiàng)，然后再使用電路設(shè)計(jì)軟件繪制需要的電路圖，并進(jìn)行原理圖驗(yàn)證。PCB布局：根據(jù)畫好的電路圖，使用PCB繪圖軟件對(duì)電路進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容包括：確定元器件的放置位置、連線關(guān)系和電路板的大小等。在布局設(shè)計(jì)過程中，需要注意元器件的安全距離、良好的熱量分布和防護(hù)地線等。連線布線：經(jīng)過布局設(shè)計(jì)后，接下來是最重要且最需要耐心的部分，需要對(duì)電路各元器件進(jìn)行連線布線，即將元器件之間按照電路圖中的連線要求進(jìn)行連通。在這一步中，需要采用最短的連線路徑并避免信號(hào)干擾交叉等。生成PCB文件：完成連線布線后，可以使用PCB設(shè)計(jì)軟件生成PCB文件，并進(jìn)行檢查和修改。同時(shí)，還需要設(shè)置PCB板的材料、板厚、組裝方式等參數(shù)，以確保電路板的質(zhì)量和工作效果。PCB工程圖如圖3-5所示。PCB打樣：將PCB文件提交給PCB廠家進(jìn)行制作，確認(rèn)樣品的質(zhì)量和工作效果，以便進(jìn)行進(jìn)一步批量生產(chǎn)。在制作電路板的過程中，需要注意許多細(xì)節(jié)和技巧，比如規(guī)避干擾、最短連線、避免盲孔等等。同時(shí)，也需要確保電路板的設(shè)計(jì)符合電路的原理、電氣規(guī)范和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，這樣才能獲得高質(zhì)量的電路板。圖3-5電路板PCB圖4智能門鎖的調(diào)試與性能測試4.1系統(tǒng)硬件部分調(diào)試前三章已經(jīng)將系統(tǒng)的軟硬件部分都做了出來，實(shí)際的門鎖也能達(dá)到指令對(duì)其的控制。然而，系統(tǒng)的最終成功與否還需要通過實(shí)際調(diào)試來驗(yàn)證。因此，本章的主要任務(wù)是描述系統(tǒng)的調(diào)試過程和性能測試。采購元器件并焊接出來的實(shí)物成品如下圖4-1所示。圖4-1焊接后的實(shí)物展示圖智能門鎖的實(shí)體呈現(xiàn)出高度的模塊化，將系統(tǒng)的各個(gè)模塊融合成一個(gè)整體。軟件部分也采取了類似的策略，將每個(gè)程序合并后燒寫到開發(fā)板中進(jìn)行調(diào)試。在軟件調(diào)試階段，通過每個(gè)模塊和程序?qū)?yīng)的方式來確認(rèn)每個(gè)模塊程序的正確與否。在確定了軟件和硬件初始化沒有問題后，就可以直接使用Keil軟件將程序燒錄進(jìn)去。4.1.1矩陣密碼解鎖模塊調(diào)試打開系統(tǒng)后進(jìn)入初始化界面，按任意鍵進(jìn)入到密碼解鎖界面（如下圖4-2所示），輸入正確密碼后（初始密碼為123456），進(jìn)入修改/添加密碼界面，用戶可以任意添加任何方式的密碼；包括添加新的指紋以解鎖、添加新的數(shù)字密碼解鎖或者添加新的卡片等解鎖方式。在密碼解鎖界面（如下圖4-3所示）輸入正確密碼后解鎖（如下圖4-4所示）。圖4-2錄入新的按鍵密碼圖4-3輸入設(shè)置好的密碼圖4-4輸入正確的密碼后開鎖4.1.2指紋解鎖模塊調(diào)試在進(jìn)入到錄入新密碼時(shí)，選擇“指紋解鎖”選項(xiàng)，采集并錄入新指紋，當(dāng)系統(tǒng)檢測并收集到相應(yīng)指紋時(shí)，產(chǎn)生新的指紋解鎖方式（如下圖4-5所示）。在錄入指紋成功后，將采集后的手指輕放置識(shí)別處進(jìn)行比對(duì)（如下圖4-6所示），識(shí)別比對(duì)成功后進(jìn)入解鎖狀態(tài)，即箭頭方向由上至下（如下圖4-7所示）。存在問題：在初步調(diào)試階段，指紋解鎖在采取樣本時(shí)，有檢測不到指紋樣本和識(shí)別過于敏感的現(xiàn)象。在多次調(diào)試并更換硬件后，該問題得以解決。分析后得出結(jié)論：其主要原因是原硬件中指紋識(shí)別傳感器存在問題。圖4-5采集新指紋并錄入圖4-6采集并檢測指紋圖4-7指紋識(shí)別成功后開始解鎖4.1.3RFID卡解鎖模塊調(diào)試同上步驟操作，進(jìn)入到錄入新密碼界面，選擇“卡片錄入”選項(xiàng)，將需要錄入的卡片輕放到卡片識(shí)別的位置，當(dāng)系統(tǒng)檢測并掃描到卡片后，屏幕會(huì)顯示“設(shè)置卡片成功”。系統(tǒng)產(chǎn)生新的卡片識(shí)別解鎖方式（如下圖4-8所示）。將錄入成功的卡片放置在RFID識(shí)別模塊，系統(tǒng)將檢測掃描卡片（如下圖4-9所示），掃描并比對(duì)成功后，系統(tǒng)將進(jìn)入解鎖狀態(tài)，即箭頭方向改變（如下圖4-10所示）。存在問題：在首次安裝RFID卡片識(shí)別模塊時(shí)，該模塊與主板接觸不良，導(dǎo)致多次錄入卡片時(shí)識(shí)別不到的情況。分析該現(xiàn)象后，通過重新購買主板與模塊連接部分的元器件后，該問題得以解決。圖4-8錄入新的卡片圖4-9ID卡識(shí)別中圖4-10ID卡識(shí)別成功并解鎖4.2系統(tǒng)軟件部分調(diào)試軟件部分要先使用Keil5軟件進(jìn)行一次綜合性調(diào)試。首先，要建立需要的工程，并選擇適用于STM32F407ZGT6控制芯片的。隨后輸入實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊正常運(yùn)行的程序，才能開始進(jìn)行編譯。如果系統(tǒng)的編譯出現(xiàn)警告或者報(bào)錯(cuò)，Keil軟件則會(huì)在下方有提示，然后可以根據(jù)提示信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)搜索，找到相關(guān)的解決方案，并對(duì)程序進(jìn)行修改處理。系統(tǒng)初始化部分調(diào)試：初步調(diào)試階段由于未正確設(shè)置IO口的速度，導(dǎo)致軟件報(bào)錯(cuò)，后查閱相關(guān)資料分析并解決該問題。鎖屏界面與主菜單界面調(diào)試：主界面顯示主要應(yīng)用了漢字庫，初步調(diào)試階段因編碼格式與字庫不符，導(dǎo)致初階段出現(xiàn)亂碼現(xiàn)象，分析處理后解決該問題。各解鎖模塊調(diào)試：調(diào)試初期，指紋解鎖模塊由于識(shí)別時(shí)間較短，產(chǎn)生采集不到指紋的情況，后經(jīng)過修改延時(shí)時(shí)間，該問題得以解決。4.3響應(yīng)速度與安全性能測試本次測試主要針對(duì)智能門鎖系統(tǒng)的響應(yīng)速度和安全性能的測試。相應(yīng)速度方面：開機(jī)初始化后，運(yùn)行起來較為流暢，初始化界面顯示清晰（如下圖4-11所示），解鎖后蜂鳴器按正常步驟發(fā)出提示音。圖4-11初始化界面安全性能測試：在輸入正確密碼后，屏幕上顯示“開鎖中”的字樣（如圖4-12所示），電機(jī)進(jìn)入解鎖狀態(tài)（如圖4-13所示）。在鎖屏界面時(shí)，不會(huì)顯示有解鎖后的界面提示。按下鎖屏鍵后，電機(jī)自動(dòng)進(jìn)入封鎖狀態(tài)（如下圖4-14所示）。初步測試階段，輸入錯(cuò)誤密碼后蜂鳴器有未響應(yīng)，經(jīng)過調(diào)試分析后，主要原因是軟件編寫方面未按照手冊規(guī)定配置蜂鳴器。圖4-12密碼正確時(shí)屏幕顯示解鎖中圖4-13解鎖后進(jìn)入修改密碼界面圖4-14智能鎖成功鎖定5結(jié)論與展望本研究旨在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一款基于單片機(jī)的智能門鎖系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有安全、便捷、易用等特點(diǎn)。首先，根據(jù)實(shí)際需求，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體架構(gòu)，介紹并展示了各模塊在系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)，簡單介紹了系統(tǒng)運(yùn)行的過程，包括解鎖、上鎖、狀態(tài)檢測等操作。然后選擇了適合本系統(tǒng)的單片機(jī)型號(hào)，針對(duì)單片機(jī)所適應(yīng)的軟件進(jìn)行了相應(yīng)的編程，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)需要的各項(xiàng)功能。系統(tǒng)條件全部達(dá)成后，要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更加全面的測試和調(diào)試，包括系統(tǒng)軟硬件部分測試、相應(yīng)速度測試、安全測試等。分析解決測試中發(fā)現(xiàn)的問題，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性?？傊疚难芯吭O(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于單片機(jī)的智能門鎖系統(tǒng)，具有較高的安全性和便捷性。未來，可以通過增加其他傳感器和功能模塊，提高系統(tǒng)的智能化程度和適應(yīng)性。同時(shí)，本次研究還需要進(jìn)一步研究如何提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和易用性，以滿足不同用戶的需求。參考文獻(xiàn)黃小靜.基于單片機(jī)控制的智能門鎖設(shè)計(jì)[J].集成電路應(yīng)用,2023,40(04):134-135.DOI:10.19339/j.issn.1674-2583.2023.04.056.白雪,王興,郭偉潔.電子門鎖的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢研究[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì),2021,(13):97-99+101.李楠,尹睿,董佳康,等.基于單片機(jī)的無線智能門鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子測試,2018(04):18-19.DOI:10.16520/ki.1000-8519.2018.04.008.王斌.基于單片機(jī)的智能控制電子門鎖設(shè)計(jì)[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2016,15(16):45-46.劉海嬌.智能門鎖前景可期產(chǎn)品是行業(yè)增長核心要素[J].家用電器,2024,(03):72-73.柴智.基于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)的集群式智能門鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].上海交通大學(xué),2020.DOI:10.27307/ki.gsjtu.2020.002432.李曉磊,王學(xué)賀,成洪豪.基于單片機(jī)的智能門鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].無線互聯(lián)科技,2023,20(07):37-39.朱魏清.開發(fā)智能門禁系統(tǒng)的商業(yè)計(jì)劃書[D].東華大學(xué),2016.張媛珍.智能門鎖：市場多元蓄力，“千億規(guī)模”并非紙上談兵[J].電器,2021,(12):48-50.韋金寶,韋金洪.智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的“人工智能+物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)運(yùn)用研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2024,14(02):104-107.DOI:10.16667/j.issn.2095-1302.2024.02.028.陳偉杰,彭佳輝,張江龍,等.基于STM32的模塊化智能消毒門鎖設(shè)計(jì)[J].電子制作,2024,32(01):42-47.DOI:10.16589/11-3571/tn.2024.01.011.楊玉立,嚴(yán)曉云.基于RFID技術(shù)的高校管制化學(xué)品管理[J].化工安全與環(huán)境,2024,37(04):54-56.吳國輝.智能門鎖標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀及關(guān)鍵性指標(biāo)研究[J].輕工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2023,(06):49-51.DOI:10.19541/ki.issn1004-4108.2023.06.006.胡艷茹.一種智能藍(lán)牙指紋密碼鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2023,13(09):119-123.DOI:10.16667/j.issn.2095-1302.2023.09.031.ShakrKAS,HasimZO.EnsuringInformationSecurityinSmartDoorLockSystemsUsingtheCuckooSearchAlgorithm[J].1DepartmentofMathematics,OpenEducationalCollege,KirkukBranch,Kirkuk,36001,Iraq;2MutafaweqatHighSchoolforGirls,KirkukBranch,Kirkuk,36001,Iraq,2023,4(4):269-286.高緒國.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居門鎖聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技資訊,2023,21(15):28-31.DOI:10.16661/ki.1672-3791.2212-5042-7506.CQC開展智能門鎖密碼應(yīng)用安全評(píng)估業(yè)務(wù)[J].電器,2024,(03):41.附錄：intmain(void){u16set=0;u8err=0;intkey_num;inttime1;inttime2; //鎖屏?xí)r間chararrow=0;//箭頭位子delay_init(); //延時(shí)函數(shù)初始化NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//設(shè)置NVIC中斷分組printf("串口功能正常\r\n");Button4_4_Init();//初始化與按鍵連接的硬件接口OLED_Init(); //顯示初始化Walkmotor_Init();//步進(jìn)電機(jī)初始化BEEP_Init(); //蜂鳴器初始化usart2_init(usart2_baund);//初始化指紋模塊PS_StaGPIO_Init();OLED_Clear();HONGWAI_Config();starting();//開機(jī)信息err=RTC_Init(); //RTC初始化if(err){OLED_Clear();Show_Str(12,13,128,20,"RTCCRYERR!",12,0);OLED_Refresh_Gram();//更新顯示delay_ms(3000);}SysPartInit();//系統(tǒng)參數(shù)初始化while(1){//鎖屏界面MAIN:OLED_Clear();OLED_Show_Font(56,48,0);//顯示鎖圖標(biāo)while(1){time1++;Display_Data();//時(shí)間顯示if((time1%100)==1){//MFRC522解鎖time1=0;MFRC522_Initializtion();Error=MFRC522_lock();if(Error==0){gotoMENU;}else{OLED_Show_Font(56,48,0);//鎖圖標(biāo)}//指紋解鎖if(PS_Sta) //檢測PS_Sta狀態(tài){while(PS_Sta){Error=press_FR();//刷指紋if(Error==0){//DisUnLock();gotoMENU;//跳到解鎖界面}else{OLED_Show_Font(56,48,0);//鎖}}}//密碼鎖key