一种基于电容数字转换器的手势密码锁制造技术

本实用新型专利技术提供了一种基于电容数字转换器的手势密码锁，主要由手势识别模块、传感器模块、主控单元、解锁控制单元、报警单元和按键输入单元构成，并加入卡尔曼滤波进行稳定优化。本实用新型专利技术系统可靠性高，保密性好，相比一般的数字密码锁有更高的安全性和稳定性，具有实用价值。

A gesture cipher lock based on capacitor digital converter

The utility model provides a gesture cipher lock based on a capacitance digital converter, which is mainly composed of gesture recognition module, sensor module, main control unit, unlocking control unit, alarm unit and key input unit, and is added with Kalman filter for stable optimization. The system of the utility model has high reliability and good confidentiality, higher security and stability compared with the general digital password lock, and has practical value.

【技术实现步骤摘要】
一种基于电容数字转换器的手势密码锁
本技术涉及密码锁领域，具体而言，涉及一种基于电容数字转换器的手势密码锁。
技术介绍
随着科技水平的不断提高，人们的安全防范意识日益增强。而传统的机械锁按键触点易损坏，钥匙易丢失，易撬锁，安全性、保密性不高，已经不能满足人们日益增长的财产保护要求。电子密码锁是在传统机械锁的基础上改进的采用密码输入的控制电路实现开锁、闭锁的电子产品。电子密码锁较传统机械锁而言，安全性好、稳定性高、保密性好，可以满足人们的财产保护需求。从锁的发展趋势来看，目前主要向刷卡、指纹、电子等方向发展，这三种密码锁的方式较传统机械锁有很好的保密性，但也有一定的局限性。刷卡式密码锁可以用自己的IC卡来开锁，操作简单，但对IC卡的要求比较高，如果和强磁的物体接触，IC卡有可能磁性减弱，无法打开密码锁。电子密码锁具有操作快、修改密码简单随意、只需输入0-9数字即可开锁等优点，但稳定和耐用性不好。指纹作为钥匙，保密性强，易用，但对手的干湿度要求比较严，对手指放的位置的识别也比较呆板。
技术实现思路
为了提高锁具的保密性和安全性，降低对钥匙的依赖，本技术设计了一种基于电容数字转换器的手势密码锁。为实现上述目的，本技术采用的技术方案如下：一种基于电容数字转换器的手势密码锁，其特征在于，包括手势识别模块、传感器模块、主控单元、解锁控制单元、报警单元和按键输入单元；所述手势识别模块输出端与传感器模块的输入端连接；所述主控单元输入端分别与传感器模块的输出端和按键输入单元的输出端连接；所述主控单元输出端分别与解锁控制单元的输入端和报警单元的输入端连接。优选的，所述手势识别模块包含有铜制探头，所述铜制探头分为两部分，分别为用于检测指尖部位的上部与用于检测手心部位的下部。优选的，所述铜制探头上方1cm处设有一层亚克力板。优选的，所述按键输入单元采用4*4矩阵键盘。优选的，所述传感器模块为FDC2214电容数字转换器。优选的，所述主控单元采用STM32单片机。优选的，所述报警单元采用蜂鸣器与发光二极管。有益效果：1.本技术采用电容数字转换器将手势信息转化为数字量，降低功耗与成本、提高转化稳定性和精度。2.本技术采用手势识别与数字密码相结合的双重身份验证方法，若密码输入多次失败，则驱动报警单元进行声光报警，保密性好且稳定性高，可广泛应用于商业办公、小区公寓、密码箱等诸多行业。3.本技术在铜制探头上方1cm处设有一层亚克力板，亚克力板与探头位置适中，既有利于探头灵敏检测到不同手势，又减少了亚克力板的微小形变对输入电容值产生较大的影响，采用此种结构增强了手势识别的稳定性和可靠性。附图说明图1为系统结构框图图2为手势识别区域示意图图3为手势放置方式示意图图4为传感器模块电路图图5为单片机最小系统电路图图6为解锁控制单元电路图图7为报警单元电路图图8为按键输入电路图图9为手势识别流程示意图图10为系统程序流程图具体实施方式针对现有技术中的上述问题，本技术目的在于提供一种基于电容数字转换器的手势密码锁，为使本技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。如图1所示系统结构框图，包括手势识别模块、传感器模块、主控单元、解锁控制单元、报警单元和按键输入单元。所述手势识别模块输出端与传感器模块的输入端连接；所述主控单元输入端分别与传感器模块的输出端和按键输入单元的输出端连接；所述主控单元输出端分别与解锁控制单元的输入端和报警单元的输入端连接。手势识别模块：手势识别区域如图2所示，两片铜制探头上下分布，分别与电容数字转换器通道相连接。手势放置方式如图3所示，中心的椭圆区域用以放置手心，中上方区域用以放置指尖，采用这种结构，将手掌与手指区分开，使输入不同手势时，转换出的数字量区分度更高，以增加手势识别的精度。表面是一层亚克力板置于探头上方约1cm处，此距离若过大，则探头难以灵敏地检测到不同的手势，若过小，则会使亚克力板的微小形变对输入电容值产生较大影响。因此，采用此种结构增强了手势识别的稳定性和可靠性。传感器模块：传感器模块电路如图4所示，传感器模块包括数据采集模块和与外部模块相连的五个端口，分别为P1-P5，其中P1和主控单元的IIC通信接口及电源相连进行数据的传输，P2、P3、P4、P5和探头相连接，数据采集模块对手势进行信息的采集，数据采集模块主要由FDC2214电容数字转换器构成，FDC2214采用创新型抗EMI架构，即使在高噪声环境中也能维持性能不变。FDC2214是面向电容式传感解决方案的抗噪声和EMI、高分辨率、高速、多通道电容数字转换器系列。该系列器件采用基于窄带的创新型架构，可对噪声和干扰进行高度抑制，同时在高速条件下提供高分辨率。该系列器件支持宽激励频率范围，可为系统设计带来灵活性。宽频率范围对于导电液体(例如清洁剂、肥皂液和油墨)感测的可靠性特别有用。主控单元：主控单元主体为单片机最小系统，单片机最小系统电路图如图5所示，控制器是手势密码锁的核心，该手势密码锁采用STM32F103ZET6基于ARM架构的微控制器作为核心控制系统。STM32F103ZET6是ARMCortex-M系列控制器的一种，具有72M主频，STM32F103ZET6由5个通用异步收发器(UART)、2个看门狗定时器(独立的和窗口型的)、11个定时器、13个通信接口、多达112个IO接口、2个12位ADC模块，并具有64KB系统SRAM和256KB的FLASH，而且支持睡眠、停机和待机模式。解锁控制单元：解锁控制单元电路如图6所示，解锁控制单元电路的输入与单片机STM32的PB0端口相连。在单片机没有进行解锁操作时，PB0输出低电平，使得VD1截止，SCR1不导通，继电器或接触器K不动作，相当于“断开”状态。单片机给出高电平信号后，电压经R1、AN、VD1为SCR1提供触发电流使其导通，K得电，触点接通负载工作。由于电容两端电压不能突变，因而SCR2在接入高电平时不导通，电流经R3、VD2向C充电。若再次接入高电平时，此时电容C上的电压作为SCR2的触发电压，使SCR2导通，SCR1的阳极电压降低，SCR1截止，K释放。电容C通过R2、SCR2的控制极、阴极进行放电，电路恢复到原来状态，从而实现自锁作用。报警单元：报警单元电路如图7所示，采用蜂鸣器和发光二极管作为报警装置，其中，单片机PA0端口与蜂鸣器驱动电路相连接，单片机PA1端口与发光二极管驱动电路相连接。在电路中，三极管作开关作用。在报警电路未启动时，单片机向两个电路的输入端口输入低电平，三极管集电极与发射极不导通，故无法启动发光二极管与蜂鸣器。当输入密码次数超过设定次数时，STM32单片机向两个电路的输入端口输出高电平，两个二极管的集电极与发射极导通，使得该电路顺利驱动蜂鸣器与发光二极管。通过声音和灯光达到报警效果。按键输入单元：按键密码输入电路由4*4矩阵键盘构成，为了减少I/O口的占用，将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。列线和行线分别接入单片机I/O口，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电容数字转换器的手势密码锁，其特征在于，包括手势识别模块、传感器模块、主控单元、解锁控制单元、报警单元和按键输入单元；所述手势识别模块输出端与传感器模块的输入端连接；所述主控单元输入端分别与传感器模块的输出端和按键输入单元的输出端连接；所述主控单元输出端分别与解锁控制单元的输入端和报警单元的输入端连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于电容数字转换器的手势密码锁，其特征在于，包括手势识别模块、传感器模块、主控单元、解锁控制单元、报警单元和按键输入单元；所述手势识别模块输出端与传感器模块的输入端连接；所述主控单元输入端分别与传感器模块的输出端和按键输入单元的输出端连接；所述主控单元输出端分别与解锁控制单元的输入端和报警单元的输入端连接。2.根据权利要求1所述的一种基于电容数字转换器的手势密码锁，其特征在于，所述手势识别模块包含有铜制探头，所述铜制探头分为两部分，分别为用于检测指尖部位的上部与用于检测手心部位的下部。3.根据权利要求1所述的一种基于电容数字转换器的手势密码锁，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯英奇，王锡宁，王跃飞，刘雨，张秀再，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32