STM32单片机在智能锁上的应用_开题报告

（一）智能锁国内外研究现状

随着人们生活水平提高，技术的发展。人们的安防意识也在不断提升，传统机械锁已满足不了人们对于财产安全的需求。门锁作为场所的第一道安全防线，已经向智能化方向发展。与传统机械锁相比，智能锁的生物识别技术，具有不会被遗忘和丢失，不易被伪造或被盗，随时随地都可以使用等优点。而近年来，除了IC卡，密码，指纹外，人脸识别，虹膜识别，指静脉识别等安全性较高的生物识别技术也引入了智能锁行业 。人脸识别具有指纹识别所不具备的优点，它识别速度高，识别方式友好，在图像采集过程中，采集器并不需要与采集人接触，可以在不知不觉中完成识别和采集功能，体验感比指纹识别要好。另外相对于指纹识别可以用橡胶手套伪造指纹，人脸识别技术目前已经比较成熟能应对照片等攻击手段。

在国内锁具行业中，智能锁总体渗透率仅3%, 而欧美市场50%，日韩为已达80%，智能锁行业正是大有可为的时候。而人脸识别锁，有指纹锁不具有的优点。例如，国家正在启动的公租房分配，如果能用上人脸识别锁，就可以杜绝公租房转租转借的行为，而人脸识别锁天生就具有摄像头功能，可以对住区居民进行精准服务，有效地实现精准化管理，还可以把录入门锁的人脸信息传送到后台，方便管理每户的信息，减少了人力成本，而当出现安全隐患时候，人脸识别锁还可以报警，把实施非法操作的人员头像抓拍，上传到手机或者后台服务器。

（二）人脸识别全自动锁目前存在的技术难点

 本文介绍是用在普通家庭上的人脸识别全自动锁，众所周知，传统指纹识别锁都是执手型为主，也即是需要旋转把手，才能开门，其原理是通过电机推动插销，实现把手与锁体上的方轴的游离和咬合，而锁体上的锁舌回缩还是要通过旋转把手，人力去开启，但是这旋转把手的动作并不符合人体工学，特别是手提重物时候，更是不方便，体验效果差。而全自动锁其原理是通过减速电机直接带动锁体上的方轴旋转，从而实现锁体上的锁舌回缩，无需要再人力再旋转把手。再加上锁体上有人体红外感应模块，当人走近门前时，锁体里的红外感应元件感应到，自动唤醒系统，系统控制摄像头进行人脸识别，识别成功后，系统控制电机带动锁体，锁舌缩回，不需要旋转把手，全部用锁体内部电机带动，房门再通过弹门器弹开，就能实现无触碰开门。这样对于消费者来说，会大大增强他的体验满意程度。

但另外一方面，由于全自动锁是直接驱动方轴，经过实际测量输出的扭矩要15kg.cm以上才能驱动方轴，这就要求电机输出的功率要求为40W以上，而我们传统的指纹识别锁只需要推动插销，输出的功率只要求为2W以上，可知如果要做全自动锁的功耗是传统锁功耗的二十倍。而且由于人脸识别算法需要对大量的图像进行分析，而数字图像占用的频带又较宽，整个算法模型目前大概就有70MB,如果用市面上推荐的ARM硬件平台等嵌入系统，由于主频较低，整个加载时间就需要比较长的时间，识别时间也很长，用户体验很差。如对算法模型进行裁剪和优化，又有可能影响识别的准确率，所以还是需要高性能的硬件平台进行支持，但高性能的硬件平台又意味着待机功耗太高，如完全处于超低功耗睡眠状态，唤醒时间又过长，也会影响用户体验。如目前市面上人脸识别算法的设备如人证机就采用接交流电转直流电的适配器，设备一直处于开机状态的方案，但作为家用防盗门锁，如果要接市电，工程量就很大，而且线连着锁，需要门旁边有插座，这是不现实的。

（三）本文人脸识别锁低功耗解决方案

人脸识别锁要民用化，只有用低功耗方案，用锂电池。而单片机作为一种集成电路芯片，具有体积小，质量轻，价格便宜，待机功耗低等特点，但图像处理功能和主频过低又不能进行人脸识别算法的缺点。但如果我们把这两种芯片联合起来，做成一块功能板这就可以解决这个难题。

STM32单片机主要源于意法半导体公司，主要分为基本型，增强型和互联型等，相比较传统大多低端单片机，其处理器上有很大的优势。是目前使用比较广泛的单片机之一。其优势除了超低功耗外，还有在中央处理单元为零等待处理器，即反应时间为零就能够执行数据处理操作，而数据计算也只需要一机器周期就可以完成了。其次在电源管理方面，该单片机在上电，掉电复位电路设计中，无需外部复位电路就可以自行复位的模式状态模式。而且为保证电压得到控制，调压器分为主运行，低功耗运行和掉电运行三种模式，避免核心电路发生掉电保证寄存器数据的安全。而我们最关心的低功耗模式一共有三种模式，包括休眠模式，停止模式和待机模式。其中休眠模式，主要是中央处理单元停止，外设工作。停止模式则是利用调压器进行低功耗模式调节，而待机模式主要减少相关部件功耗，需要外部复位给高电平才结束待机模式。而我们采用瑞星微RK3288作为处理人脸识别算法的芯片，主要由于它有超强四核Cortex-A17,频率高达1.8GHZ，特别支持H.264，VP8和MVC图像增强处理，而且采用的Mali-T764是ARM最新的第三代MIDgard架构，也是采用当前PC上GPU一样的统一渲染架构，特点就是在提升通用处理功能的同时，依然保持足够的图形处理效率，包括有64-bit双精度浮点运算和64-bit整数运算，64-bit寻址，shader单元间的内存同步完全满足了我们人脸识别算法的要求。

采用瑞星微RK3288高性能处理器处理人脸识别算法，而具有超低功耗的STM32单片机作为控制红外感应唤醒，电机驱动等外围设备.在平时不工作的状态，保证STM32具有较低的待机功耗，而设置RK3288进入超低功耗睡眠模式，使得整个系统在不工作状态处于低功耗状态。而红外感应模块待机小于20μA，可以当人走近时，输出一个高电平，可以瞬间通过单片机启动RK3288，从而大大降低了系统的功耗。

二、^范文提纲

1总体设计方案

1.1总体功能与结构

1.2单片机功能与结构

2结构布局

2.1结构总体布局

2.2电机选型

3硬件电路

3.1 STM32选型硬件参数

3.2 STM32原理图

3.2.1唤醒功能原理图

3.2.2后门开锁功能原理图

3.2.3防撬报警功能原理图

3.2.4单片机供电原理图

4软件设计

4.1唤醒功能软件设计

4.2后门开锁软件设计

4.3防撬报警软件设计

5结语

三、参考文献

[1] 桂斌 《基于ARM9的嵌入式人脸识别系统设计》 安徽理工大学 

[2] 郭玉霞 高凯琼 王凌强 谭薇 周小军 《基于生物特征识别的身份认证及相关安全问题研究》 甘肃工业职业技术学院 四川大学网络空间安全学院 

[3]卢希 《智能门锁：未来发展可期》 中国建设信息化

[4]陈颖 王炼红 《用于智能锁的超低功耗系统的设计与应用》 湖南大学电气与信息工程学院

[5]高凡 《北京公租房推行人脸识别门禁系统，市场潜力巨大！》 智能建筑与智慧城市

[6] 鄢秋荣， 马耀中， 柏 欢， 王 腾， 王 斌， 刘昱晟 《基于STM32单片机和移动通信模块的门户智能锁网络》 南昌大学 信息工程学院，江西 南昌 330000

[7]蒋志林 《STM32单片机的原理及硬件电路设计探讨》 湖北工程学院新技术学院

[8] 李兰光 《单片机技术在智能家具中的应用与发展》 产业经济

[9]凃颖 李刚 《基于STM32智能门禁控制设计》 电子制作

[10]黄广林 《我国单片机技术的应用及发展趋势》 玉林师范学院电子与通信工程学院

[11] Svensson, Jesper,Eriksson, 《Carina Ihlstrom Social Aspects Influencing Relationships in Digital Innovation Networks -- The Smart Lock Case》  IEEE