目錄TOC\o"1-3"\h\u8025第1章緒論 518691.1研究背景 5239081.2目的和意義 5111571.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 6287651.3.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 6319231.3.2國外研究現(xiàn)狀 7297981.4研究內(nèi)容 712519第2章智能門鎖總體設(shè)計 91302.1系統(tǒng)設(shè)計方案及需求 9269842.2傳統(tǒng)門鎖與智能門鎖對比 940042.3智能門鎖技術(shù)選擇 10132212.4智能門鎖的硬件選型 1143582.4.1微控制處理器 11310952.4.2WIFI模塊 14139172.4.3藍(lán)牙模塊 15170002.4.4RFID模塊 1617347第3章硬件實現(xiàn)方案 1839203.1系統(tǒng)硬件總統(tǒng)設(shè)計方案以及原理圖 18210123.2系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計方案以及原理圖 19142543.2.1微控制器 19315953.2.2ESP8266WIFI模塊 1970223.2.3HC-O5藍(lán)牙模塊 20252173.2.4RFIDRC522射頻模塊 21230463.2.5步進(jìn)電機(jī) 22202413.3硬件搭建 222825第4章軟件實現(xiàn)方案 2655584.1軟件設(shè)計方案 26237714.2用戶交互設(shè)計 29105514.3騰訊物聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā) 3091564.3.1云平臺應(yīng)用實例 30198614.3.2生成MQTT登陸參數(shù) 3113663第5章多功能門鎖功能的實現(xiàn)與檢驗 36103555.1硬件調(diào)試 36109655.2軟件調(diào)試 3648825.3系統(tǒng)檢驗 37160265.3.1騰訊云平臺數(shù)據(jù)檢驗 37149375.3.2MQTT客戶端檢驗 38249145.3.3串口助手窗口檢驗 38260405.3.4總體系統(tǒng)驗證 39224685.4系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化 4017969第6章結(jié)論 42305846.1總結(jié) 42119486.2展望 4232474參考文獻(xiàn) 445365附錄 4519166致謝 53緒論研究背景在智能家居建設(shè)中，門禁系統(tǒng)扮演著至關(guān)重要的角色。傳統(tǒng)的機(jī)械鎖控制方式已經(jīng)無法滿足用戶對門鎖安全性、便捷性以及智能功能方面的需求，因此智能門鎖的市場需求持續(xù)增長。當(dāng)科技進(jìn)步時，以單片機(jī)為核心的智能門鎖已經(jīng)成為了目前市場上的主流產(chǎn)品之一，受到了廣泛應(yīng)用。STM32作為一款功能強(qiáng)大的單片機(jī)芯片，在物聯(lián)網(wǎng)和智能家居領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。[2]通過整合傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及STM32芯片作為核心控制器，智能門鎖可實現(xiàn)諸如密碼解鎖、指紋識別、遠(yuǎn)程控制等多樣功能，從而加強(qiáng)門鎖的智能性和提升用戶體驗水平。目的和意義本選題計劃完成的基于STM32的多種開鎖方式的門鎖項目意義是為了解決用戶忘記佩戴鑰匙時，還有其他方式進(jìn)行開鎖；以及提高了使用者的家庭安全等。結(jié)合STM32芯片的優(yōu)勢，設(shè)計并實現(xiàn)一款多功能智能門鎖系統(tǒng)，旨在解決傳統(tǒng)門鎖存在的問題，提升家庭安全性，提供便捷的門鎖操作方式，同時降低用戶進(jìn)出門的門檻。通過對智能門鎖硬件、軟件設(shè)計進(jìn)行全面優(yōu)化與整合，旨在為用戶創(chuàng)造更為智能、安全、便捷的居家生活體驗。具有多種開鎖方式的門鎖設(shè)計意義在于提高了便利性，增強(qiáng)了安全性以及能在多種場景下使用提高使用率。主要有以下幾個方面：(1)增強(qiáng)安全性通過結(jié)合指紋、密碼、智能卡、NFC等多種認(rèn)證方式，可以有效提高門鎖的安全防護(hù)水平。多樣化的認(rèn)證方法增加了破解難度，為用戶提供更為安全的保護(hù)。(2)提供便利性多種開鎖方式允許用戶根據(jù)自己的習(xí)慣和場景選擇最合適的開鎖方法。例如，忘帶鑰匙時可以使用手機(jī)遠(yuǎn)程開鎖，或在手部不便時使用語音控制等。(3)適應(yīng)性強(qiáng)在不同的使用環(huán)境和用戶需求下，多種開鎖方式可以更好地滿足個性化和場景化需求。例如，在商務(wù)場所可能更傾向使用高安全性的生物識別技術(shù)，而在家庭環(huán)境中可能更側(cè)重于便利性。(4)應(yīng)急響應(yīng)能力在某些技術(shù)故障或特殊情況下，如電源中斷或設(shè)備故障，多種開鎖方式可以作為備用選項，確保用戶始終能夠進(jìn)入或離開。(5)滿足法規(guī)要求在某些國家或地區(qū)，為了符合安全標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，可能需要在門鎖系統(tǒng)中實施多種驗證方式。通過這樣的設(shè)計，智能門鎖能夠在保障高度安全的同時，提供用戶友好的操作體驗，增強(qiáng)門鎖系統(tǒng)的適應(yīng)性和可靠性。智能門鎖設(shè)計在國內(nèi)有廣泛的探究，也在快速發(fā)展，可幫助人們解決開鎖方法單一，不安全等問題。國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)研究現(xiàn)狀智能門鎖在國內(nèi)的發(fā)展近年來非常迅速，主要得益于智能家居市場的整體擴(kuò)張和消費者對安全與便捷性需求的提升。以下是幾個關(guān)鍵點：技術(shù)創(chuàng)新：國內(nèi)廠商在智能門鎖的技術(shù)創(chuàng)新方面表現(xiàn)活躍，例如采用生物識別技術(shù)（如指紋、面部識別）、移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來提升門鎖的智能化水平。這些技術(shù)不僅提高了門鎖的安全性，也增強(qiáng)了用戶體驗。政策支持：在智能制造和互聯(lián)網(wǎng)+行動計劃的支持下，推動了智能家居設(shè)備的發(fā)展，其中包括智能門鎖。政策的推動為市場提供了良好的發(fā)展環(huán)境。消費者接受度：隨著生活水平的提高和安全意識的增強(qiáng)，越來越多的消費者開始關(guān)注家庭安全，智能門鎖作為一種新興的安全產(chǎn)品，受到了廣泛的歡迎。競爭與挑戰(zhàn)：盡管市場潛力巨大，但智能門鎖領(lǐng)域的競爭也相當(dāng)激烈。許多品牌和新興企業(yè)紛紛進(jìn)入市場，競爭日益加劇。市場增長：國內(nèi)的智能門鎖市場呈現(xiàn)出顯著的增長趨勢，越來越多的家庭開始接受和采用智能門鎖。數(shù)據(jù)顯示，智能門鎖的普及率正在逐年上升，預(yù)計未來幾年將持續(xù)增長。多種開鎖方式的門鎖的使用率也在大幅提高。總的來說，智能門鎖在中國的發(fā)展前景看好，但同時也需要解決技術(shù)、市場和法規(guī)方面的問題，以確?？沙掷m(xù)發(fā)展。韓曉雨(2022)認(rèn)為傳統(tǒng)的機(jī)械化門鎖在安全性、便捷性等方面已不能滿足人們的日常需求。按鍵式的智能門鎖市場十分廣泛；IC卡式，容易丟失、損壞、成本高；所以進(jìn)行上位機(jī)開發(fā)制作門鎖。[3]張清辰，王厚英，何經(jīng)偉(2022)設(shè)計了一款，可以利用個人的生理特征和行為動作等特性來驗證身份、并開啟門鎖。其中采用單片機(jī)技術(shù)結(jié)合指紋識別、RFID射頻識別、紅外遙控、圖像采集和信號處理等技術(shù)。利用單片機(jī)作為主控單元，負(fù)責(zé)處理指紋模塊的指紋圖像采集和識別等任務(wù)，同時建立指紋匹配機(jī)制。使該門鎖具有簡單操作、強(qiáng)大功能和廣泛應(yīng)用等優(yōu)勢。[4]黃小靜(2023)為了實現(xiàn)家居的智能化，設(shè)計在傳統(tǒng)機(jī)械門鎖的基礎(chǔ)上改造成智能門鎖。能實現(xiàn)輸入密碼或者手機(jī)遠(yuǎn)程來控制電路工作，從而控制舵機(jī)的擺動角度，完成開關(guān)門。從而更好地體驗智能科技，改變生活。[5]翁盛和周瑞敏（2023）指出智能鎖在智能家居系統(tǒng)中被視為至關(guān)重要的入口，因其具備高用戶黏性和高使用頻率這兩大顯著優(yōu)勢。一款基于STM32的智能門鎖系統(tǒng)被設(shè)計出來，它允許用戶利用密碼、指紋、RFID技術(shù)或藍(lán)牙連接來開啟，后還可實現(xiàn)家具互聯(lián)。[6]杲靖,常森淏,謝光前等(2023)認(rèn)為目前市場上智能門鎖在遠(yuǎn)程解鎖和語音解鎖方面尚未完全發(fā)展完善，無法滿足日常生活中一些常見應(yīng)用場景的需求。為保護(hù)用戶數(shù)據(jù)安全等，設(shè)計了一款可遠(yuǎn)程控制，具有多個傳感器模塊的門鎖還可實現(xiàn)語音控制家具互聯(lián)。[7]賀云飛,甘雨,肖國銳(2023)設(shè)計了一款門鎖其核心是CC2530芯片，用于連接終端門鎖作為終端節(jié)點，同時利用無線網(wǎng)關(guān)作為協(xié)調(diào)器，建立了ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)了與平臺的網(wǎng)絡(luò)連接。[8]總的來說，設(shè)計智能門鎖就是為了給用戶帶來便利性，快捷性等以及提高門鎖的使用率，安全性。國外研究現(xiàn)狀Park,Y.T.Sthapit,P&Pyun,J.-Y(2009)認(rèn)為數(shù)字門鎖系統(tǒng)是使用數(shù)字信息，如密碼、半導(dǎo)體、智能卡和指紋作為認(rèn)證方法的設(shè)備，而不是傳統(tǒng)的密鑰系統(tǒng)。[9]Han,D,Kim,H.&Jang,J.(2017)提出了一種基于區(qū)塊鏈的智能門鎖系統(tǒng)，可以保證數(shù)據(jù)的完整性，認(rèn)證。[10]SiddaReddyV,KalliSivanagireddy等(2019)提出了一種利用智能進(jìn)行ATM搶劫的保護(hù)機(jī)制。[11]SabonchiArkanKhShakr;ObaidZainabHasim(2023)該方案利用CS生成ECC私鑰,增強(qiáng)了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲的安全性。防止不完善的安全措施讓黑客遠(yuǎn)程接管物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,造成重大損害。[12]GunturJalalu,RajuS.Srinivasulu等(2023)使用RFID技術(shù)同時還增加了一個傳感器可以使夜間操作門也很方便。另外添加了蜂鳴器和傳感器裝置，文中表示還可以作為一個火災(zāi)報警器。[13]MinghuiZhang;HongxiaCheng(2023)為了解決高校教師科研實驗和學(xué)生實驗在特定時間段內(nèi)的安全問題。設(shè)計了基于ARM926EJ-S內(nèi)核的TMS320DM365，利用FM1702芯片及其外圍電路整合門禁卡管理系統(tǒng)，支持Zigbee通信。根據(jù)測試結(jié)果，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確監(jiān)測和控制不同用戶的訪問，實時采集數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)異常時觸發(fā)拍照報警功能，同時展現(xiàn)出出色的可擴(kuò)展性。[14]LiupingCai;FenghuiHuang(2023)提出了一種基于時空信息特征融合的智能門鎖雙指紋精確識別方法。通過融合指紋圖像的時間特征和空間特征，并利用標(biāo)定函數(shù)對融合后的結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)，實現(xiàn)了精準(zhǔn)的指紋識別。研究結(jié)果顯示，該方法具有良好的識別準(zhǔn)確度。[15]總體來說，國外更在意在門鎖使用情況下，應(yīng)用場景是否有得到安全的保障。研究內(nèi)容本研究旨在利用STM32單片機(jī)設(shè)計一款智能門鎖系統(tǒng)，集成遠(yuǎn)程控制小程序，手機(jī)APP,RFID刷卡等多項功能，以提升門鎖的安全性和便利性。具體包含了下面幾個方面的研究內(nèi)容：(1)硬件設(shè)計：在智能門鎖項目中，首要步驟是策劃智能門鎖的硬件框架，該框架由電子鎖體、STM32主控芯片、傳感器等核心組件構(gòu)成。通過精心優(yōu)化硬件設(shè)計，確保門鎖的穩(wěn)定運行和安全性保障。根據(jù)智能門鎖安全性設(shè)計與實現(xiàn)[16]使門鎖更加具有有安全性。(2)軟件開發(fā)：使用STM32微控制器開發(fā)智能門鎖的控制程序，使其具備微信小程序解鎖遠(yuǎn)程控制，藍(lán)牙手機(jī)APP解鎖，RFID刷卡等功能。(3)用戶交互設(shè)計：設(shè)計門鎖的用戶界面，著重于友好的操作界面和出色的用戶體驗，以確保用戶可以輕松、快速地利用門鎖功能。[17](4)性能優(yōu)化：對門鎖系統(tǒng)進(jìn)行性能測試與優(yōu)化，包括功耗優(yōu)化、響應(yīng)速度優(yōu)化、安全性能測試等，確保門鎖系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和安全性。通過綜合以上研究內(nèi)容的實施，本研究旨在實現(xiàn)一款具有多功能、智能化、安全可靠的門鎖系統(tǒng)，為用戶提供更便捷、智能的居家生活體驗。通過創(chuàng)新硬件結(jié)構(gòu)、軟件程序設(shè)計和用戶交互體驗，本研究將為智能門鎖技術(shù)的發(fā)展提供新的思路和實踐案例。同時，研究內(nèi)容還將探索更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，如家庭安全、商業(yè)場所管理等，為智能家居領(lǐng)域的發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。智能門鎖總體設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計方案及需求本項目的主體是STM32F103ZET6單片機(jī)，利用其豐富的GPIO、USART等外設(shè)接口，連接HC05、ESP8266、RFID-RC522等外部模塊，利用多種外部模塊，實現(xiàn)了多種開鎖方式，完成智能門鎖的設(shè)計。同時，使用步進(jìn)電機(jī)來模擬智能門鎖的開門情況，其通過正反旋轉(zhuǎn)一圈來模擬開鎖的過程。該系統(tǒng)設(shè)計提供了一種更智能、更方便、更安全的門禁控制選項。具體實現(xiàn)方式如下：(1)藍(lán)牙開鎖：使用QT開發(fā)的Android手機(jī)應(yīng)用程序可以與HC-05藍(lán)牙模塊連接，通過發(fā)送開鎖指令到STM32單片機(jī)，實現(xiàn)藍(lán)牙開鎖功能。(2)微信小程序開鎖：通過利用ESP8266-WIFI模塊連接至騰訊云物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，并結(jié)合微信小程序設(shè)計，實現(xiàn)遠(yuǎn)程開鎖指令的發(fā)送，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程開鎖功能。(3)刷卡開鎖：利用RC522模塊刷卡識別用戶身份打開門鎖。圖2-1系統(tǒng)流程圖主控芯片選用STM32F103ZET6開發(fā)板，門鎖模擬采用步進(jìn)電機(jī)，RFID-RC522模塊用于刷卡，在獨立按鍵模塊開發(fā)板復(fù)位鍵模擬物理鑰匙解鎖，藍(lán)牙采用HC-05做到藍(lán)牙手機(jī)APP解鎖，WIFI采用ESP8266通過MQTT協(xié)議走騰訊云物聯(lián)網(wǎng)平臺，再通過HTTPS協(xié)議，在微信小程序進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)一圈模擬鎖的開啟。傳統(tǒng)門鎖與智能門鎖對比傳統(tǒng)機(jī)械門鎖長期以來被廣泛應(yīng)用于家庭和商業(yè)場所，其操作簡單、結(jié)構(gòu)堅固，是最基本的安全防護(hù)設(shè)備之一。然而，傳統(tǒng)機(jī)械門鎖存在著一些固有的局限性，例如容易被撬開、鑰匙易丟失、無法進(jìn)行遠(yuǎn)程控制等問題。相比之下，智能門鎖作為一種新型安全設(shè)備，具有許多優(yōu)勢，不僅增強(qiáng)門鎖的安全性，還增添了更多便利功能。智能門鎖首先在安全性方面應(yīng)用了先進(jìn)的身份驗證技術(shù)，如遠(yuǎn)程控制、密碼解鎖等，有效防止了盜竊和撬門等安全問題。相較之下，傳統(tǒng)機(jī)械門鎖僅僅只依賴物理鎖芯提供安全性保障，其安全性水平相對較低。此外，智能門鎖提供了多樣化的操作方式和功能，提升了便捷性。用戶可以通過手機(jī)APP、刷卡、小程序等方式快速開鎖，無需帶鑰匙，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等智能化操作。傳統(tǒng)的機(jī)械門鎖依賴于實體鑰匙進(jìn)行解鎖，這種方法存在鑰匙易丟失或被復(fù)制的風(fēng)險，操作相對繁瑣且不夠便利。另外，智能門鎖不僅增加了智能管理功能，同時還賦予用戶能力隨時查看開鎖記錄、遠(yuǎn)程控制門鎖狀態(tài)以及設(shè)定臨時密碼等功能，從而增強(qiáng)了家庭安全管理和監(jiān)控的便利性。傳統(tǒng)門鎖無法提供以上便捷功能，用戶體驗和管理效率有限。綜上所述，智能門鎖相對于傳統(tǒng)機(jī)械門鎖具有更高的安全性、更多的操作方式和更智能的管理功能，逐漸成為人們眼中的新寵。盡管如此，智能門鎖在安全性和穩(wěn)定性方面尚存一些挑戰(zhàn)，因此需要持續(xù)改進(jìn)和創(chuàng)新，以不斷滿足用戶對安全和便捷需求的提高。智能門鎖技術(shù)選擇智能門鎖技術(shù)可以根據(jù)實現(xiàn)方式和功能特點進(jìn)行多種分類。常見的智能門鎖技術(shù)分類包括以下幾種：(1)指紋識別技術(shù)：指紋識別作為一種常見的認(rèn)證手段，廣泛應(yīng)用于智能門鎖系統(tǒng)中。這種方法涉及采集和辨識用戶指紋信息，可以實現(xiàn)對門鎖的快速開啟和解鎖，提高門鎖的安全性。(2)密碼解鎖技術(shù)：密碼解鎖是利用數(shù)字密碼作為開鎖憑證的智能門鎖技術(shù)允許用戶通過輸入預(yù)設(shè)的數(shù)字密碼來解鎖門鎖，實現(xiàn)便捷簡單的操作體驗。(3)NFC技術(shù)：近場通信（NFC）技術(shù)，作為一種無線通訊技術(shù)，具備在手機(jī)和門鎖之間實現(xiàn)迅速數(shù)據(jù)傳輸和身份驗證的能力。用戶能夠通過使用手機(jī)上的NFC功能來實現(xiàn)對門鎖的開鎖操作，從而提升門鎖的智能化水平。(4)藍(lán)牙技術(shù)：智能門鎖普遍采用藍(lán)牙技術(shù)，使用戶可以通過手機(jī)藍(lán)牙連接門鎖，實現(xiàn)便捷開鎖，實現(xiàn)遠(yuǎn)程解鎖、臨時授權(quán)等功能，為用戶提供便捷的門鎖操作方式。(5)遠(yuǎn)程控制技術(shù)：智能門鎖的遠(yuǎn)程控制特性使用戶能夠利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，隨時隨地通過手機(jī)應(yīng)用或在線平臺進(jìn)行開鎖、監(jiān)控和管理門鎖，以提高門鎖的智能化管理便捷性和效率。(6)RFID技術(shù):RFID技術(shù)利用無線電波自動識別目標(biāo)并讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)的鑰匙或密碼相比，RFID技術(shù)在門鎖中具有許多優(yōu)勢，如方便快捷的無接觸身份驗證和更高的安全性。(7)多重認(rèn)證技術(shù)：智能門鎖還通過多重認(rèn)證技術(shù)，如指紋識別和密碼組合、指紋識別和NFC設(shè)備組合等，提高門鎖的安全性，確保只有授權(quán)用戶才能開啟門鎖?？偟膩碚f，智能門鎖技術(shù)具有豐富多樣的分類，這只是羅列出了一些比較常見，常用的技術(shù)。具體智能門鎖需要選取適用是什么技術(shù)還需要根據(jù)項目實際做出方案。本課題選取多重認(rèn)證技術(shù)主要是有以下幾個原因:(1)安全性：RFID技術(shù)：RFID卡片通常是獨一無二的，難以復(fù)制，從而提高門鎖系統(tǒng)的安全性，防止未經(jīng)授權(quán)的人員進(jìn)入。藍(lán)牙技術(shù)：藍(lán)牙技術(shù)有多層加密保障，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的身份驗證和數(shù)據(jù)傳輸，提高門鎖系統(tǒng)的安全性。多種開鎖方式可以提高門鎖的安全性。也能夠減少鑰匙的使用，避免鑰匙丟失被他人拾取而造成的安全隱患。(2)便利性和易用性RFID技術(shù)：用戶可以通過簡單的觸碰或靠近門鎖，即可進(jìn)行解鎖操作，操作簡便快捷。藍(lán)牙技術(shù)：藍(lán)牙連接使得用戶可以通過智能手機(jī)等設(shè)備輕松實現(xiàn)無鑰匙進(jìn)出，無需物理鑰匙，提高了門鎖的便利性。遠(yuǎn)程控制技術(shù)：通過遠(yuǎn)程控制技術(shù)，用戶可以遠(yuǎn)程查看門鎖狀態(tài)，遠(yuǎn)程開關(guān)門鎖，給親友臨時權(quán)限等，不僅提高了便利性而且提升了門鎖的智能性和靈活性。有多種不同的開鎖方式，用戶也可根據(jù)需求和習(xí)慣進(jìn)行選擇，使開鎖操作更加方便快捷。(3)用戶體驗和智能化藍(lán)牙技術(shù)：藍(lán)牙連接可以與智能家居系統(tǒng)集成，實現(xiàn)智能化的門鎖管理，例如與智能家居設(shè)備聯(lián)動，提供更加全面的用戶體驗。綜上所述，選擇多重認(rèn)真技術(shù)作為智能門鎖的技術(shù)支持，將有助于提升門鎖系統(tǒng)的安全性、便利性、智能化程度和用戶體驗。用戶也可以根據(jù)不同的使用場景選擇合適的技術(shù)組合，以獲得更智能、更安全、更便捷的門鎖解決方案。智能門鎖的硬件選型微控制處理器STM32是一系列由STMicroelectronics推出的高性能、低功耗微控制器，以其卓越的性能被廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)，其中包括智能門鎖設(shè)計。其芯片架構(gòu)涵蓋了多種功能模塊，具備較強(qiáng)的計算能力、豐富的外設(shè)接口和靈活的擴(kuò)展性，為智能門鎖系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)提供了良好的支持。在STM32芯片的架構(gòu)中，主要涵蓋以下幾個關(guān)鍵要素：(1)Cortex-M內(nèi)核：STM32系列微控制器采用ARMCortex-M系列內(nèi)核，包括Cortex-M0、Cortex-M3、Cortex-M4等內(nèi)核。這些內(nèi)核特點在于低功耗、高性能以及優(yōu)秀的實時特性，適合于嵌入式應(yīng)用場景，為智能門鎖提供穩(wěn)定可靠的核心支持。(2)外設(shè)功能模塊：STM32芯片內(nèi)置了多種外設(shè)功能模塊，包括但不限于通用異步收發(fā)器（USART）、同步串行接口（SPI）、高速通用串行接口（USB）、模擬至數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ADC）、數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）等。這些外設(shè)模塊的集成使得滿足智能門鎖系統(tǒng)對不同外設(shè)接口的需求成為可能，實現(xiàn)各種功能的擴(kuò)展和交互。(3)存儲器體系結(jié)構(gòu)：STM32芯片具備內(nèi)置的Flash存儲器和SRAM存儲器，用以存儲程序代碼和數(shù)據(jù)。Flash存儲器具有快速擦寫和低功耗的特點，在智能門鎖的固件升級和數(shù)據(jù)存儲方面具有重要作用。(4)時鐘和電源管理單元：具備時鐘與電源管理單元的STM32芯片能夠有效監(jiān)管并優(yōu)化芯片的時鐘頻率、電源供應(yīng)以及功耗控制。這些單元提供了靈活可調(diào)的時鐘源選擇和低功耗模式，有助于優(yōu)化智能門鎖系統(tǒng)的性能和功耗管理，在保證穩(wěn)定性的同時實現(xiàn)節(jié)能和延長電池壽命。表2-2微控制器系列對比圖比較了一些微控制處理器如表2-2后，本課題選用STM32系列的STM32F103ZET6單片機(jī)如圖2-3。主要有以下原因：圖2-3STM32F103ZET6單片機(jī)實物圖在智能門鎖系統(tǒng)中，STM32單片機(jī)作為核心控制器，其性能參數(shù)的評價對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能至關(guān)重要。對STM32芯片的性能參數(shù)進(jìn)行充分評價和分析，可以幫助設(shè)計者更好地了解其適用性和優(yōu)劣勢，為智能門鎖系統(tǒng)的設(shè)計提供有力支持。(1)計算性能評價：STM32的計算性能直接影響著系統(tǒng)的響應(yīng)速度和運行效率。評價指標(biāo)包括主頻、指令周期、處理器架構(gòu)等。高主頻和低指令周期可以提高系統(tǒng)的處理速度，加快數(shù)據(jù)處理和響應(yīng)時間，從而提高智能門鎖系統(tǒng)的實時性和性能穩(wěn)定性。(2)存儲器性能評價：存儲器性能是智能門鎖系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要保障。評價指標(biāo)包括Flash存儲器容量、SRAM容量和存儲速度。足夠的存儲容量可以保證系統(tǒng)可靠地存儲程序代碼和數(shù)據(jù)，緩解內(nèi)存溢出的風(fēng)險，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。(3)外設(shè)接口評價：STM32芯片的外設(shè)接口數(shù)量和類型直接影響系統(tǒng)的功能擴(kuò)展和靈活性。評價指標(biāo)包括UART、SPI、I2C等接口的數(shù)量和穩(wěn)定性。豐富的外設(shè)接口可以實現(xiàn)智能門鎖系統(tǒng)與各種傳感器模塊、通信模塊的連接，為系統(tǒng)提供更多的功能拓展和數(shù)據(jù)交換途徑。(4)低功耗設(shè)計評價：低功耗設(shè)計是智能門鎖系統(tǒng)對STM32芯片的重要性能需求之一。評價指標(biāo)包括待機(jī)功耗、工作功耗和功耗管理機(jī)制。STM32芯片的低功耗設(shè)計可以延長電池使用壽命，提高系統(tǒng)的節(jié)能性能，降低整個智能門鎖系統(tǒng)的運行成本。綜合評價STM32芯片的性能參數(shù)對于智能門鎖系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。合理的性能參數(shù)評價和選擇，可以使智能門鎖系統(tǒng)更具智能化、便捷性和安全性，為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的門鎖體驗。通過對STM32芯片性能參數(shù)的深入分析和優(yōu)化，可以實現(xiàn)智能門鎖系統(tǒng)的高效運行和穩(wěn)定性提升，滿足用戶對智能家居安防的不斷需求和提升。WIFI模塊以下是一些常見的WiFi模塊，這些模塊可以用于連接到無線網(wǎng)絡(luò)并實現(xiàn)通信功能：(1)ESP8266：一款經(jīng)濟(jì)實惠的WiFi模塊，廣泛用于物聯(lián)網(wǎng)項目和物聯(lián)網(wǎng)原型設(shè)計。(2)ESP32：與ESP8266相似，但具有更多的功能和靈活性，例如更多的接口選項和支持藍(lán)牙功能。(3)CC3000/CC3100/CC3200：德州儀器（TI）的WiFi模塊系列，適用于各種嵌入式應(yīng)用。(4)RN171/RN131：Microchip（先前是RovingNetworks）的WiFi模塊，非常適合需要簡單且可靠的WiFi連接的應(yīng)用。(5)WIZwiki-W7500：針對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計的模塊，集成了WiFi和以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)功能，適用于各種應(yīng)用領(lǐng)域。(6)ParticlePhoton：一款包含WiFi功能的開發(fā)板，適用于快速原型設(shè)計和實現(xiàn)連接性項目。(7)SIM800/SIM900：這些模塊不僅具有GSM/GPRS功能，還可以作為嵌入式設(shè)備的WiFi接入點。最終本課題選用ESP866如圖2-4所示，選用ESP8266如圖2-4所示的原因如下：圖2-4ATK-ESP8266實物圖(1)成本效益：ESP8266是一款性價比很高的芯片，價格相對較低，適合成本較低的項目。(2)集成性：ESP8266整合了WiFi模塊和處理器，這意味著在單一芯片上具備了無線連接和處理能力，簡化了硬件設(shè)計。(3)易用性：ESP8266具有豐富的開發(fā)資源和社區(qū)支持，有大量的文檔、示例代碼和論壇帖子可供參考，方便開發(fā)人員快速上手。(4)WiFi能力：作為一款特性豐富的WiFi芯片，ESP8266支持多種WiFi網(wǎng)絡(luò)模式，如Station（STA）模式和SoftAP模式，可靈活應(yīng)用于各種類型的物聯(lián)網(wǎng)項目。(5)體積小巧：ESP8266芯片尺寸較小，適合空間有限的項目，如智能家居設(shè)備、傳感器節(jié)點等。(6)強(qiáng)大的社區(qū)支持：ESP8266擁有龐大的開發(fā)者社區(qū)，可從中獲取支持、解決問題，找到新的項目靈感。(7)低功耗模式：ESP8266支持深度睡眠模式，可在需要最大限度降低功耗的應(yīng)用中使用。藍(lán)牙模塊(1)HC-05：HC-05是一種常見的藍(lán)牙串口模塊，常用于與Arduino等微控制器進(jìn)行藍(lán)牙通信。(2)HC-06：類似于HC-05，HC-06也是一種常見的藍(lán)牙串口模塊，用于簡單的串口通信。(3)HM-10：HM-10是一種低功耗藍(lán)牙模塊，支持藍(lán)牙4.0協(xié)議，通常用于需要低功耗通信的項目中。(4)RN4871：Microchip的RN4871是一個靈活的低功耗藍(lán)牙模塊，支持藍(lán)牙4.2和5.0標(biāo)準(zhǔn)。(5)BC04：BC04是一款藍(lán)牙2.1模塊，具有穩(wěn)定的藍(lán)牙連接性能和適中的功耗。(6)BLE112：BLE112是一種Bluetooth低功耗模塊，適合需要低功耗和較短距離通信的應(yīng)用。(7)ESP32：雖然ESP32主要是一個WiFi和藍(lán)牙組合模塊，但它也可以作為一個獨立的藍(lán)牙模塊使用。(8)CC2540/CC2541：德州儀器(TexasInstruments)的CC2540和CC2541是常見的低功耗藍(lán)牙模塊，適用于需要低功耗連接的項目。這些是一些常見的藍(lán)牙模塊，市場上還有許多其他型號和品牌的藍(lán)牙模塊可供選擇，具體選型需根據(jù)項目需求來定。本課題選用HC-05如圖2-5所示具體原因有以下幾點：圖2-5HC-05藍(lán)牙模塊實物圖(1)成本效益：HC-05是一種經(jīng)濟(jì)實惠的藍(lán)牙串口傳輸模塊，通常價格較低，適合成本敏感的項目。(2)易于使用：HC-05模塊易于配置和集成到各種項目中，具有簡單的串口通訊接口，因此對于初學(xué)者和快速原型開發(fā)非常友好。(3)流行度和資源豐富：HC-05是較為常見的藍(lán)牙模塊，有許多在線資源、社區(qū)支持和示例代碼可供參考，利于解決問題和獲取技術(shù)支持。(4)兼容性：HC-05模塊兼容性廣泛，可與多種硬件平臺和微控制器配合使用，如Arduino、RaspberryPi等。(5)中等功耗特性：HC-05模塊在功耗方面表現(xiàn)中等，適用于一些需要考慮電池續(xù)航能力的應(yīng)用場景。(6)適用性廣泛：HC-05可以應(yīng)用于各種需要藍(lán)牙通訊的項目中，如藍(lán)牙串口透傳通訊、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等場景。RFID模塊RFID（Radio-FrequencyIdentification）技術(shù)在不同的應(yīng)用中可以使用不同類型的模塊。以下是一些常見的RFID模塊系列：(1)RC522模塊：基于射頻電路的13.56MHzRFID讀寫器模塊，常用于Arduino等單片機(jī)平臺的RFID應(yīng)用中。(2)PN532模塊：13.56MHzRFID讀寫器模塊，具有NFC功能，支持ISO14443A/B、FeliCa等標(biāo)準(zhǔn)。(3)UHFRFID模塊：工作頻率在860-960MHz之間，適用于遠(yuǎn)距離識別應(yīng)用，比如倉儲管理、車輛識別等領(lǐng)域。(4)125KHzRFID模塊：通常用于門禁系統(tǒng)、寵物識別等近距離識別需求。(5)HID模塊：HID是HIDGlobal公司的專有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其RFID讀卡器模塊常用于各種門禁系統(tǒng)和安全應(yīng)用中。Impinj模塊：Impinj是一家RFID芯片及模塊制造商，提供各種UHFRFID解決方案。這些模塊在頻率、讀寫范圍、通信協(xié)議等方面有所不同，可根據(jù)具體應(yīng)用需求選擇適合的RFID模塊系列。本可以選用的使RC522系列如圖2-6，具體優(yōu)勢有以下幾個方面:圖2-6RC522RFID模塊實物圖(1)低成本：RC522模塊相對來說價格較為經(jīng)濟(jì)實惠，適合在成本考慮下進(jìn)行大規(guī)模部署。(2)易于集成：該模塊在硬件和軟件方面的接口設(shè)計相對簡單，易于與各種微控制器以及其他設(shè)備進(jìn)行集成和通信。(3)穩(wěn)定性：RC522模塊有較好的穩(wěn)定性和可靠性，能夠在各種環(huán)境條件下穩(wěn)定工作，適用于長期運行和重要應(yīng)用場景。(4)支持多種標(biāo)準(zhǔn)：RC522RF支持ISO14443A/MIFARE模式，這種標(biāo)準(zhǔn)被廣泛應(yīng)用在門禁系統(tǒng)、公共交通票務(wù)等領(lǐng)域。(5)廣泛應(yīng)用：RC522模塊在許多場合中得到應(yīng)用，例如門禁系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、智能卡、自動售貨機(jī)等等，具有較強(qiáng)的通用性。選用RC522RFID模塊，結(jié)合其成本效益、易用性以及通用性等特點，有助于設(shè)計出性能穩(wěn)定、成本適中并且易于與其他系統(tǒng)集成的智能門鎖控制系統(tǒng)。硬件實現(xiàn)方案系統(tǒng)硬件總統(tǒng)設(shè)計方案以及原理圖智能門鎖系統(tǒng)的硬件設(shè)計是系統(tǒng)實現(xiàn)各項功能的基礎(chǔ)，合理的硬件設(shè)計方案可以保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。在硬件設(shè)計方案中，需要考慮門鎖的結(jié)構(gòu)設(shè)計、電路設(shè)計以及各功能模塊的集成與優(yōu)化。首先，硬件設(shè)計方案應(yīng)包括門鎖結(jié)構(gòu)設(shè)計。門鎖結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮到安全性、實用性和美觀性。設(shè)計合理的門鎖結(jié)構(gòu)可以有效保護(hù)內(nèi)部電路和機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高門鎖的使用壽命和安全系數(shù)。同時，門鎖結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮用戶操作的便捷性，確保用戶可以方便地完成開鎖和上鎖操作。其次，電路設(shè)計在硬件設(shè)計方案中起著關(guān)鍵的作用。電路設(shè)計應(yīng)考慮到智能門鎖系統(tǒng)所需的各種功能模塊，如身份驗證模塊、通信模塊、電源管理模塊等的連接和布局。合理的電路設(shè)計可以實現(xiàn)各功能模塊的協(xié)調(diào)工作，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行和功能正常使用。同時，在硬件設(shè)計方案中需考慮各功能模塊的集成與優(yōu)化。通過對功能模塊的布局和連接方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，可以提高系統(tǒng)的整體性能和響應(yīng)速度。此外，針對不同功能模塊的供電管理和控制也是硬件設(shè)計的重要方面，在功耗優(yōu)化和電池壽命延長方面需要進(jìn)行充分考慮。具體系統(tǒng)電路圖如圖3-1所示:圖3-1系統(tǒng)設(shè)計電路原理圖系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計方案以及原理圖微控制器硬件設(shè)計中需要考慮的一些關(guān)鍵方面包括：(1)電源管理確保為STM32F103ZET提供穩(wěn)定的電源，以確保系統(tǒng)的正常運行和穩(wěn)定性。(2)外圍設(shè)備接口設(shè)計正確的外圍設(shè)備接口（例如步進(jìn)電機(jī)等）連接。(3)通信接口考慮通信接口（如Wi-Fi、藍(lán)牙等）以實現(xiàn)智能門鎖的聯(lián)網(wǎng)功能。(4)安全性設(shè)計中考慮安全性要求，例如數(shù)據(jù)加密、用戶認(rèn)證等功能。(5)電源管理設(shè)計功耗低的硬件，以延長智能門鎖的電池壽命或減少能耗。圖3-2STM32F103ZET6主要參數(shù)圖ESP8266WIFI模塊ESP8266允許智能門鎖通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)連接到互聯(lián)網(wǎng)，使得用戶可以通過遠(yuǎn)程途徑對門鎖進(jìn)行控制和管理。ESP8266模塊通常通過串口連接（如UART）與STM32微控制器進(jìn)行通信。ESP8266模塊本身帶有WiFi功能，并且可以通過串口與其他設(shè)備進(jìn)行通信，例如發(fā)送數(shù)據(jù)到云端等，配置服務(wù)器代碼如圖3-3。在這種情況下，STM32微控制器可以通過UART與ESP8266進(jìn)行連接，以實現(xiàn)與WiFi網(wǎng)絡(luò)的通信。圖3-3配置服務(wù)器代碼圖圖3-4ESP8266-WIFI原理圖HC-O5藍(lán)牙模塊HC-05藍(lán)牙模塊在多功能門鎖系統(tǒng)中主要是承擔(dān)設(shè)備間互聯(lián)的作用，設(shè)備間物物相連，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。使設(shè)備可以通過無線信號控制，也就可以做到手機(jī)連接藍(lán)牙進(jìn)行APP開鎖。HC-05藍(lán)牙模塊通常通過串行通信（Serial

Communication）連接到STM32微控制器,看藍(lán)牙連接狀態(tài)如圖3-5。這種連接方式利用了HC-05模塊上的UART通信功能如圖3-6，允許STM32與藍(lán)牙模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。HC-05模塊的TX引腳（發(fā)送數(shù)據(jù)到STM32的一個GPIO引腳，以及HC-05模塊的RX引腳（接收數(shù)據(jù)）到另一個GPIO引腳。圖3-5藍(lán)牙輸出狀態(tài)代碼圖圖3-6HC05藍(lán)牙原理圖RFIDRC522射頻模塊RC522RFID主要負(fù)責(zé)識別和驗證用戶的身份信息。這相比傳統(tǒng)的鑰匙或密碼輸入更加方便和安全，因為用戶不需要記憶復(fù)雜的密碼或攜帶鑰匙，只需帶上預(yù)先授權(quán)的RFID卡或設(shè)備即可輕松開鎖。門鎖檢驗是否授權(quán)代碼如圖3-7。硬件設(shè)計方便確定RC522模塊需要連接到控制器的哪些引腳。通常，這些包括電源引腳（VCC和GND）、SPI接口（如SDA、SCK、MOSI、MISO）、以及可能的復(fù)位引腳和其他控制引腳。連接設(shè)計如圖3-8:圖3-7驗證卡片密鑰代碼圖圖3-8RC522原理圖步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)在此系統(tǒng)設(shè)計中承擔(dān)模擬門鎖鎖芯的狀態(tài)。用電機(jī)的正反轉(zhuǎn)模擬門鎖開關(guān)狀態(tài)。步進(jìn)電機(jī)供電源為5V。以下是步進(jìn)電機(jī)原理圖：圖3-9步進(jìn)電機(jī)原理圖硬件搭建硬件搭建是智能門鎖系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過合理的硬件搭建可以實現(xiàn)系統(tǒng)各功能模塊的連接和運行。在智能門鎖系統(tǒng)的硬件搭建過程中，需要考慮以下關(guān)鍵方面：首先是硬件選材。微控制處理器選用STM32F103ZET6;RFID模塊選用了RC522;藍(lán)牙模塊選用HC-05;WIFI模塊選用ESP8266;其次是硬件連接和布局。在硬件搭建過程中，需要考慮各功能模塊之間的優(yōu)秀的連接方式和布局規(guī)劃是關(guān)鍵，能夠有效減少干擾和交叉影響，從而顯著提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能表現(xiàn)。(1)HC-05藍(lán)牙模塊HC-05串口藍(lán)牙模塊和STM32的串口2連接。其中RXD腳接SIM32的PA2,TXD腳接PA3,GND接STM32的GND,VCC接STM32的3.3V接口。具體如圖3-10:圖3-10HC-02藍(lán)牙模塊連接圖(2)ESP8266WIFI模塊ATK-ESP8266串口WIFI模塊和STM32的串口3連接。其中RXD腳接SIM32的PB11,TXD腳接PB10,GND接STM32的GND,VCC接STM32的5V接口。具體如圖3-11:圖3-11ATK-ESP8266WIFI連接圖(3)RC522射頻模塊RC522射頻模塊的SDA腳接SIM32的PB5,SCK腳接PB4時鐘線,MOSI接STM32輸出腳PA12,MISO接STM32輸入PA11腳，GND接STM32的GND,VCC接STM32的3.3V接口。具體如圖3-12:圖3-12RFID射頻模塊連接圖(4)步進(jìn)電機(jī)模塊步進(jìn)電機(jī)a燈對應(yīng)IN1接SIM32的PC6,b燈對應(yīng)IN2接IN2,c燈對應(yīng)IN3接PC8,d燈對應(yīng)IN4接STM32PC9，GND接STM32的GND,VCC接STM32的5V接口。具體如圖3-13:圖3-12步進(jìn)電機(jī)連接圖同時，硬件搭建過程中需要進(jìn)行各功能模塊的調(diào)試和優(yōu)化。例如，對于身份驗證模塊、開鎖控制模塊和通信模塊等功能模塊需要進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)試，確保各模塊的正常運行和穩(wěn)定工作。另外，硬件搭建還需要考慮優(yōu)秀的電源管理和供電設(shè)計是至關(guān)重要的。通過合理的電源管理方案，可顯著延長系統(tǒng)的使用時間，降低功耗，提高系統(tǒng)的節(jié)能性能。同時，合適的供電設(shè)計可以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定供電，保障系統(tǒng)的安全可靠運行。綜合以上討論可以得出結(jié)論，硬件搭建是確保智能門鎖系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵支持，合理的硬件搭建方案可以為系統(tǒng)的性能優(yōu)化和智能功能實現(xiàn)提供堅實的基礎(chǔ)。通過精心設(shè)計和實施硬件搭建計劃，智能門鎖系統(tǒng)可以實現(xiàn)穩(wěn)定、高效的運行，為用戶提供安全、便捷的門鎖使用體驗。軟件實現(xiàn)方案軟件設(shè)計方案在智能門鎖系統(tǒng)中，軟件設(shè)計方案是實現(xiàn)系統(tǒng)各項功能的關(guān)鍵。通過合理的軟件設(shè)計，可以實現(xiàn)用戶身份驗證、遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)處理等功能，提高門鎖系統(tǒng)的智能化和便捷性。首先，軟件設(shè)計方案應(yīng)包括系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計。系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計流程圖如圖4-1所示系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計涉及到軟件對系統(tǒng)進(jìn)行模塊劃分，明確功能模塊之間的相互作用和數(shù)據(jù)流向。恰當(dāng)?shù)南到y(tǒng)框架規(guī)劃可以使系統(tǒng)模塊化、靈活，方便后續(xù)的擴(kuò)展與升級。圖4-1系統(tǒng)軟件流程圖其次，軟件設(shè)計方案應(yīng)考慮設(shè)計身份驗證模塊。身份驗證是智能門鎖系統(tǒng)中至關(guān)重要的功能，可通過刷卡進(jìn)行驗證等技術(shù)確認(rèn)用戶身份。合理設(shè)計身份驗證模塊可以保障系統(tǒng)的安全性和用戶數(shù)據(jù)的隱私。圖4-2RFID解鎖流程圖同時，遠(yuǎn)程控制模塊的設(shè)計也是軟件設(shè)計方案中的重要部分。通過手機(jī)APP或其他終端實現(xiàn)對門鎖的遠(yuǎn)程開鎖、監(jiān)控和管理，提高系統(tǒng)的便捷性和智能化程度。遠(yuǎn)程控制模塊應(yīng)考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性，確保用戶可以隨時隨地控制門鎖狀態(tài)。圖4-3手機(jī)APP解鎖流程圖圖4-4微信小程序解鎖流程圖而以上幾種技術(shù)都需要門鎖在供電狀態(tài)下完成，為確保門鎖在隨時都能使用的情況下，還額外用復(fù)位鍵模擬了物理鑰匙開鎖。具體流程如圖4-5:圖4-5獨立按鍵解鎖流程圖綜合上述內(nèi)容，軟件設(shè)計方案對于智能門鎖系統(tǒng)的功能實現(xiàn)和性能表現(xiàn)至關(guān)重要。通過合理的軟件設(shè)計方案，智能門鎖系統(tǒng)可以實現(xiàn)全方位的智能化功能，提供用戶便捷、安全的門鎖使用體驗。軟件設(shè)計方案的精心設(shè)計和實施將為智能門鎖系統(tǒng)的成功應(yīng)用和發(fā)展提供堅實的技術(shù)支持。用戶交互設(shè)計用戶交互設(shè)計在智能門鎖系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，直接影響用戶對系統(tǒng)的體驗和操作便捷性。通過合理的用戶交互設(shè)計，可以提高用戶對門鎖系統(tǒng)的滿意度，增強(qiáng)系統(tǒng)的易用性和吸引力。首先，用戶交互設(shè)計應(yīng)注重界面設(shè)計。界面設(shè)計要求簡潔明了，符合用戶直覺的操作邏輯和習(xí)慣?？紤]到不同用戶群體的使用習(xí)慣，界面設(shè)計應(yīng)盡量做到簡潔清晰、易懂易操作，減少用戶學(xué)習(xí)成本，提高用戶操作效率。其次，用戶操作流程設(shè)計也是用戶交互設(shè)計中的關(guān)鍵要素。用戶在使用智能門鎖時，需要經(jīng)過一系列的操作流程，如身份驗證、選擇開鎖方式、確認(rèn)操作等。設(shè)計合理的操作流程，簡化用戶操作步驟，降低用戶使用門鎖系統(tǒng)的技術(shù)門檻，提高用戶的操作便捷性?？偟膩碚f，用戶交互設(shè)計對智能門鎖系統(tǒng)的成功應(yīng)用和用戶滿意度至關(guān)重要。通過精心設(shè)計和持續(xù)優(yōu)化用戶交互設(shè)計，可以提高系統(tǒng)的易用性、實用性和用戶體驗，為智能門鎖系統(tǒng)的市場推廣和用戶接受度奠定良好基礎(chǔ)。騰訊物聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā)云平臺應(yīng)用實例進(jìn)入騰訊云平臺后，先進(jìn)入公共實例新建產(chǎn)品如圖4-5，4-6，先進(jìn)行物模型定義再設(shè)備開發(fā)，在進(jìn)行交互開發(fā)設(shè)計后，最后進(jìn)行設(shè)備調(diào)試如圖4-7:圖4-5云平臺實例圖(1)圖4-6云平臺實例圖(2)圖4-7云平臺實例圖(3)生成MQTT登陸參數(shù)(1)將如圖4-8文件命名為xxx.py，在用python運行。運行后得到客戶端id，用戶名和密碼如圖4-9所示.(2)將云平臺獲取信息格式記錄下來如圖4-10:主題訂閱格式:$thing/down/property/YVP6XQQ8U0/lock主題發(fā)布格式:$thing/up/event/YVP6XQQ8U0/lock;數(shù)據(jù)格式:$thing/up/event/YVP6XQQ8U0/lock。(3)MQTT服務(wù)器端口按照官網(wǎng)如圖4-11為1883。(4)在端口ping產(chǎn)品的網(wǎng)址YVP6XQQ8U0.如圖4-12從而獲取IP地址。(5)將MQTT客戶端所需要的信息全都填入后，點擊登錄，訂閱主題，發(fā)布主題。就可以在數(shù)據(jù)框內(nèi)看到，已連接到騰訊云平臺如圖4-13。可查在手機(jī)小程序端查看設(shè)備已經(jīng)在線并且在小程序進(jìn)行開關(guān)操作如圖4-14，電機(jī)響應(yīng)，云平臺和MQTT客戶端也會接收到下發(fā)的消息如圖3-15，3-16。圖4-8獲取MQTT登陸參數(shù)代碼圖圖4-9代碼運行結(jié)果圖圖4-10云平臺產(chǎn)品信息圖圖4-11官網(wǎng)密鑰認(rèn)證圖圖4-12獲取服務(wù)器IP地址圖圖4-13客戶端連接圖圖4-14微信小程序用戶交互圖圖4-15客戶端門鎖信息上報圖圖4-16云平臺門鎖信息上報圖多功能門鎖功能的實現(xiàn)與檢驗硬件調(diào)試(1)檢查接線和電源首先，確保多功能門鎖的電源正常且接線正確。檢查電池、電源線和電源適配器，確保它們沒有損壞。確保連接到鎖的電源電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)。(2)檢查電子部件是否完好重點檢查電子部件，包括主控板、傳感器等。確保所有連接器正確連接，電路板上沒有損壞的元件或短路的跡象。(3)檢查通信和聯(lián)網(wǎng)功能如果門鎖支持無線通信或聯(lián)網(wǎng)功能，測試其連接是否穩(wěn)定。確保Wi-Fi、藍(lán)牙或其他通信模塊正常工作，且能夠與微信程序或手機(jī)應(yīng)用進(jìn)行通信。(4)先測試基本功能測試門鎖的基本功能，按復(fù)位鍵電機(jī)是否會有響應(yīng)動作。云平臺，小程序是否在線。(5)安全測試進(jìn)行安全測試，確保多功能門鎖沒有明顯的安全漏洞。例如，檢查是否存在未授權(quán)訪問的可能性，以及門鎖是否易于被破解或繞過。將在以下測試工作完成后再進(jìn)行進(jìn)行完整的系統(tǒng)測試，以確保門鎖能夠在各種情況下正常工作。如果發(fā)現(xiàn)任何問題，應(yīng)及時進(jìn)行調(diào)整或更換損壞的部件。軟件調(diào)試在智能門鎖系統(tǒng)中，軟件編程和實現(xiàn)方案的合理設(shè)計是實現(xiàn)系統(tǒng)各項功能的關(guān)鍵，可以實現(xiàn)用戶身份驗證、遠(yuǎn)程控制等功能，提高系統(tǒng)的智能化和便捷性。(1)檢驗門鎖功能在軟件編程和實施階段，必須綜合考慮系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計，包括明確定義系統(tǒng)的主要功能模塊、模塊間的交互關(guān)系以及數(shù)據(jù)流向需要在編程實現(xiàn)過程中是否有合理設(shè)計和規(guī)劃。有問題需及時在代碼內(nèi)增加和修改。(2)驗證功能模塊邏輯性和穩(wěn)定性身份驗證模塊的準(zhǔn)確性、遠(yuǎn)程控制模塊的通信協(xié)議和安全性、數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)分析與處理邏輯等方面需要合理設(shè)計和實現(xiàn)，避免程序bug和邏輯錯誤。(3)用戶交互體驗在軟件編程和實現(xiàn)階段注重用戶體驗。通過以用戶為中心的設(shè)計理念，包括用戶界面設(shè)計和操作流程體驗，簡單明了的操作界面以及友好的交互流程如圖5-1，可以顯著提升系統(tǒng)的易用性和用戶滿意度。圖5-1藍(lán)牙APP用戶交互圖(4)檢驗安全性安全性是軟件編程和實現(xiàn)階段需要特別關(guān)注的方面。例如換未認(rèn)證的RFID卡是否會開鎖。綜上所述，軟件調(diào)試是智能門鎖系統(tǒng)增強(qiáng)智能化和安全性的重要環(huán)節(jié)。通過精心設(shè)計和實施軟件編程方案，智能門鎖系統(tǒng)可以實現(xiàn)各項功能的高效運行，為用戶提供安全、便捷的門鎖使用體驗。軟件編程的合理性和穩(wěn)定性將直接影響整個智能門鎖系統(tǒng)的性能和用戶滿意度。系統(tǒng)檢驗騰訊云平臺數(shù)據(jù)檢驗填好MQTT客戶短信息后，點擊登錄，訂閱主題，發(fā)布主題。連接好MQTT客戶端后，可在微信小程序操作，在騰訊云平臺查看上報信息是否成功。如圖5-2所示:圖5-2騰訊云平臺信息上報圖MQTT客戶端檢驗通過小程序操作。開的時候MQTT會有數(shù)據(jù)上報為1，小程序執(zhí)行關(guān)的指令就會上報數(shù)據(jù)為0。如圖5-3所示:圖5-3MQTT調(diào)試圖串口助手窗口檢驗先在keli5軟件內(nèi)編譯后如圖5-4，再進(jìn)行燒錄得到如圖5-5頁面就是代碼以及燒入程序中了。后再刷卡先獲取卡號如圖5-6，再把卡號寫進(jìn)代碼里如圖5-7：圖5-4程序下載窗口圖圖5-5程序下載窗口圖圖5-6獲取卡號串口助手窗口圖圖5-7授權(quán)卡號代碼圖總體系統(tǒng)驗證采用多次，按下獨立按鍵，微信小程序下發(fā)開關(guān)，藍(lán)牙APP開關(guān)，以及不同的RFID多次刷卡進(jìn)行測試。如圖5-8所示，總結(jié)出測試數(shù)據(jù)表格表5-9。圖5-8系統(tǒng)測試圖表5-9測試數(shù)據(jù)表格開鎖方式次數(shù)結(jié)果成功率微信小程序200開關(guān)97%授權(quán)刷卡200開98%無授權(quán)刷卡200無反應(yīng)100%手機(jī)APP200開關(guān)100%獨立按鍵500開關(guān)100%系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化該智能門鎖項目構(gòu)建在STM32的設(shè)計基礎(chǔ)之上，具備多種開鎖方式。不僅僅是只做到能開鎖就行，更是注重系統(tǒng)的穩(wěn)定，耐久等問題。連線就需注意，模塊供電不同，有的是3.3v供電，有的是5v供電。如有連線錯誤可導(dǎo)致模塊短路不可用，而提高成本。采用并行處理和異步操作的技術(shù)，可以同時執(zhí)行多個任務(wù)或操作，提高系統(tǒng)的并發(fā)性和響應(yīng)速度。通過將耗時較長的任務(wù)獨立處理或異步執(zhí)行，可以減少用戶等待時間，優(yōu)化系統(tǒng)的響應(yīng)速度。將和用戶交互的界面做的簡單易懂，是用戶上手快且人人都會使用。減少誤操作和用戶疑惑，改善用戶體驗。選用常見且使用率高的模塊。減少了更多試錯風(fēng)險，節(jié)省了不必要的時間。且使用率高的模塊普遍成本低，所以使本課題成本大大降低。結(jié)論總結(jié)智能門鎖系統(tǒng)在智能家居領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，受到消費者的廣泛關(guān)注和需求?，F(xiàn)如今智能門鎖系統(tǒng)的需求不斷增長，主要受益于生活水平提高、安全意識增強(qiáng)等因素。因此設(shè)計一款多功能門鎖具有重大意義。本文基于STM32設(shè)計了一款可以遠(yuǎn)程控制，手機(jī)APP解鎖，刷卡解鎖，按鍵解鎖的智能門鎖。首先，對門鎖需求分析，主要從便利以及安全需求入手，確定如何更能智能解鎖并且安全，確定解鎖方式后，設(shè)計了系統(tǒng)流程圖，并規(guī)劃了制作流程，以確保順利進(jìn)行。其次，通過對硬件原理圖設(shè)計，硬件搭建，云平臺搭建進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。以及講述了這些功能為什么可以提高便利性。最后，進(jìn)行大量測試確保性能以及系統(tǒng)的穩(wěn)定。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，各功能模塊均能正常工作，云平臺上能確保實時發(fā)送信號，最終能順利通過檢驗，達(dá)到預(yù)期設(shè)計目標(biāo)。不足之處，本課題未搭建一塊oled屏，使檢查門鎖的狀態(tài)變得繁瑣。用戶交互設(shè)計做的過于簡單化沒有美觀性。以及ESP8266未牢固焊接而存在實體移動導(dǎo)致接觸不良，從而有存在幾次微信小程序未開鎖成功的情況?？偟膩碚f通過對本課題的研究，一是提升家居安防水平，智能門鎖通過識別技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等手段，提升了家居的安全防護(hù)水平，可以更有效地防止非法侵入和提供實時的安全監(jiān)控，為用戶提供更安心的家居環(huán)境。二是提高用戶生活便利性，智能門鎖系統(tǒng)實現(xiàn)了無鑰匙開鎖、遠(yuǎn)程控制和自動化場景聯(lián)動等功能顯著提升了用戶的生活便利性。這些技術(shù)允許用戶通過簡單的遠(yuǎn)程操作，自動管理家居環(huán)境，增強(qiáng)了生活的智能化和舒適度。用戶可以通過手機(jī)實現(xiàn)智能門鎖的便捷操作，為用戶的日常生活帶來便利。三是推動智能家居市場發(fā)展，智能門鎖作為智能家居的重要組成部分，智能門鎖的普及和應(yīng)用極大地推動了智能家居市場的快速發(fā)展，加速了相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新和在市場中的普及。這一趨勢有助于提升整個智能家居行業(yè)的技術(shù)水平和市場接受度。技術(shù)的創(chuàng)新和市場普及，為智能家居市場注入了新的活力。四是促進(jìn)智能化生活方式，智能門鎖的普及推動了智能化生活方式的普及和推廣。用戶逐漸習(xí)慣于智能門鎖帶來的便利和智能化體驗，推動了整個社會智能化生活方式的發(fā)展，促使更多智能家居產(chǎn)品的應(yīng)用和普及。展望我國的智能門鎖行業(yè)正處于中高速發(fā)展期,產(chǎn)品的更新迭代速度非常快,幾年間,產(chǎn)品的新技術(shù)、新賣點便已不可同日而語。[18]在當(dāng)前的市場環(huán)境中，基礎(chǔ)的智能門鎖功能，如遠(yuǎn)程控制、安全認(rèn)證和家居設(shè)備集成，已成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這些功能的普及率幾乎達(dá)到了100%。因此，這些基本特性已無法作為區(qū)分品牌或產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢，也難以為品牌帶來新的市場價值。為了在競爭激烈的市場中脫穎而出并吸引更多消費者，智能門鎖生產(chǎn)企業(yè)正在努力從多個方面提升產(chǎn)品的技術(shù)和設(shè)計水平。例如：(1)更高的安全性隨著加密技術(shù)和生物識別技術(shù)的進(jìn)步，智能門鎖將提供更高級別的安全性。例如，通過使用先進(jìn)的指紋識別、虹膜掃描或面部識別技術(shù)，智能門鎖能夠提供更為嚴(yán)格和個性化的安全措施。(2)集成更多智能家居設(shè)備智能門鎖將與更多的智能家居設(shè)備集成，如安全攝像頭[19]、智能燈光和溫度控制器等，實現(xiàn)更廣泛的家居自動化。用戶可以通過一個統(tǒng)一的平臺控制家中的多種設(shè)備。(3)無線和能源技術(shù)的改進(jìn)隨著無線通信技術(shù)（如Wi-Fi和5G）的發(fā)展和能源效率的提高，5G高寬帶、低延遲的網(wǎng)絡(luò)將大大增強(qiáng)智能家居體驗。[20](4)更廣泛的用戶認(rèn)證選項除了傳統(tǒng)的物理鑰匙和數(shù)字密碼外，智能門鎖將支持更多種類的認(rèn)證方式，包括語音控制、遠(yuǎn)程認(rèn)證以及可能的生物動態(tài)數(shù)據(jù)認(rèn)證等。(5)增強(qiáng)的用戶界面和體驗隨著技術(shù)的發(fā)展，智能門鎖的用戶界面將變得更加友好。例如，通過觸摸屏幕、語音反饋和更直觀的手機(jī)應(yīng)用操作，使得所有年齡層的用戶都能輕松使用。(6)區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用利用區(qū)塊鏈技術(shù)可以提高智能門鎖的安全性和透明度。區(qū)塊鏈可以用于創(chuàng)建不可篡改的訪問記錄，增加額外的安全層。(7)環(huán)境適應(yīng)性和耐候性智能門鎖將設(shè)計得更加適應(yīng)各種環(huán)境條件，包括極端的溫度、濕度和其他氣候因素，確保在各種環(huán)境下都能穩(wěn)定工作。隨著技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，智能門鎖不僅將改善個人和家庭的安全，還將提高生活的便利性和舒適度，成為智能家居生態(tài)系統(tǒng)中不可或缺的一部分。參考文獻(xiàn)周蘇,王碩蘋等編著.創(chuàng)新思維與方法[J].中國鐵道出版社,2016(09):42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.韓曉雨.基于STM32的智能門鎖系統(tǒng)[J].山西電子技術(shù),2022(06):27-28+32.黃小靜.基于單片機(jī)控制的智能門鎖設(shè)計[J].集成電路應(yīng)用,2023,40(04):134-135.翁勝,周瑞敏.基于STM32的智能門鎖系統(tǒng)設(shè)計[J].工業(yè)控制計算機(jī),2023,36(2):135-137.杲靖,常森淏,謝光前,等.基于STM32的智能門鎖控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù),2023,19(28):87-89.DOI:10.14004/ki.ckt.2023.1568.賀云飛,甘雨,肖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for(i=0;i<cnt;i++) { printf("%d",p[i]); } printf("\r\n");}/*函數(shù)功能:讀卡號--電子標(biāo)簽的卡號返回值:1成功0失敗*/intReadCardNumber(void){unsignedcharCT[2];//卡類型 u8status=1; status=RC522_PcdRequest(PICC_REQIDL,CT);//(尋卡模式，卡類型),成功返回0 if(status==MI_OK)//尋卡成功 { status=MI_ERR; status=RC522_PcdAnticoll(SN);//防沖撞，成功返回0，SN是讀到卡號的地址 printf("卡類型:"); print_info(CT,2);//打印類型 printf("卡號:"); print_info(SN,4);//打印卡號 return1; }return0;}intmain(){u8esp8266_state=0;u8key;u8i;u32time_cnt=0;u8Motor=0;//電機(jī)狀態(tài)LED_Init();KEY_Init();USART1_Init(115200);RC522_Init();//RC522Moto_Init();//步進(jìn)電機(jī)初始化USART3_Init(115200);//串口-WIFITIMER3_Init(72,20000);//超時時間20msUSART2_Init(9600);//串口-藍(lán)牙TIMER2_Init(72,20000);//超時時間20msUSART1_Printf("正在初始化WIFI請稍等.\r\n");for(i=0;i<5;i++){if(ESP8266_Init()==0){esp8266_state=1;break;}else{esp8266_state=0;USART1_Printf("ESP8266硬件檢測錯誤.\r\n");}}if(esp8266_state){printf("準(zhǔn)備連接服務(wù)器\r\n");//非加密端口USART1_Printf("WIFI:%d\n",ESP8266_STA_TCP_Client_Mode(CONNECT_WIFI,CONNECT_PASS,CONNECT_SERVER_IP,CONNECT_SERVER_PORT,1));//2.MQTT協(xié)議初始化 MQTT_Init();AA://3.連接服務(wù)器for(i=0;i<5;i++){if(MQTT_Connect(MQTT_ClientID,MQTT_UserName,MQTT_PassWord)==0){esp8266_state=1;break;}esp8266_state=0;USART1_Printf("服務(wù)器連接失敗,正在重試...\r\n");delay_ms(500);}USART1_Printf("服務(wù)器連接成功.\r\n");//3.訂閱主題if(MQTT_SubscribeTopic(SET_TOPIC,0,1)){gotoAA;USART1_Printf("主題訂閱失敗.\r\n");}else{USART1_Printf("主題訂閱成功.\r\n");}} while(1) {//按鍵可以測試開鎖和關(guān)鎖key=KEY_Scan(0);if(key==1){LED1=0;//亮燈--表示開鎖time_cnt=0;Motorcw_ring(1,300);//電機(jī)正轉(zhuǎn)1圈Motor=1;//更新微信小程序sprintf(mqtt_message,"{\"method\":\"report\",\"clientToken\":\"123\",\"params\":{\"lock\":%d}}",Motor);MQTT_PublishData(POST_TOPIC,mqtt_message,0);USART1_Printf("更新門鎖狀態(tài):開鎖\r\n");}elseif(key==2){LED1=1;//滅燈--表示關(guān)鎖time_cnt=0;Motorccw_ring(1,300);//電機(jī)反轉(zhuǎn)1圈Motor=0;//更新微信小程序sprintf(mqtt_message,"{\"method\":\"report\",\"clientToken\":\"123\",\"params\":{\"lock\":%d}}",Motor);MQTT_PublishData(POST_TOPIC,mqtt_message,0);USART1_Printf("更新門鎖狀態(tài):關(guān)鎖\r\n");}DelayMs(10);time_cnt++;if(time_cnt>=50){time_cnt=0;LED2=!L