《基于ESP8266芯片的多功能电子锁设计》11000字

基于ESP8266芯片的多功能电子锁设计目录TOC\o"1-2"\h\u摘要 摘要随着我国城镇化的日益发展，大多数人都开始住上楼房，因而对多功能电子锁需求的出现了爆发式的增长。本系统设计的是多功能智能电子锁主要包含三个功能:密码解锁、指纹解锁、手机WIFI解锁的功能。以STM32F103C8T6为主控，采用了ATK-AS608指纹识别模块，ESP8266的WIFI无线通信模块。用4×4键盘进行密码的更改和指纹的录入，指纹模块和WIFI模块和主芯片用UART来进行建立通信，通过LCD12864显示屏来操作指令以及电子锁的的状态，还能用按键菜单来选择相应的录入指纹、删除指纹和更改密码。最终的开锁是通过继电器作为纽带来驱动电磁锁的打开。关键词:智能电子锁；微处理器；ESP8266；WIFI；指纹模块第1章绪论近年来，科学技术日新月异，并且物联网飞速发展逐渐进入人们的视野，智能电子设备市场逐步打开，进而推动了互联网智能硬件系统的发展。智能电子设备的行业在对产品设计的优化和不断完善的同时，也提高了生活中常用设备的智能化发展——智能门锁行业的发展。在安全防范技术的领域内，具有高效安全性能的密码电子锁将逐渐取代了现有的普通密码锁[7]，克服了低效率，低性能的普通密码锁的缺点，从技术上提高了密码锁设备，一步就大大提高了性能以及可靠性。随着智能门锁技术逐渐成熟，并且在工程应用的基础上广泛采用，适合于对安全性要求较高的客户财政及政府有关部门。采用STM32F1系列的芯片来作为嵌入式ARM主控制器，它为实现MCU的需要提供了许多便利条件：低成本的平台、缩减的引脚数目、系统功耗的显著降低，与此同时还提供了卓越的计算性能和先进的中断响应系统。大量的可以利用的片上资源使得STM32F1系列微处理器在多种应用领域大显身手如电机驱动、实时控制都显示出了在不同场景下的不俗的应用能力和强大的发展潜力。ESP8266内置32位CPU芯片使得它能够不借助其他设备而独立的作为大数据和物联网的辅助的产品，共同完成电子设备智能化的发展，其开发便捷化，使用简单因此还应用于许多智能无线遥控设备。这种多功能电子锁不但在效率和便捷性上占有绝对的优势，而且安全性能也大大提高了，在物联网技术高速发展的今天，多功能电子锁毫无疑问是在未来将具有广泛的应用可能。1.1课题研究背景智能电子设备行业正在进行一场浩荡的技术变革，市场和行业中一边面临着巨大的挑战的同时也蕴含着巨大的机遇。一方面，完整的人工智能，物联网和边缘计算技术的飞速发展，开始使得电子设备的智能化成为可能，另一方面在我国传统行业中也慢慢的走上现代工业化的道路，将两个方面相互结合将改变我国现代工业的变革。智能电子设备行业是通过互联网实现设备之间的连接的，其最重要的就是稳定性与安全性，而WIFI解锁也是对互联网无线通信技术的设计应用，这是如今各类技术水平不断提升和融合的结果，也是市场对需求发展的必然趋势。现阶段如果企业可以将指纹锁与远程网络进行结合，可以为智能电子锁行业带来更长远的发展，同时也可以挖掘出这一行业更多的潜力，当前相关的技术手段已经在部分较为高端领域得到初步的应用。当前人民的生活质量已经随着技术进步和经济发展而得到改善，在保护个人隐私、提升锁具安全性能方面也得到了更多的重视。如今贴近生活的多种智能的解锁是消费者购买智能门锁的重要选择。而且无线智能电子锁电压低、低功耗、方便安装的特点，超强的续航能力是采用的原因之一。1.2国内外研究现状由于人们不断的提高对安全的重视以及科学技术的发展，许多电子智能锁(指纹识别、IC卡辨认)已在国内外相继面世并成为主流。但是大多数这些产品的特点都是针对一些特定的指纹和特殊有效卡而设计的，只能适用于保密要求较高的物品等。并且指纹识识别设备如果在公共场所使用，那么就存在容易造成机械损坏的可能性，IC卡还存在容易丢失、损坏等等一系列缺点，又因为其成本较高，很大的程度上就造成了限制了这类产品的普及和推广的枷锁。鉴于目前的技术发展的水平以及市场对这类设备的可接受程度，目前电子密码锁成为了这类电子智能防盗锁产品的主流产品。20世纪80年代后，由于电子锁专用集成电路慢慢的出现和兴起，电子锁的体积逐渐缩小，可靠性逐渐高，成本也较高，是适合使用在对于安全性要求较高的场合，而且需要有电源来为设备提供一定的能量，使用的范围收到了一定的局限，造成了难以普及的现象，所以对它的研究就出现了停滞，一直没有明显的进展。目前，在西方发达国家，密码锁技术相对先进，种类齐全，电子密码锁已被广泛应用于只能门禁系统中，通过多种更加安全，更加可靠的技术实现大门的管理。在我国电子锁有着相当广泛的应用，也不断的贴近了我们生活，基于ESP8266模块的WIFI的电子锁成为了如今门禁锁的一大显著趋势，尤其是在物联网技术愈发重要的今天，需要用智能手机或者智能手表或者其他的智能设备来连接万物，物与物之间的关系被拉近，当然WIFI密码锁就是其中应用的部分体现，现在这个无线解锁方式在家庭门禁锁运用比较普及，因为它比传统的门禁锁更简单、高效、便捷、智能、安全。国内的许多的企业也拥有关于ESP8266模块的相关的技术，在未来几年的发展中也会在生活中大大普及，希望技术不断的更新换代，使电子密码锁在我国也能得到广发应用。1.3设计内容本系统设计的多功能智能电子锁具有三大功能：密码解锁功能、指纹解锁功能、手机WIFI解锁的功能。以STM32F103C8T6为主控，主要采用了ATK-AS608指纹采集模块，ESP8266的WIFI无线通信模块。密码解锁功能用4×4键盘进行密码的更改和指纹的录入，指纹采集模块和WIFI无线通信模块与主芯片STM32用UART来进行建立通信，通过LCD12864显示操作指令和设备的状态，还能用按键菜单来进行相应的指纹录入、指纹删除和密码的更改。最终的开锁是通过继电器作为桥梁来驱动电磁锁的打开。通过外围设备ESP8266WIFI无线通信模块将指纹锁和远程WIFI解锁系统相结合来实现电磁锁头的打开，在程序设计中预设管理密码“000000”，系统上电之后可通过按键输入密码进入用户菜单模式，进行模式选择来设定解锁的密码和指纹的录入，当然也可以更改初始化密码，，将ESP8266设置为热点模式，这样手机WIFI连接到ESP8266之后，打开手APP将相应的IP地址和端口输入建立通信，再输入数字密码就可以打开解锁，而且在断电之后已保存的指纹和密码不会丢失。这样的电子锁的计可以在使用指纹锁时既保证功能特性也可以依靠WIFI无线传输功能，利用手机等远程控制设备的便利性。

第2章智能电子锁的总体设计2.1智能电子锁控制器设计目标单片机(STM32F103C8T6)作为单片机的核心单元，利用单片机串行发射、接收等功能而设计的，具有本机开锁密码解锁、指纹解锁以及WIFI解锁功能。（1）可以随意更改六位密码的设定，密码的输入方式选择采用4×4按键输入来实现，输入6位数字后，然后按回车键结束，如果密码输入正确，电磁锁锁头正常打开，如果输入错误，那么显示界面会出现提示，并且还有保护机制，超过三次输错锁定，过三分钟后才可再次输入。（2）控制器选择采用的是ARM-Contex内核的STM32芯片，指纹锁采用的硬件模块包括核心数据处理模块、指纹采集模块、输出控制模块、人机交互模块、电源管理模块等。指纹的可以录入和删除，最多录入五个正确的指纹，指纹输入成功后电磁锁锁头打开，解锁显示界面有解锁成功和解锁失败的提示。（3）配置APP配网设置后，ESP8266配网成功后直连数据服务器，将手机用ESP8266的WIFI建立手机和ESP8266的通信，然后在通过手机端输入密码正确后电磁锁锁头打开，解锁成功和解锁失败会有提示。2.2智能电子锁系统框架最小系统MCUSTM32F103C8T6最小系统MCUSTM32F103C8T6ESP8266-01手机APP串口中断稳压模块LM1117继电器输入模块LCD12864显示模块锁头ATK-AS608指纹识别模块4×4矩阵键盘输入密码图1系统总体框图4×4矩阵键盘输入接口电路、密码锁的主要控制电路、ATK-AS608指纹采集识别模块、ESP8266WIFI无线通信模块、电磁锁开锁设备、输出显示电路这六个部分是此电子密码锁的系统中主要设计部分。另外系统还增加了超次锁定的保护机制、随意修改用户密码、指纹错误提示等主要的电子锁的功能。系统的微处理芯片是STM32F103C8T6，外围硬件4×4键盘是物理按键、继电器是用来开关锁头，LCD12864是来显示操作菜单、ATK-AS608是指纹识别模块、ESP8266是WIFI控制模块。指纹模块来存储信息，利用STM32对指纹模块的信息读取进而对继电器模块的发出指令来控制电磁锁锁头达到开锁的目的，而手机WIFI开锁是系统上电后手机WIFI连接到ESP8266模块上WIFI热点，打手机上APP建立通信，通过手机给STM32发命令间接的驱动继电器，然后解锁。系统的总体框图如图1所示。2.3指纹锁与基于ESP8266WIFI锁的需求分析本文设计的多功能电子锁主要可以实现对用户指纹采集、识别及验证解锁的指纹锁功能，还可以在一定的距离范围内利用ESP8266作为WIFI与手机等控制设备建立远程无线连接，用手机和系统通信来控制锁的打开和关闭，电子锁在指纹的录入解锁方面需要设置有一定的数量限制、在WIFI密码解锁方面也需要对密码输入时进行限制，是为了提高系统的安全性能，避免其他人员无限次尝试解锁对系统功能造成损害。体功能如下：（1）指纹识别功能 ATK-AS608指纹采集模块可以对用户指纹进行采集并存储，采集的指纹数据会作为比对模板用于后续的电子锁解锁。在指纹采集识别的解锁过程中，系统将对当前采集得到的指纹和原来录入指纹模板上的指纹图像的特征的特点进行比较并加以分析，以确认指纹是否与模板相匹配，从而进行开锁或者报错。系统设计中对指纹输入次数进行了一定的限制，当超过规定次数时，系统就会进入保护机制，从而锁闭。如果在指纹与模板不匹配时，则可以用密码来进行解锁。（2）继电器开关功能根据主控芯片判断指纹头识别指纹的结果或者WIFI密码解锁的结果，控制相应指示灯闪烁，闪烁的指示灯会给予继电器驱动电路中的三极管一个触发导通信号，最终实现继电器回路电通，控制相应的电磁锁动作，实现解锁功能。（3）WIFI解锁功能当用户在ESP8266提供的WIFI无线信号覆盖范围时，可以通过手机等控制设备远程连接WIFI信号，与电子锁的控制器建立联系，通过WIFI远程输入密码对电子锁进行解锁控制可以使开锁效率更高。（4）蜂鸣器提示功能在进行指纹解锁、WIFI解锁的过程中，如果出现密码错误、指纹错误、解锁成功等情况时，蜂鸣器会发出相应的指示音，给予用户一定的信息反馈。第3章控制器硬件结构设计3.1硬件电路设计原则本次系统的硬件电路设计的主要内容是系统设计合理的配置，主要是采用添加配置外围设备的方法来满足系统功能的主要要求，比如按键输入、LCD12864显示器、电源电路等等要将接口电路满足合理的系统设计。其中硬件电路设计是利用Proteus设计和AltiumDesigner完成了系统的硬件电路原理图的设计，STM32F103C8T6芯片是一个集成的最小功能系统，内部已有集成部分单元功能，就不需要重复设计其硬件电路，那么需要的配置有这几个模块：键盘模块、LCD12864显示模块、ATK-as608指纹采集识别模块、ESP8266无线WIFI通信模块、继电器电路以及电源电路。系统外围电路的选择应满足下列要求：（1）要选择常用的、便捷的、简单的电路为硬件电路的便捷连接打下基础。（2）系统的外围电路的要满足系统的设计要求不应有多余的无用器件。（3）应注意，单片机I/O的合理分配是为了简化硬件电路连接。（4）在设计电路时应该先进行软件仿真，保证连接的正确性。（5）需要考虑系统的处理能力，如果系统的处理能力不足将无法正常运行。（6）选择组件时，请选择低功耗产品而不会浪费资源。3.2微控制器及主要模块3.2.1微处理器图2STM32F103C8T6引脚图本设计应用的控制芯片为STM32F103C8T6，这一控制芯片使用的处理器为是具有ARM-Cortex内核的STM32芯片，具备72Mhz的运行频率。该系列微控制器缩短了采用8位和16位微控制器的设备与采用32位微控制器的设备之间的性能差距，能够在经济型用户终端产品上实现先进且复杂的功能。STM32F1芯片相比有以下优点：1）极高的性能：主流的Cortex内核。2）丰富合理的外设，合理的功耗，合理的价格。3）拥有大量的软件包和强大的软件支持4）全面丰富的技术文档。5）芯片型号种类多，覆盖面广。广泛的电压运行环境是该ARM-Cortex处理器的另一功能。在芯片中设置有MPU保护设定的访问规则，还设置有相应的网络接口，具有以太网MAC、CAN和USB2.0OTG的功能，其附带的1个RJ45网络接口可以实现10M/100M等级的自适应网络应用。此芯片的运行速度快、功耗很低、价格便宜有很高的性价比。其引脚分如图2所示。3.2.2ATK-AS608指纹模块图3ATK-AS608序号名称说明1Vi模块电源正输入端2Tx串行数据输出，TTL逻辑电平3Rx串行数据输入，TTL逻辑电平4GND信号地，内部与电源地连接5WAK感应信号输出，默认高电平有效6Vt触摸感应电源输入端，3.3V供电7U+USBD+8U-USBD-表1ATK-AS608引脚说明ATK-AS608对指纹和图象的采集快速准确。帮用户解决了图像的复杂处理节省很多工作，还配备常用通信串口能与很多开发设备有效连接，因此也有很多的开发平台，模块不仅为用户配备了串口、USB通讯接口，最重要的特点是用户可免于研究复杂的图像处理及指纹识别算法从而大大提高模块的便捷性，这是因为指纹识别模块内置了DSP的运算结构单元，模块内集成了指纹采集识别的算法从而拥有处理复杂图象的强大能力，使得用户短时间内准确高效的完成对指纹图象的特征的采集与识别，因而在进行模块应用时则无需在算法方面进行深入的研究，用户仅需对AS608芯片所配备的串口和通讯接口即可完成对模块功能的应用和控制[12]。本模块可应用于各种考勤机、保险箱柜、指纹门禁系统、指纹锁等场合。其引脚功能如表1所示。3.2.3ESP8266结构图4ESP8266-01图4ESP8266结构ESP8266的WIFI串口传输通信的功能是实现多功能电子锁远程无线WIFI解锁功能的不可或缺的主要设备。通过ESP8266模块可以将继电器开锁电路、单片机STM32控制芯片、手机APP等不同终端进行数据的联系。可以通过与手机网络调制助手APP的客户端建立连接，从而得以实现手机对电子锁的远程无线控制，在安全、便捷性方面具备极大的优势。因能耗低、封装尺寸小、开发平台多，所以在市场上竞争力很强，它是顺应物联网的发展的产物，专门为移动互联网和泛在可连接的电器而设计，可以通过WIFI将用户的设备连接到网络上，通过互联网平台建立通信甬道进行通信，因其开发平台有很多，所以开发语言也丰富。ESP8266支持三种模式，分别是：AP模式，station模式，AP+station共存模式。ESP8266还可以用于相当灵活的组网方式和网络拓扑之中。其元件引脚分布如4图所示，其控制核心内容是操作AT指令。该芯片有很多种型号，此次选择的ESP8266-01s模块的引脚结构如图4所示。3.2.4复位电路复位电路的作用就是使微控制器在获得供电的瞬间,由初始状态开始工作。该系统上电复位电路的基本原理是通过外部电阻连接到微控制器的复位引脚RST上。然后实现开机重置，如图5所示，在RES引脚连接在103排阻上来实现，对于STM32F103C8T6芯片不设置复位电路也能正常工作，当“STM32控制电路板设计”和“无复位电路”根据实际工作条件正常运行时，性能将大大降低，因此您不应忽略复位电路以提高“电路板”的性能。图5复位电路3.2.5电源电路及蜂鸣器提示电路图6系统电源电路如图6所示为系统的电源电路，电源接口处用的是一个DC插座，它是我们作为电源输入常用的一种借口，其拔插力小仅为3N至30N之间其特点是接触电阻小，标称负载为30V/0.5A，并且绝缘电阻大于或等于100MΩ，工作范围大在-40℃至+70℃。此外还专门设置了一个给电磁锁开断的供电的USB接口，这样可以增加抗干扰能力强、电源独立可以避免相互影响。图7蜂鸣器提示电路蜂鸣器的设计是通过安装一个蜂鸣器用于对系统指纹录入、识别或者WIFI密码输入错误或密码输入成功时的声音提示。通过单片机STM32F103的B13引脚与蜂鸣器的Buzzer管脚连接，实现对蜂鸣器提示音的控制。如图7所示在蜂鸣器中并联一个三极管是为了提升控制电流。其中单片机STM32的B13管脚仅用于在接收到录入、识别或者WIFI密码输入错误或密码输入成功等信号时，晶体管Q1被分配了一个触发电平来导通晶体管。此时蜂鸣器电源打开，发出“滴”声。3.34×4矩阵按键系统按键输入起着重要的作用，在指纹的录入、删除以及密码解锁时必须通过按键来执行更改WIFI解锁密码的操作。按键电路的工作原理很简单，就是通过I/O端口的高电平与低电平之间的差异实现的，如果读取到的状态为高电平，则微控制器会在内部对电平状态进行存储并具有按键保存。I/O端口电平降低，微控制器内部发生高低级别变化，所以就可以实现按键的检测了，在设计电路中需要进行按键消抖，为了保证识别的准确性矩阵4×4中的键盘模组包含8个引脚，分为四栏，每行和每列刚好被一个键分隔，16个键各对应一排不同的键盘，因此，每次点击一个键盘与相应的线会接通，都有两个引号级别相互连接，当连接到一个单片机的两个启动模式分别为输入和输出设定，而两个启动高低电平不匹配时，假如此时设置为输入模式的该引脚的电平的高低发生了变化，也就是说，一个信号输出到一个单片机来，只需要读出一个单片机的输出信号进行分析，以便与确保该数字一致也就是说数字就是你想要的数值如图8所示。图84×4矩阵按键3.4LCD12864液晶模块编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地11D4DataI/O2VDD电源正极12D5DataI/O3VO液晶显示对比度调节端13D6DataI/O4RS数据/命令选择端（H/L）14D7DataI/O5R/W读/写选择端（H/L）15PSB并选择H，串选择L6E使能信号16NC空脚7D0DataI/O17RST复位，低电平有效8D1DataI/O18NC空脚9D2DataI/O19A背光电源正极10D3DataI/O20K背光电源负极表2LCD12864液晶引脚说明LCD12864一共封装了20个引脚，如下表2中显示了每个引脚的作用。LCD12864中文图形点矩阵LCD模块不仅可以显示中文字符并且也可以显示图形。系统软件设计涵盖了与之相关的程序，在LCD显示上电时的显示程序，内部程序就必须要根据数据的内容编写并严格执行。在使用LCD模块之前，很有必要初始化LCD模块，例如复位LCD状态，确定诸如偏置比和显示对比度相关之类的参数，以便可以显示相对应字符和图形。LCD模块在编写显示数据命令的时候必须强调写入时序，严格遵守相关时序并编写驱动程序。在设计驱动程序时，可以在相关引脚上为相应任务实现宏打包，以提高可移植性。第4章指纹识别功能设计与实现在本系统设计的指纹识别中，在对系统上电后就会进入锁定模式，输入密码解锁后可以选择指纹的录入和删除的指纹，再次断电后会保存上次存入的数值，下次进入时可用已录入的指纹解锁。指纹识别具体是有指纹输入时，指纹识别模块将反馈给单片机，单片机给指纹识别模块发指令，指纹识别模块收到单片机的指令扫描并且和已存储的指纹相比对是否相匹配，再通过匹配的指纹进行下一步操作。指纹识别部分是把指纹信息具有指纹信息功能的指纹预先输入ATK-AS608，通过指纹采集、指纹信息扫描、检索、比较、判断、返回一个最终值。我们可以通过一个值的精确数字来确定指纹库中纹时，可以在正确输入密码后删除相应的指纹，数字密码为指纹输入错误的后的后备解锁方式，当更改删除指纹时都要先验证管理密码，验证成功后就可进入后台增加和删减指纹，修改解锁密码和管理密码，提高可靠的安全性。开始初始化清除指纹存储缓存开始指纹录入结束存储指纹特征信息开始初始化清除指纹存储缓存开始指纹录入结束存储指纹特征信息YN是否采集到指纹图9指纹录入程序流程如果要录入指纹时先通过数字密码给系统解锁进入菜单，选择指纹录入模式，然后将手指贴近识别处，红色LED会闪烁，蜂鸣器发出“滴”声一次，此时屏幕会提示“请再次输入指纹”的字样，这是第一次录入已经确认；再次录入同一个手指，然后进行对比，生成特征版本，串口在提示将该模板存储的位置，然后通过串口助手输入要存储的位置如果两次都成功，会伴随着蜂鸣器“滴滴”的响声，显示屏上显示“录入成功”字样。这样就表示指纹被成功录入在了系统中，录入成功的指纹将被存储。会一直保存在系统中不会丢失，如果指纹录入不成功则将会被删除，同时显示屏上会显示“指纹登记失败”的字样。具体操作在函数PS_GetImage（）功能中记录指纹的图像，以获得指尖的指纹，如果图像获得确认，通过函数PS_GenChar（）功能获得特征，产生特征1，否则将放弃该模式。此时再次点击手指生成特性，用以比较上一个特性，如果结果相同，则通过函数PS_RegModel（）自动输入并生成模板。用于指纹的ID号码将用矩阵中的键盘记录下来，并将ID号码与拟创建的指纹模板相结合，然后解锁成功可打开电磁锁。设计流程如图9所示。开始初始化清除指纹存储缓存选择要删除的指纹结束发送命令清除指纹开始初始化清除指纹存储缓存选择要删除的指纹结束发送命令清除指纹YN是否删除指纹图10指纹删除子程序流程图程删除指纹时，点击菜单，选择管理员密码，然后通过输入管理员密码选择指纹删除模式，输入想要删除的指纹的编号就可以达到删除不必要指纹的目的，最后按下确认按键单片机就会通过传送指令给指纹采集模块将其录入的指纹信息给删除。此为手动方式将存储的指纹信息删除。而实现这一过程的具体软件是通过函数PS_DeletChar（）将指纹模块中存储的对应的ID进行删除，指纹和ID通过混合编码存储下来，这时只需要特定的ID号码就可以将其删除。开始初始化显示字符信息设置液晶显示坐标结束写字符到指定位置开始初始化显示字符信息设置液晶显示坐标结束写字符到指定位置YN坐标设置完成图11液晶显示子程序流程图程图程12864液晶显示屏的工作原理是在每个字符中的不同位用“1”和“0”表示，点亮和不亮分别用“1”和“0”；但对于控制器来说，其内部有自带字符发生器的控制器，因此显示器中能够显示比较容易且简单的字符信息，此时控制器就能够以文本的方式进行相应的工作，然后根据显示屏上所显示的行列号，能够从行和列当中找到RAM所显示的位置，然后将光标进行设定，这样就能够将代码找到。与写入命令的相应功能相同的方式实现数据写入的相应功能，并且在打开芯片选择之后选择数据写入功能。设计LCD驱动器时，要实现更复杂的功能，必须在屏幕上的任何位置标记点。只有包含关于点的内容够完整的写入数据，读取信息的控制处是其他功能单元构成的，据读取命令无法用于理解其他点的实际状态，因此很难实现最终目标。LCD模块不构成字体。为了在显示之前有效地使字符逼真，请将字符存储在单片机的相应存储空间中，为此，可以在单片机的相应存储区域中开发数据空间，并且可以记录显示器上每个点的相应显示条件[8]。并相对于该点的坐标的真实性。第5章WIFI解锁功能设计与实现5.1ESP8266AP总体设计手机APP指令端手机APP指令端手机APP指令端手机APP指令端GPIO引脚动作，并返回消息与手机APP图12ESP8266WIFI解锁设计流程图基于ESP8266芯片的WIFI采集系统可分为三个模块：网络通信模块、控制模块和微处理模块。网络通信模块主要负责连接服务器，用无线模块完成串口通信的信号；控制模块主要是控制被控电路的开关来进行动作的发生；微处理模块的功能是用来控制继电器控制电路进而控制锁头，完成数据处理和通信[9]。系统1工作流如图12所示，WIFI解锁过程是首先由ESP8266模块和单片机通过传来来建立通信，指令通过手机APP的网络调制助手发送给ESP手机APP指令端手机APP指令端手机APP指令端手机APP指令端GPIO引脚动作，并返回消息与手机APP图12ESP8266WIFI解锁设计流程图5.2ESP8266建立通信参数配置事实上ESP8266与手机建立网络通信的方式是通过WIFI热点来连接，ESP8266在WIFI无线传输通信中选择采用的是AP模式，在AP模式下的ESP8266的作用类似于热点，此时使用的通信协议是TCP协议，可以使ESP8266模块成为热点供手机来连接。打手机上的网络调制助手APP和ESP8266建立通信即可。具体的配置过程需要先在电脑上建立通信来进行调试，测试完成后再用它来连接单片机，和电脑通信连接时要注意因为ESP8266的波特率的设置是115200，所以在电脑上的串口调试的时候将串口调试助手的波特率设置为115200，这样就可以和ESP8266建立通信，勾选上的发送新行后，在输入框中输入AT+RST然后点击发送，如果先前的配置正确，则串行调试支持将收到ESP8266返回的信息，AT+RST将收到一条RESET命令，并且ESP8266将错误地显示多个字符，表明ESP8266配置已完成。配置ESP8266之后，就可以按以下顺序更改模块信息并向其发送AT指令：AT+CWMODE=2AT+CWSAP="ESPWIFI","000000",10.4”AT+RST

AT+CIPMUX=1AT+CIPSERVER=1,8080

//8080是端口号，然后将其用于单片机之间的通信，并且可以随意修改。5.3WIFI解锁子程序配置按上述顺序配置后，然后可以使用手机进行连接。打开手机的WIFI以连接到ESP8266发出的热点。如果可以连接，则以上设置正确。打开手机网络篡改助手APP，设置IP地址为ESP8266。找到的端口号是先前设置的端口号8080。配置完成后，单击连接（您的手机必须连接到ESP8266的WIFI），输入预设密码，然后单击发送。支持对连接到ESP8266的计算机进行串行调试以接收信息（例如输入密码000000）。计算机收到的信息是+IPD,0,6:000000，从左到右，0是客户的索引，3是接收到的信息的大小，000000是接收到的信息，并且当ESP8266连接到单片机的STM32时，单片机会收到与计算机相同的字符串，因此您必须编写一个程序来解析该字符串。信息被提取。为了使ESP8266与微控制器通信，首先将两个波特率都设置为相等，然后向ESP8266发送AT+CIOBAUD=9600命令，这是在计算机上完成的。重新启动AT+RSTESP8266，然后将计算机串行调试助手的波特率更改为9600，会导致ESP8266重新连接到计算机，从而导致错误。以前，ESP8266的一些命令可以配置一次，无需重复，但重启后需要重新配置的AT指令为“AT+CIPMUX=1”，“AT+CIPSERVER=1,8080”。我将其与计算机一起发送到ESP8266，但现在ESP8266已连接到MCU，此时，我需要使用MCU将AT命令发送给ESP8266。您可以在程序启动时添加中断功能，并配置串行端口连接功能，以便MCU每次启动。请务必向ESP8266发送指令。

第6章系统调试6.1指纹识别功能测试当给系统上电并初始化之后LCD12864显示屏上出现“请输入密码”的字样，输入预先设置好的密码然后进入管理模式。（1）上电并初始化之后界面如图13所示。（2）按菜单键后进入菜单模式如图14，通过上下键选择录入“指纹登记”按确认键进入指纹录入模式。（3）如图14指纹登记界面，将录入的手指贴在指纹识别模块上，显示屏上提示“请再次输入”时，将手指移开后再次放在上面，此时屏幕上显示“指纹录入成功”的字样，表示第一个指纹录入成功，录入其他手指指纹同理。（4）按返回键，回到识别模式。（5）将已经录入指纹的手指贴到指纹识别模块上会显示屏显示：“指纹开锁成功”，同时会有蜂鸣器“滴”的响声，此时显示成功解锁，则继电器会打开电磁锁锁头如图16所示。（6）用没有录入指纹的手指贴在指纹识别处，显示屏显示：“解锁失败”,此时表示，同时蜂鸣器会发出滴滴两声，表示验证失败。图13系统上电界面图14菜单显示界面图15指纹登记界面图16指纹ID解锁成功界面6.2WIFI解锁功能测试当给系统上电并初始化后显示屏上出现“请输入密码”字样，然后可以通过手机WIFI连接ESP8266所发出的热点，然后打开手机APP将预设的IP的地址和端口进行输入，成功建立通信如图16所示。在手机APP上输入正确的密码，屏幕显示“开锁成功”，蜂鸣器发出警告，然后继电器将打开电磁锁锁。（2）如果在手机顶部输入的密码错误，则显示屏将显示“开锁失败”。（3）如果连续进行三次输入错误密码，系统将会进行锁定从而无法输入密码，那么就需要等待三分钟后重新输入。图17与ESP8266成功建立通信

第7章总结与展望7.1总结综合考虑电子锁的市场需求特点，本文设计以指纹锁、WIFI密码锁为功能方向，本文以STM32F107作为基本控制芯片，介绍了指纹识别解锁和WIFI解锁设计，主要基于采用LCD12864液晶的STM32F103C8T6芯片。其辅助的硬件设备有4×4矩阵按键，用来作为行之有效的后备解锁和进入后台管理的功能，继电器用作打开电磁锁的桥梁，蜂鸣器和LED红色指示灯用于指示解锁命令已完成，系统的程序是在Keilμvision5环境下编写的，并且通过JLink把程序烧录到STM32F103C8T6芯片中。此设计可以完成指纹输入，根据输入可以准确识别相应的指纹ID，WIFI解锁过程是将ESP8266热点连接至手机，然后打开手机网络篡改支持并输入该IP。地址和端口之间的通信已建立，您可以通过输入相应的解锁密码来完成解锁。可广泛用于高速储物柜和抽屉。7.2展望本文的设计只是介绍了指纹采集与识别以及ESP8266WIFI方式的解锁，本设计有三个方面需要不断的创新完善。第一是系统核心的STM32F107芯片为控制主芯片，但是其芯片内存过小，在实际应用时可以考虑采用内存更高的设备用于电子锁集成控制，或者也可以通过增加存储模块的方法来解决STM32芯片存储空间不足的问题。