基于虹膜识别的家居智能电子锁系统设计

齐昌华 李文建 汪志康 王威 许建国

摘要： 基于物联网的飞速发展和虹膜识别技术的安全可靠性，本文提出了一种基于虹膜识别的家居智能电子锁系统设计方案。系统设计主要分为锁体控制模块、数据采集模块、数据交互模块、客户端等部分。系统在虹膜识别解锁的基础上增加了终端远程解锁功能，信息查询功能和门锁未关提醒功能，该系统将提高家庭的安全性和门使用的便捷性，更能提升门锁的智能化程度。系统运行结果表明，设计方案切实可行，有一定的实用价值。

关键词： 虹膜识别;物联网;电子锁

基金：长江大学工程技术学院2019年大学生创新创业训练计划项目（S201913245012）

引言

随着5G时代的来临，物联网的发展迎来了新的机遇。而锁具作为家居必不可少的一部分，智能电子锁也成了锁具发展的必然趋势。

随着生物特征识别技术的不断发展成熟，在门禁系统中的应用逐渐成为主流[1]。虹膜识别具有唯一性、稳定性、难以伪造和非接触式等突出优点，使得其作为身份认证信息备受重视。若将安全系数高，运用广泛的虹膜识别技术与物联网的发展大趋势结合在一起，研发一款基于虹膜识别的家居智能电子锁，用户只需打开手机登录管理系统即可与智能电子锁进行信息交互，只要能上网，就可以控制门锁和查看门锁信息。设计这样一款兼顾安全，便捷，高性价比的智能电子锁，必将开启家居智能智能电子锁的新时代[2]。

详细系统设计

系统架构

本系统以树莓派作为硬件控制核心，控制继电器模块、虹膜识别模组、霍尔常感器模块。霍尔传感器模块检测门锁开关状态，虹膜摄像头模组提取用户虹膜图像，为数据采集端。继电器模块控制电控锁开关锁，为锁体控制端。树莓派与各模块之间进行串口通讯，通过互联网与服务器进行数据交互，为数据交互端。服务器不仅作为客户端与硬件系统数据交换的枢纽，还承担着客户信息的存储，虹膜数据的分析、提取、匹配工作。系统结构图如图1所示。

系統功能设计

本系统有六大主要功能，如图2，功能及实现介绍如下：

用户管理

用户分为普通用户和管理员用户，管理员用户具有最高权限，普通用户注册的账号经过管理员激活后才可使用，管理员可以查看普通用户的使用记录、设置普通用户账号权限。

虹膜识别解锁

虹膜识别作为本系统中最关键技术，体现在虹膜图像的提取、虹膜匹配识别以及虹膜识别的精度。虹膜识别大致分为五部分：虹膜图像采集及预处理、虹膜图像有效区域定位、虹膜图像纹理归一化、截取虹膜图像感兴趣区域（POI）、虹膜多特征提取与融合识别算法[3]。用户通过客户端发送录入虹膜信息指令，经服务器校验指令有效后发送到树莓派，树莓派打开摄像头拍摄用户虹膜图片发送到服务器，服务器执行虹膜信息提取程序，并将数据存储到数据库中。当虹膜识别模块检测到用户虹膜时，便会将图像上传到服务器并提取有效信息，与数据库中存储到的虹膜数据进行匹配，若匹配成功，服务器向树莓派发送开锁指令，树莓派控制继电器开启电控锁。

远程解锁

用户通过客户端发送开锁指令后，经过服务器校验指令有效后转发到树莓派，树莓派控制继电器开启电控锁实现远程解锁。当家里来了客人而主人不在家或者主人不便亲自开门时便可以使用远程解锁功能，一键解锁，解决诸多不便。

门锁状态查询

用户可以随时登录客户端查看门锁是否已经关闭，避免了用户因为不知家里门锁是否关闭带来的不便。

门锁未关提醒

在门锁上安装有一个霍尔传感器用于检测门锁是否关上，用户可自行设置门锁未关提醒的时间。当门锁未关闭达到设定时间时，系统会自动向用户发送短消息提醒用户，避免了不必要的财产损失。

门锁使用记录查询

用户每次开锁后系统会自动记录并存储在数据库中，用户可登录客户端实时查看。数据库部分开锁记录如图3。

系统开发方案

该系统后台程序采用JAVA程序语言设计，jdk采用1.8版本，采用关系型数据库mysql 5.7版本，使用阿里云云服务器ECS，基于eclipse平台开发。系统硬件采用树莓派作为电子锁控制核心，树莓派体积小、开源、使用Linux系统、接口丰富等特点使得它能作为电子锁系统的中枢点，同时使用无线网络技术实现对电子锁的远程控制。用户登录客户端后执行各功能操作。

结语

系统将虹膜识别与物联网相结合，为用户提供了一种新型的更安全、更便捷的解锁方式，用户仅需一部手机即可控制门锁，查看门锁状态信息和使用记录，还能在门锁未关时收到短信提醒。但系统仍然还有很大的上升空间。比如系统可以将普通机械锁与智能电子锁相结合，当电子系统失灵时，还可以使用钥匙开门。还可以将家庭监控和家居电器如照明设备、电视等接入智能电子锁系统，全部实现智能控制，真正做到家居智能。

参考文献

刘辉，葛昊.人脸识别技术在门禁系统中的应用研究[J].无线互联科技，2017（24）：132–133+138.

肖瑞虎，吴铮杰，肖逸，阮军.基于Arduino的智能电子锁的设计与实现[J].科技与创新，2018（10）：16–18.

李晶晶，童艳，王迪.虹膜识别技术在智慧城市身份认证中的应用研究[J].电子测试，2018（20）：37–38.