1   绪论

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在大学时期，我的寝室使用传统钥匙开门，但我时常因为急促中或者肆虐而健忘带钥匙，导致我方被锁在门外。每次寻找备用钥匙或者求援同学，不仅铺张时期，还给糊口带来了诸多未便。固然市面上有好多智能门锁，但这些家具大多需要对原有门锁结构进行纠正，而这种调动在学校寝室内是不被允许的，同期安装也较为复杂，难以允洽临时性使用的场景。

为了透彻治理这个问题，我萌发了克己智能门锁的思法。这款智能门锁无需调动原有结构，安装方便、操作毛糙，简略在保留原有门锁的基础上，达成更安全、更方便的开锁花式。不仅骄矜了我的本色需求，也让我在瞎想过程中积贮了更多的专科学问和推行教悔。此次项策画开辟，不仅是对自己问题的治理，更是对智能化糊口花式的一次成心探索。

2   智能加密门锁硬件瞎想

2.1 硬件举座瞎想

系统框图如图1所示，举座瞎想包括以下几个主要模块：主控单位使用基于ARM Cortex-M0核的MSPM0G3507微适度器，提供巨大的运算才略；电源治理系统遴荐锂电板，并通过电源治理芯片进行治理，确保电源踏实并延伸电板使用寿命；用户交互模块由按键输入和OLED 深入屏构成，使用户操作愈加浅陋直不雅。

图1 系统框图

另外，指纹识别模块遴荐FP3883 模块，具有高精度识别才略，普及系统安全性；舵机驱动模块老成采选微处理器的指示，精准适度门锁开关，提高安全性。所有这个词系统围绕MSPM0G3507 微适度器瞎想，确保智能加密门锁的高性能、可靠性及易用性。

2.2 总旨趣图

总旨趣图如图2所示，所有这个词系统主要由左侧的电源模块电路、中间的单片机最小系统模块以及右侧的外接输入输出建设三部分构成。

图2 总旨趣图

电源模块电路包括锂电板充放电电路和锂电板升压电路，老成为系统提供踏实的电源撑抓，确保建设简略在低功耗和高效力之间切换。

中间部分是基于MSPM0G3507 的单片机最小系统模块，它行动系统的中枢适度单位，老成处理各样信号并引申逻辑运算和适度任务。

右侧部分为外接输入输出建设，主要包括用户操作按钮、交互深入屏、指纹识别模组以及引申机构舵机等。这些建设辞别老成输入用户指示、反应使命景况、采集生物信息以及达成动作输出。

2.3 微适度器

在本样式中，MSPM0G3507 被选作东控单位。这款微处理器基于ARM® 32 位Cortex®-M0+ 内核，具有高性能与低功耗的上风，是本项策画理思取舍。

MSPM0G3507 的运行频率高达80MHz，内置128KB 闪存（带纠错码ECC）和32KB SRAM，全王人骄矜指纹识别与舵机驱动的性能需求。此外，该微处理器还配备了四个UART 接口、两个I2C 接口和两个SPI 接口，便于多种外设的活泼扩张。

其功能特质包括一个撑抓CAN-FD 和CAN 2.0 的CAN 接口、两个同步采样的12 位4MSPS ADC（共计撑抓多达17 个外部通谈）以及一个12 位1MSPS DAC（集成输出缓冲器）。芯片内置7 通谈DMA 适度器和7 个计时器，撑抓多达22 个PWM 通谈，进一步普及了信号处理和适度的才略。内置的真立时数发生器（TRNG）和撑抓128 位或256 位密钥的AES 加密功能，增强了系统的安全性。为了达成超低功耗模式，MSPM0G3507在关断景况下的功耗仅为78nA，并具备I/O 叫醒才略。

此外，其两个零漂移、零交叉斩波运算放大器以及一个通用放大器，为模拟信号处理提供了优异的性能撑抓。详尽这些脾气，MSPM0G3507 在性能、功能和功耗上王人非凡契合本项策画要求，具体电路瞎想如图3所示。

图3 单片机最小系统

2.4 电源治理

本项策画电源模块遴荐高效芯片组合瞎想，兼顾功耗与踏实性。

LP7801用于锂电板的充放电治理，待机功耗仅1μA，撑抓最大500 mA 输出电流，具备线性充电、同步升压输出5.1 V（后果95%）及过流、短路、过温保护功能，确保电板安全和寿命。

MT3608L行动升压DC-DC芯片，集成80 mΩ低阻功率MOSFET，最大输出电流2.5A，撑抓2.2 V-16 V宽输入电压限度，具备可编程过流保护（0.5A 至2.5A）和最高20 V 输出才略，骄矜高电压需求。

WL9005 行动低功耗LDO，待机功耗仅0.3 μA，撑抓最大500 mA 输出电流，低压差100 mV（@100 mA输出，Vout=3.3 V），为系统提供踏实的低功耗电源。以上芯片的协同瞎想达成了高后果、低功耗的电源治理，为系统提供踏实可靠的供电撑抓。具体电路瞎想如图4 所示。

图4 电源治理

2.5 用户交互

交互模块由按键输入和OLED 深入屏构成。用户通过按键输入进行操作，OLED 深入屏则复返用户指示的引申完毕以及系统景况信息。这种瞎想使得所有这个词系统的操作更为直不雅方便。本样式使用的是FPM3883 指纹模块，该模块具有较高的精度和踏实性，识别速率快，简略允洽多样环境。另外，FPM3883 指纹模块待机电流低至20ua，和MSPM0G3507 微处理器搭配使用，可保证所有这个词系统的运行后果。本样式遴荐舵机进行门锁的开关。舵机驱动模块则老成采选微处理器的指示，驱动舵机旋转，以掀开或关闭门锁。具体电路图如图5。

图5 用户交互

3   智能加密门锁固件瞎想

固件主要有以下功能：用户与治理员模式治理密码锁撑抓两种使命模式：用户模式和治理员模式。用户模式主要用于无为操作，而治理员模式用于高等缔造和权限治理。多种身份考据治理方面撑抓用户密码与指纹治理，无为用户不错通过缔造或修改密码及录入指纹来进行身份考据。同期也撑抓治理员密码与指纹治理：治理员可独处缔造专属密码和指纹，并对所灵验户的密码和指纹信息进行治理。

密码和指纹的景况适度方面撑抓密码和指纹的冻结息争冻功能。冻结后，对应的密码或指纹将暂时失效，无法用于解锁。解冻后规复闲居使用。

数据安全性方面撑抓对密码的加密，系统对用户和治理员密码进行加密存储，防护信息裸露。同期也撑抓指纹的加解密录入的指纹信息通过加密算法处理，在需要时可解密以进行身份考据。

安全提醒功能方面撑抓低压报警，当建设电板电量不实时，会主动触发报警，提醒用户实时充电以幸免锁具失效。

3.1 开锁历程

系统上电后，笔据用户身份和考据花式引申不同操作的逻辑。历程包括无为用户和治理员两种变装，辞别撑抓指纹和密码考据。关于无为用户，考据告捷后系统解锁并参加就寝模式；考据失败则平直参加就寝。关于治理员，考据告捷后系统解锁并参加治理模式以引申联系操作；考据失败则保抓刻下景况。举座瞎想保证了系统的安全性和操作的便利性。具体历程图如图6 所示。

图6 开锁历程

3.2 治理历程

参加治理员模式后，用户不错取舍不同的治理功能，包括治理用户密码、治理治理员密码、治理用户指纹、治理治理员指纹以及解锁密码或指纹。每项操作需要通过密码或指纹考据身份，考据通事后检查操作是否超时，未超时则引申相应的治理任务，如缔造或修改密码、录入或删除指纹等；若超时，则参加就寝景况并扫尾操作。具体历程图如图7 所示。

图7 治理历程

3.3 指纹加解密历程

在加密历程中，系统通过硬件立时数发生器(TRNG)生成用于加密的AES 密钥和运行化向量(IV)，确保加密过程的高安全性。随后，对指纹明文数据进行AES 加密，生成对应的加密密文。接着，系统再次专揽TRNG 生成存储位置联系的信息，以确障翳文的安全存储。终末，将生成的AES 加密信息和加密密文安全地写入FLASH中，以便后续考核和使用。具体历程图如图8 所示。

图8 指纹加密历程

在解密历程中，系统辖先接登科户输入的指纹信息行动比对数据的基础。随后，从FLASH存储中读取之前保存的AES 密钥、运行化向量(IV) 和加密的正敬佩息密文。通过这些要害数据，系统使用AES 解密算法对存储的密文进行解密，得到原始的明文信息。解密完成后，系统将解密得到的明文与用户输入的指纹信息进行对比，笔据比对完毕判断其正确性，并复返相应的景况值。具体历程图如图9 所示。

图9 指纹解密历程

3.4 密码加密历程

在加密历程中，系统需要得回用户输入的密码。然后，使用SHA256 算法对输入的密码进行加密，得到一个固定长度的哈希值。接下来，将该哈希值存储到闪存（flash）中以备后续考据使用。当用户再次输入密码时，系统会对输入的密码进行SHA256 加密，并与闪存中保存的哈希值进行比对。要是磋议得到的哈希值与存储的哈希值一致，透露密码考据通过；不然，讲明密码诞妄。这个过程通过哈希加密确保了密码的安全性，幸免了在存储过程中裸露明文密码的风险。具体历程图如图10所示。

图10 密码加密、密码判断历程

3.5 功耗治理

在功耗治理中，系统的就寝历程领先通过得回刻下模式的运行时期，磋议出剩余时期。要是剩余时期为零，系统会参加就寝景况以省俭能量。与此同期，电板保护机制会实时监测电板电压。当电板电压高于3.7 V 时，系统闲居运行；当电压降至3.7 V 以下时，系统会触发充电提醒，提醒用户进行充电；若电压进一步着落至3.3 V 以下，系统则会自动参加就寝模式，以保护电板并延伸其使用寿命。具体历程图如图11 所示。

图11 功耗治理历程

4   零部件瞎想与制造

4.1 主体装配

基于MSPM0G3507 的智能加密门锁系统的的主体装配结构如图12、图13 所示。

图12 主体图图13 主体爆炸图

4.2 开锁装配

基于MSPM0G3507 的智能加密门锁系统的的开锁结构如图14、图15 所示。

图14 双摇杆结构开锁暗示图图15 开锁装配

5 作品展示

5.1 什物模子展示

基于MSPM0G3507 的智能加密门锁系统的的什物图、PCB 和渲染图如图16、图17、图18 所示。

图16 什物展示图17 PCB图图18 PCB渲染图

5.2 功耗展示

笔据测量，系统的待机平均电流为31.687 μA。以此磋议，一天（24 小时）的待机功耗约为0.76 mAh。待机功耗图如图19 所示。

图19 待机功耗

系统开锁时的平均功耗为171.332 mA，假定一天开门10 次，每次抓续6.072 秒，则一天的开门功耗可通过磋议得出开门功耗约为2.89 mAh。开锁功耗图如图20 所示。

图20 开锁功耗

集结待机和开锁功耗磋议，系协调天的总功耗为3.65 mAh。本样式遴荐了一块额定容量为5000 mAh 的锂电板，斟酌到本色使用中的容量衰减，按照80% 的可用容量磋议，可提供约4000 mAh的电量。由此可推算，系统在满电景况下的使用时期为1095 天。

即一次充满电不错抓续运行约3 年，具体使用时期可能会因本色使用频率和环境条目有所变化。

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