基于手機藍牙的智能鎖設(shè)計

朱其青+王炳庭+鄧圣+童旺+張開翼

摘 要： 本文介紹的智能鎖系統(tǒng)主要采用STC89C52單片機作為控制核心，外圍加HC-06藍牙模塊電路、電控鎖控制等電路及手機APP組成。門禁系統(tǒng)主要由CPU、復(fù)位電路、時鐘電路、電控鎖電路、藍牙模塊等組成。本系統(tǒng)通過HC-06藍牙模塊接收來自手機APP發(fā)送的信息，由單片機處理后交由電控鎖電路實現(xiàn)門禁。本智能鎖系統(tǒng)優(yōu)化了普通鎖的開鎖繁瑣等諸多不足，增強了普通鎖安全性，把手機APP與開鎖相結(jié)合同時降低了智能鎖的成本，促進了智能鎖的發(fā)展。

關(guān)鍵詞： 單片機 智能鎖 藍牙

1.引言

由于電子元器件特別是單片機應(yīng)用在這幾年得到空前的發(fā)展，智能鎖功能性、穩(wěn)定性都比較全面。就保密性而言，目前市場上的智能鎖包括人眼識別、指紋識別、人聲識別等功能。然而這些智能鎖對于學(xué)校集體宿舍或普通家庭來說價格昂貴，無法大范圍地普及。目前非智能的普通鑰匙鎖在校園集體宿舍及普通家庭廣泛使用，在日常生活中常會出現(xiàn)忘帶鑰匙或丟失鑰匙的現(xiàn)象，往往造成日常生活的不便，另外，普通鑰匙鎖開門較繁瑣，且鑰匙攜帶不便極易丟失和被復(fù)制，造成人生和財產(chǎn)安全隱患。

在智能手機普及的當(dāng)今社會，本項目立足于對普通鑰匙鎖的開鎖功能進行改進，通過手機藍牙技術(shù)實現(xiàn)開鎖密碼設(shè)置和開鎖功能，避免忘帶鑰匙及鑰匙丟失給生活帶來的不便，并且具有遠程遙控開鎖功能，降低智能鎖的成本，便于普及。

2.硬件設(shè)計

智能鎖系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由主控模塊STC89C52、藍牙模塊、鎖驅(qū)動電路等模塊構(gòu)成。其中單片機STC89C52與復(fù)位電路，時鐘電路構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)，作為本系統(tǒng)的控制中心。HC-06藍牙模塊作為本系統(tǒng)的信號輸入端。鎖驅(qū)動電路為本系統(tǒng)的輸出端由L298N芯片與步進電機組成。當(dāng)HC-06與手機藍牙連接成功后，HC-06藍牙模塊接收來自手機APP經(jīng)手機藍牙發(fā)出的信號并交給控制中心處理，最后由鎖驅(qū)動模塊執(zhí)行實現(xiàn)門禁。同時HC-06藍牙模塊發(fā)出確認接收信號，手機藍牙接收并顯示。

2.1HC-06藍牙模塊

BLK-MD-BC04-B藍牙模塊是深圳市博陸科電子科技有限公司專為智能無線數(shù)據(jù)傳輸而打造，采用英國CSR公司BlueCore4-Ext芯片，遵循V2.1+EDR藍牙規(guī)范。本模塊適用于短距離的數(shù)據(jù)無線傳輸領(lǐng)域，可以方便地和PO機的藍牙設(shè)備相連，也可以兩個模塊之間的數(shù)據(jù)互通。便面繁瑣的線纜連接，能直接代替串口線，同時本模塊支持UART、USB、SPI、PCM、SPDIF等接口，并支持SPP藍牙串口協(xié)議，具有低成本、體積小、功耗低、收發(fā)靈敏性高等優(yōu)點，只需配備少許的外圍元件就能實現(xiàn)其強大功能。

在本系統(tǒng)中HC-06藍牙模塊TX、RX與P3.0、P3.1相連VCC接5V電源。連接成功后接收來自手機藍牙的信號后經(jīng)單片機處理后驅(qū)動步進電機，實現(xiàn)門禁。HC-06藍牙模塊與手機藍牙未建立連接時LED不停閃爍，連接成功后停止閃爍。

2.2鎖驅(qū)動電路

鎖驅(qū)動電路原理圖如圖2所示。驅(qū)動電路主要由L298N芯片及其外圍電路組成，其中D1-D8為整流二極管IN4007，U1外接步進電機。

L298N可接受標(biāo)準TTL邏輯電平信號VSS，VSS可接4.5V～7V電壓。4腳VS接電源電壓，電壓范圍為+2.5V～46V。輸出電流可達2.5A，可驅(qū)動點感性負載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨引出接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號，在本系統(tǒng)中直接接地。2、3、13、14腳與步進電機相連接。5、7、10、12腳與單片機P1口相連接入控制電平。6、11腳為EA、EB接控制使能端P2^7，控制步進電機的停轉(zhuǎn)。

2.3復(fù)位電路

復(fù)位是單片機的初始化操作，其主要功能是使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化以外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境也需按復(fù)位鍵以重新啟動。STC89C52芯片內(nèi)部有復(fù)位電路，RST引腳是復(fù)位信號的輸入端高電平有效，復(fù)位方式有自動復(fù)位和手動復(fù)位兩種。本單片機系統(tǒng)采用手動復(fù)位方式復(fù)位。

2.3時鐘電路

時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需的時鐘信號，時序是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關(guān)系。單片機本身就如同一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴格地按時序進行工作。

在STC89C52單片機內(nèi)部帶有時鐘電路，因此，只需要在片外通過XTAL1和XTAL2引腳接入定時控制元件（晶體振蕩器和電容），即可構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。在STC89C52芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容。

3.軟件編程

電子鎖內(nèi)部步進電機需要12V直流電壓源供電，同時STC89C52單片機需要5V直流電壓供電。因此，需要將220V交流轉(zhuǎn)為12V直流和5V直流。智能鎖工作原理如圖3所示：

（1）手機藍牙與藍牙模塊HC-06相匹配。密碼正確則匹配成功，HC-06指示燈停止單鎖，錯誤則重新輸入密碼，指示燈不停閃爍。

（2）發(fā)送開門指令。手機藍牙與HC-06匹配成功，發(fā)送開門指令。單片機接收指令后，P1.0輸出高電平，經(jīng)過驅(qū)動電路使步進電機正轉(zhuǎn)，帶動鎖芯，實現(xiàn)開鎖。

（3）發(fā)送關(guān)門指令。發(fā)送關(guān)門指令后，電子感應(yīng)器不斷檢測，判斷門是否合上，當(dāng)門合上后，步進電機反轉(zhuǎn)，帶動鎖芯，實現(xiàn)關(guān)門。如果門沒有合上則蜂鳴器報警，提醒關(guān)門。

4.總結(jié)

本設(shè)計基于手機藍牙智能鎖設(shè)計，本文介紹并設(shè)計了一種以STC89C52為控制核心的智能鎖系統(tǒng)，介紹了各個模塊電路及功能。在傳統(tǒng)鎖的基礎(chǔ)上進行改進和創(chuàng)新，使其在保留傳統(tǒng)開鎖方式的同時遠距離開鎖。方便了人們的日常生活，促進了智能鎖的普及。通過實物的制作及大量的測試實驗，該系統(tǒng)優(yōu)化了傳統(tǒng)開鎖方式，使開鎖變得便捷、簡單、安全。

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通訊作者：王炳庭