1   序论

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在大学时间，我的寝室使用传统钥匙开门，但我普通因为匆匆或者过错而健忘带钥匙，导致我方被锁在门外。每次寻找备用钥匙或者求援同学，不仅粉碎工夫，还给生计带来了诸多未便。固然市面上有很多智能门锁，但这些居品大多需要对原有门锁结构进行修订，而这种更正在学校寝室内是不被允许的，同期安装也较为复杂，难以顺应临时性使用的场景。

为了透顶贬责这个问题，我萌发了好处智能门锁的念念法。这款智能门锁无需更正原有结构，安装方便、操作约略，大致在保留原有门锁的基础上，杀青更安全、更方便的开锁相貌。不仅餍足了我的本体需求，也让我在想象过程中积蓄了更多的专科学问和现实教化。此次项谋略斥地，不仅是对本人问题的贬责，更是对智能化生计相貌的一次故意探索。

2   智能加密门锁硬件想象

2.1 硬件举座想象

系统框图如图1所示，举座想象包括以下几个主要模块：主控单位使用基于ARM Cortex-M0核的MSPM0G3507微限制器，提供巨大的运算智商；电源经管系统采纳锂电板，并通过电源经管芯片进行经管，确保电源解析并延伸电板使用寿命；用户交互模块由按键输入和OLED 显露屏构成，使用户操作愈加约略直不雅。

图1 系统框图

另外，指纹识别模块采纳FP3883 模块，具有高精度识别智商，擢升系统安全性；舵机驱动模块庄重采纳微处理器的指示，精准限制门锁开关，提高安全性。通盘系统围绕MSPM0G3507 微限制器想象，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，通盘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修复三部分构成。

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，庄重为系统提供解析的电源复旧，确保修复大致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，它行为系统的中枢限制单位，庄重处理各类信号并现实逻辑运算和限制任务。

右侧部分为外接输入输出修复，主要包括用户操作按钮、交互显露屏、指纹识别模组以及现实机构舵机等。这些修复分离庄重输入用户指示、反映责任情状、网罗生物信息以及杀青动作输出。

2.3 微限制器

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，是本项谋略理念念遴选。

MSPM0G3507 的运行频率高达80MHz，内置128KB 闪存（带纠错码ECC）和32KB SRAM，总共餍足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，便于多种外设的天真扩张。

其功能特质包括一个复旧CAN-FD 和CAN 2.0 的CAN 接口、两个同步采样的12 位4MSPS ADC（认为复旧多达17 个外部通说念）以及一个12 位1MSPS DAC（集成输出缓冲器）。芯片内置7 通说念DMA 限制器和7 个计时器，复旧多达22 个PWM 通说念，进一步擢升了信号处理和限制的智商。内置的真立地数发生器（TRNG）和复旧128 位或256 位密钥的AES 加密功能，增强了系统的安全性。为了杀青超低功耗格式，MSPM0G3507在关断情状下的功耗仅为78nA，并具备I/O 叫醒智商。

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复旧。空洞这些本性，MSPM0G3507 在性能、功能和功耗上皆越过契合本项谋略要求，具体电路想象如图3所示。

图3 单片机最小系统

2.4 电源经管

本项谋略电源模块采纳高效芯片组合想象，兼顾功耗与解析性。

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

MT3608L行为升压DC-DC芯片，集成80 mΩ低阻功率MOSFET，最大输出电流2.5A，复旧2.2 V-16 V宽输入电压限制，具备可编程过流保护（0.5A 至2.5A）和最高20 V 输出智商，餍足高电压需求。

WL9005 行为低功耗LDO，待机功耗仅0.3 μA，复旧最大500 mA 输出电流，低压差100 mV（@100 mA输出，Vout=3.3 V），为系统提供解析的低功耗电源。以上芯片的协同想象杀青了高效果、低功耗的电源经管，为系统提供解析可靠的供电复旧。具体电路想象如图4 所示。

图4 电源经管

2.5 用户交互

交互模块由按键输入和OLED 显露屏构成。用户通过按键输入进行操作，OLED 显露屏则复返用户指示的现实终结以及系统情状信息。这种想象使得通盘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解析性，识别速率快，大致顺应多样环境。另外，FPM3883 指纹模块待机电流低至20ua，和MSPM0G3507 微处理器搭配使用，可保证通盘系统的运行效果。本样式采纳舵机进行门锁的开关。舵机驱动模块则庄重采纳微处理器的指示，驱动舵机旋转，以开放或关闭门锁。具体电路图如图5。

图5 用户交互

3   智能加密门锁固件想象

固件主要有以下功能：用户与经管员格式经管密码锁复旧两种责任格式：用户格式和经管员格式。用户格式主要用于普通操作，而经管员格式用于高等树立和权限经管。多种身份考据经管方面复旧用户密码与指纹经管，普通用户不错通过树立或修改密码及录入指纹来进行身份考据。同期也复旧经管员密码与指纹经管：经管员可落寞树立专属密码和指纹，并对扫数效户的密码和指纹信息进行经管。

密码和指纹的情状限制方面复旧密码和指纹的冻结妥协冻功能。冻结后，对应的密码或指纹将暂时失效，无法用于解锁。解冻后收复同样使用。

数据安全性方面复旧对密码的加密，系统对用户和经管员密码进行加密存储，隆重信息泄露。同期也复旧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。

安全提醒功能方面复旧低压报警，当修复电板电量不实时，会主动触发报警，提醒用户实时充电以幸免锁具失效。

3.1 开锁进程

系统上电后，左证用户身份和考据相貌现实不同操作的逻辑。进程包括普通用户和经管员两种脚色，分离复旧指纹和密码考据。关于普通用户，考据顺利后系统解锁并参预寝息格式；考据失败则径直参预寝息。关于经管员，考据顺利后系统解锁并参预经管格式以现实有关操作；考据失败则保捏面前情状。举座想象保证了系统的安全性和操作的便利性。具体进程图如图6 所示。

图6 开锁进程

3.2 经管进程

参预经管员格式后，用户不错遴选不同的经管功能，包括经管用户密码、经管经管员密码、经管用户指纹、经管经管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，考据通事后查验操作是否超时，未超时则现实相应的经管任务，如树立或修改密码、录入或删除指纹等；若超时，则参预寝息情状并收尾操作。具体进程图如图7 所示。

图7 经管进程

3.3 指纹加解密进程

在加密进程中，系统通过硬件立地数发生器(TRNG)生成用于加密的AES 密钥和驱动化向量(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，系统再次愚弄TRNG 生成存储位置有关的信息，以确守秘文的安全存储。终末，将生成的AES 加密信息和加密密文安全地写入FLASH中，以便后续看望和使用。具体进程图如图8 所示。

图8 指纹加密进程

在解密进程中，系统当先接选取户输入的指纹信息行为比对数据的基础。随后，从FLASH存储中读取之前保存的AES 密钥、驱动化向量(IV) 和加密的正信托息密文。通过这些重要数据，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，左证比对终结判断其正确性，并复返相应的情状值。具体进程图如图9 所示。

图9 指纹解密进程

3.4 密码加密进程

在加密进程中，系统需要获得用户输入的密码。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。要是计算得到的哈希值与存储的哈希值一致，表现密码考据通过；不然，讲明密码不实。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泄露明文密码的风险。具体进程图如图10所示。

图10 密码加密、密码判断进程

3.5 功耗经管

在功耗经管中，系统的寝息进程当先通过获恰面前格式的运行工夫，计算出剩余工夫。要是剩余工夫为零，系统会参预寝息情状以简略能量。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，系统同样运行；当电压降至3.7 V 以下时，系统会触发充电提醒，辅导用户进行充电；若电压进一步着落至3.3 V 以下，系统则会自动参预寝息格式，以保护电板并延伸其使用寿命。具体进程图如图11 所示。

图11 功耗经管进程

4   零部件想象与制造

4.1 主体安装

基于MSPM0G3507 的智能加密门锁系统的的主体安装结构如图12、图13 所示。

图12 主体图图13 主体爆炸图

4.2 开锁安装

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 双摇杆结构开锁表现图图15 开锁安装

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

左证测量，系统的待机平均电流为31.687 μA。以此计算，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，每次捏续6.072 秒，则一天的开门功耗可通过计算得出开门功耗约为2.89 mAh。开锁功耗图如图20 所示。

图20 开锁功耗

伙同待机和开锁功耗计算，系斡旋天的总功耗为3.65 mAh。本样式采纳了一块额定容量为5000 mAh 的锂电板，洽商到本体使用中的容量衰减，按照80% 的可用容量计算，可提供约4000 mAh的电量。由此可推算，系统在满电情状下的使用工夫为1095 天。

即一次充满电不错捏续运行约3 年，具体使用工夫可能会因本体使用频率和环境条款有所变化。

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