CN212160774U - 一种基于Arduino芯片的指纹识别锁电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于Arduino芯片的指纹识别锁电路，包括主控MCU、显示电路、指纹识别电路、开锁电路和键盘输入电路，显示电路、指纹采集电路、开锁电路和键盘输入电路均与主控MCU连接；主控MCU采用ESP32‑WROVER‑E模组，ESP32‑WROVER‑E模组与手机APP无线通信连接；所述指纹识别电路采用AS608模块，AS608模块的TX引脚连接ESP32‑WROVER‑E模组的引脚28，AS608模块的RX引脚连接ESP32‑WROVER‑E模组的引脚27。本实用新型电路结构简单可靠，以ESP32芯片为核心，实现了远程遥控开锁、指纹识别开锁、密码开锁等功能，实现了门锁的智能化。

Description

一种基于Arduino芯片的指纹识别锁电路

技术领域

本实用新型涉及一种指纹锁，具体涉及一种基于Arduino芯片的指纹识别锁电路。

背景技术

在物联网与人们生活关系日益密切的今天，以智能为核心的产品占据了我们生活中的方方面面，互联网+、智慧生活的触角已伸向每家每户都离不开的门锁，智能门锁作为智能家居生活的入口占据着举足轻重的地位。

基于当前物联网的发展要求，家居智能已经是不可逆转的潮流，市场中各种人工智能及其相关技术产品已经屡见不鲜，日常生活中，我们的方方面面都有着物联网的踪迹。而在这之中，各种安防产品在物联网中得到了充分的应用和体现。WiFi的广泛应用更是使得智能安防更加便捷地走进千家万户。

现有的智能锁价格昂贵，开锁方式单一，已无法满足人们的日常生活需求，因此，需要一种新型的指纹识别锁电路来应用到智能门锁上，实现多种开锁方式，使得门锁的功能更加多样化，满足人们的日常生活需求。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种基于Arduino芯片的指纹识别锁电路，本基于Arduino芯片的指纹识别锁电路结构简单可靠，以ESP32芯片为核心，实现远程遥控开锁、指纹识别开锁、密码开锁等功能，实现门锁的智能化。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种基于Arduino芯片的指纹识别锁电路，包括主控MCU、显示电路、指纹识别电路、开锁电路和键盘输入电路，所述显示电路、指纹采集电路、开锁电路和键盘输入电路均与主控MCU连接；

所述主控MCU采用ESP32-WROVER-E模组，所述ESP32-WROVER-E模组与移动终端无线通信连接；

所述指纹识别电路采用AS608模块，所述AS608模块的TX引脚连接ESP32-WROVER-E模组的引脚28，所述AS608模块的RX引脚连接ESP32-WROVER-E模组的引脚27，所述AS608模块的VCC引脚连接3.3V电源，所述AS608模块的GND引脚连接地线；

所述开锁电路包括电阻R9、电阻R8、三极管Q1、二极管D2、继电器K1和门锁电磁铁，所述电阻R8的一端连接ESP32-WROVER-E模组的引脚1，电阻R8的另一端同时连接三极管Q1的基极和电阻R9的一端，所述三极管Q1的发射极和电阻R9的另一端均连接地线，三极管Q1的集电极同时连接二极管D2的正极和继电器K1线圈的一端，二极管D2的负极和继电器K1线圈的另一端均连接3.3V电源，继电器K1的公共端连接地线，继电器K1的常开端通过门锁电磁铁连接12V电源。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述显示电路采用OLED12864显示屏，所述OLED12864显示屏的SCL引脚连接ESP32-WROVER-E模组的引脚36，所述OLED12864显示屏的SDA引脚连接ESP32-WROVER-E模组的引脚33，所述OLED12864显示屏的VCC引脚连接电源VCC，所述OLED12864显示屏的GND引脚连接地线。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述键盘输入电路包括4*4矩阵键盘，所述4*4矩阵键盘包括按键S3至按键S18，所述按键S3、按键S7、按键S11和按键S15的一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚16，所述按键S4、按键S8、按键S12和按键S16的一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚14，所述按键S5、按键S9、按键S13和按键S17的一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚13，所述按键S6、按键S10、按键S14和按键S18的一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚12，所述按键S3、按键S4、按键S5和按键S6的另一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚8，所述按键S7、按键S8、按键S9和按键S10的另一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚9，所述按键S11、按键S12、按键S13和按键S14的另一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚10，所述按键S15、按键S16、按键S17和按键S18的另一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚11。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述移动终端采用手机APP。

本实用新型的有益效果为：本实用新型的指纹识别锁电路结构简单可靠，将ESP32芯片应用在防盗门锁上，在保证安全的门锁前提上，添加了指纹识别以及密码输入，手机解锁多种输入解锁方式，消除了忘带钥匙的烦恼，还带有液晶显示功能，使得门锁的功能更加多样化，更易受到消费者的青睐。本实用新型采用ESP32作为主控芯片，OLED12864模块作为液晶显示，并设计了键盘电路、指纹识别电路，同时手机端可以使用WiFi、MQTT方式接入并控制该设备。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型的电路原理示意图。

具体实施方式

下面根据附图1-2对本实用新型的具体实施方式作出进一步说明：

一种基于Arduino芯片的指纹识别锁电路，如图1所示，包括主控MCU、显示电路、指纹识别电路、开锁电路和键盘输入电路，所述显示电路、指纹采集电路、开锁电路和键盘输入电路均与主控MCU连接。

所述主控MCU采用ESP32-WROVER-E模组，所述ESP32-WROVER-E模组与手机APP无线通信连接。

ESP32-WROVER-E模组是由ESP32-D0WD-V3芯片以及外围电路组合而成，具有体积小、耗电低的优点，广泛应用于低功耗传感器网络和要求极高的任务，模组的支持数据传输速率高，天线输出功率强，在家庭网络中具有良好的适用性。

如图2所示，ESP32-WROVER-E模组的引脚34和引脚35均连接CP2102，CP2102连接USB，CP2102是一个高度集成的USB-UART桥，它提供了一个简单的解决方案，使用最少的元件和PCB空间将RS-232设计改成USB。CP2102包括USB 2.0全速功能控制器、USB收发器、振荡器、EEPROM和UART。不需要其他的外围元件。内置的EEPROM用来定制USB的Vendor ID、Product ID、产品描述、电源描述、设备释放号、设备序列号。可以在产品生产和测试阶段，通过USB读写该EEPROM。

ESP32-WROVER-E模组的引脚2连接3.3V电源，其中C1、C2、C4、C5具有滤波作用，按键S1为复位按钮，S2为BOOT按键，低电平进入烧写。

本实施例中，显示电路采用OLED12864显示屏，OLED12864显示屏的SCL引脚连接ESP32-WROVER-E模组的引脚36，OLED12864显示屏的SDA引脚连接ESP32-WROVER-E模组的引脚33，OLED12864显示屏的VCC引脚连接电源VCC，所述OLED12864显示屏的GND引脚连接地线。

本实施例使用的OLED12864的驱动芯片为SSD1306，SSD1306是CMOS OLED/PLED驱动芯片，有机发光二极管的点阵图形显示系统可以被其驱动，作为驱动芯片，可以驱动共阴极的OLED面板。SSD1306电路图如图2所示。

SSD1306中包含了对比度控制器、晶振和显示RAM，由于其的高集成度，在一定程度上减少了外部器件和功耗。SSD1306支持I2C和SPI协议，由横向 128 个像素点, 纵向 32个像素点组成，并且拥有256级亮度控制，广泛适用于多种场合的显示设计之中。在本实施例中显示模块通信协议采用的是I2C，较少的接口及其方便的时序图为编程提供了便利。

I2C的通讯接口由从机地址SA0，I2C总线数据信号和I2C总线时钟信号组成。在这之中，数据信号线和时钟信号线都需要连接上拉电阻。除此以外，初始化设备使用RES#操控。

本实施例的OLED12864使用I2C接口连接到单片机上面。I2C使用了两条双向漏极开路（SDA/SCL）总线，并且利用上拉电阻上拉了两条总线的电位。I2C允许工作电压范围相当大，但电压准位通常为+3.3V或+5V，本实施例选择使用的是+3.3V。OLED12864的屏幕由SSD1306所驱动， OLED12864模块的I2C接口对外一共有4个接口，分别是GND、VCC（可加3.3V，也可加5V）、SCL（时钟总线）和SDA（数据总线）。

如图2所示，所述指纹识别电路采用AS608模块，所述AS608模块的TX引脚连接ESP32-WROVER-E模组的引脚28，所述AS608模块的RX引脚连接ESP32-WROVER-E模组的引脚27，所述AS608模块的VCC引脚连接3.3V电源，所述AS608模块的GND引脚连接地线。

AS608模块采用的是6pin的控制接口，供电电压必须为3.3V，过高的电压会烧坏内部芯片。AS608的通讯有两种，分别为串口通讯和USB通讯。两种通讯各有优点，USB通讯在生活中最为常用，兼容性较强，但是编程难度较高；串口通讯的编程较为简单，而且使用频率较高，缺点为兼容性不如USB串口通讯，本实施例中不需要考虑兼容问题，故选择的是串口通讯。

AS608指纹识别芯片内置DSP运算单元，在内部集成了指纹识别算法，使其能够快速且高效的采集到图像并识别到指纹特征。指纹库的容量根据挂接的FLASH的容量而自动改变，本实施例的指纹模板可存放100个，完全可以适用于家庭的门锁上。AS608模块的TX、RX引脚分别接到ESP32的GPIO17、GPIO16口上，该模块需要注重供电电源，只能使用3.3V供电，不可使用5V电源供电。

AS608模块一直处于从属地位，Host端需要通过各种指令来使得模块完成不同功能。在实际操作过程中，AS608主要通过操作后反馈的确认码来判定接下来的执行内容。当返回的确认码为00H时说明当前的指纹执行完毕，若确认码为01H时则数据包的接受错误，02H表示无指纹，03H-09H都表示指纹验证错误。主机的指令和模块的应答与数据交换必须按照规定格式的数据包来进行。

在电源上电后，初始化AS608模块，当键盘的操作使得指令包执行采集图像的功能后，其数据会进入到模板缓冲区进行图像对比。在对比之后，若比对成功，则记录数据。否则会清除当前数据并发送数据错误的确认码。在本实施例中，识别的错误与否都会在显示屏上面显示。

本实施例中，如图2所示，键盘输入电路包括4*4矩阵键盘，所述4*4矩阵键盘包括按键S3至按键S18，所述按键S3、按键S7、按键S11和按键S15的一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚16，所述按键S4、按键S8、按键S12和按键S16的一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚14，所述按键S5、按键S9、按键S13和按键S17的一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚13，所述按键S6、按键S10、按键S14和按键S18的一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚12，所述按键S3、按键S4、按键S5和按键S6的另一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚8，所述按键S7、按键S8、按键S9和按键S10的另一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚9，所述按键S11、按键S12、按键S13和按键S14的另一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚10，所述按键S15、按键S16、按键S17和按键S18的另一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚11。

如图2键盘输入电路中，总共由8根数据线与I/O口相连接。4*4矩阵键盘由4行4列组合而成，16个按键不仅满足了按键功能的需求，方形的电路图也使得整体更加美观。工作原理上是先查询行上的数据线是否值为0，确定好是哪一行上再确定列，由此决定并判断键盘上的具体按键按下。键盘的读写操作通过C语言来实现，对于本实施例的具体功能可以通过编程来实现。

本实施例中，如图2所示，开锁电路包括电阻R9、电阻R8、三极管Q1、二极管D2、继电器K1和门锁电磁铁，电阻R8的一端连接ESP32-WROVER-E模组的引脚1，电阻R8的另一端同时连接三极管Q1的基极和电阻R9的一端，所述三极管Q1的发射极和电阻R9的另一端均连接地线，三极管Q1的集电极同时连接二极管D2的正极和继电器K1线圈的一端，二极管D2的负极和继电器K1线圈的另一端均连接3.3V电源，继电器K1的公共端连接地线，继电器K1的常开端通过门锁电磁铁连接12V电源。

电子门锁的最终执行端为控制门锁的电磁铁吸合来完成开门动作，该模块的驱动电路如图2所示。电路中的继电器K1部分高电平触发电压范围为0.7-5V，触发电流仅需0.5mA，被控端的负荷电流可达到10A。在本模块中，当ESP32-WROVER-E模组输出高电平时，继电器K1吸合，从而控制门锁的电磁铁吸合，此时可进行开门操作，延时一段时间后，失电断开，门把手不可再操控门锁。

结合系统的功能，系统在上电后进行初始化配置，并进入联网等待状态，如果已经连过当前的WiFi会直接连上，否则直到手机为其进行配网设置后会连上网络。在连上网络后，会在显示屏显示当前的时间、日期、温度、天气等信息。

在初始界面之下，用户可以对系统进行实时操作。在初始界面可以由两种操控进行选择：指纹开锁还是密码解锁，分别为*键、#键进行选择。

按*键后屏幕界面提示请输入指纹，指纹匹配验证成功会提示验证成功并接通继电器，进行开门操作。若指纹验证失败则提示指纹验证失败并返回初始界面，若等待一段时间无指纹按压则自动返回初始界面。

按#键后屏幕界面会提示请输入密码，密码验证成功后会有欢迎提示，并进行开门操作，否则会提示密码失败并返回初始界面。

在手机端APP上面可以进行按键开锁、指纹模块设置和密码修改操作。在手机端按下开门按钮，会直接进行开门操作。按下指纹模块是在屏幕上进入指纹设置界面，有三个选择键可按，分别为添加指纹，删除指纹和验证指纹，可根据自己的需要进行选择。按下密码修改按键可以输入6位密码来代替之前的密码，新的密码将会保存到EEPROM中，在断电重启后，密码依旧保持不变。

本基于Arduino芯片的指纹识别锁电路结构简单可靠，以ESP32芯片为核心，通过手机APP实现远程遥控开锁；指纹识别电路实现指纹识别开锁，键盘输入电路实现密码开锁。

本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于Arduino芯片的指纹识别锁电路，其特征在于：包括主控MCU、显示电路、指纹识别电路、开锁电路和键盘输入电路，所述显示电路、指纹采集电路、开锁电路和键盘输入电路均与主控MCU连接；

所述主控MCU采用ESP32-WROVER-E模组，所述ESP32-WROVER-E模组与移动终端无线通信连接；

所述指纹识别电路采用AS608模块，所述AS608模块的TX引脚连接ESP32-WROVER-E模组的引脚28，所述AS608模块的RX引脚连接ESP32-WROVER-E模组的引脚27，所述AS608模块的VCC引脚连接3.3V电源，所述AS608模块的GND引脚连接地线；

所述开锁电路包括电阻R9、电阻R8、三极管Q1、二极管D2、继电器K1和门锁电磁铁，所述电阻R8的一端连接ESP32-WROVER-E模组的引脚1，电阻R8的另一端同时连接三极管Q1的基极和电阻R9的一端，所述三极管Q1的发射极和电阻R9的另一端均连接地线，三极管Q1的集电极同时连接二极管D2的正极和继电器K1线圈的一端，二极管D2的负极和继电器K1线圈的另一端均连接3.3V电源，继电器K1的公共端连接地线，继电器K1的常开端通过门锁电磁铁连接12V电源。

2.根据权利要求1所述的基于Arduino芯片的指纹识别锁电路，其特征在于：所述显示电路采用OLED12864显示屏，所述OLED12864显示屏的SCL引脚连接ESP32-WROVER-E模组的引脚36，所述OLED12864显示屏的SDA引脚连接ESP32-WROVER-E模组的引脚33，所述OLED12864显示屏的VCC引脚连接电源VCC，所述OLED12864显示屏的GND引脚连接地线。

3.根据权利要求2所述的基于Arduino芯片的指纹识别锁电路，其特征在于：所述键盘输入电路包括4*4矩阵键盘，所述4*4矩阵键盘包括按键S3至按键S18，所述按键S3、按键S7、按键S11和按键S15的一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚16，所述按键S4、按键S8、按键S12和按键S16的一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚14，所述按键S5、按键S9、按键S13和按键S17的一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚13，所述按键S6、按键S10、按键S14和按键S18的一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚12，所述按键S3、按键S4、按键S5和按键S6的另一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚8，所述按键S7、按键S8、按键S9和按键S10的另一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚9，所述按键S11、按键S12、按键S13和按键S14的另一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚10，所述按键S15、按键S16、按键S17和按键S18的另一端均连接ESP32-WROVER-E模组的引脚11。

4.根据权利要求3所述的基于Arduino芯片的指纹识别锁电路，其特征在于：所述移动终端采用手机APP。

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