基于藍(lán)牙的智能門鎖控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周少鏵++呂群芳

摘要：目前是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，智能手機(jī)家喻戶曉人人擁有，智能手機(jī)除了通信功能外，相當(dāng)于手表、MP3及電腦的功能已經(jīng)被開發(fā)。而一項(xiàng)嶄新的技術(shù)正在被研制開發(fā)，那就是結(jié)合移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)與近距離無(wú)線通信技術(shù)，利用智能手機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械鑰匙功能，研制新型智能門鎖系統(tǒng)，提高了傳統(tǒng)門鎖安全性，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交換。操作方便，使我們的居住智能化進(jìn)程向前邁進(jìn)大步。

關(guān)鍵詞：智能門鎖 控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP368.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）10-0018-01

1 智能門鎖現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的門鎖由鎖具和鑰匙配合擔(dān)負(fù)家庭安全職責(zé)。智能門鎖同樣兩部分構(gòu)成即門鎖控制系統(tǒng)和智能移動(dòng)設(shè)備藍(lán)牙客戶端軟件。其中智能移動(dòng)設(shè)備藍(lán)牙客戶端軟件負(fù)責(zé)發(fā)出開關(guān)鎖指令、密碼驗(yàn)證、數(shù)據(jù)加密、解密、設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)等操作，門鎖控制系統(tǒng)等待接收智能移動(dòng)設(shè)備發(fā)出的指令后雙方進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通過(guò)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)方式完成開關(guān)鎖操作。它的準(zhǔn)確性和安全性由監(jiān)測(cè)限位開關(guān)和電流傳感器來(lái)保證。智能門鎖系統(tǒng)取代機(jī)械鑰匙，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離，遙控開關(guān)的技術(shù)，給人民生活帶來(lái)便利，三道安全技術(shù)保障了智能門鎖的安全，如果在社會(huì)普及，必將創(chuàng)造極高的社會(huì)效益。

2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)電源

由于系統(tǒng)電源的組成部件單片機(jī)、繼電器、芯片等等都需要的功率較大，只有效率更高、功能更強(qiáng)的轉(zhuǎn)換器LM2576-5.0符合要求，它是一款國(guó)外進(jìn)口的3A電流輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓電路，是一款高效穩(wěn)壓電路。

2.2 系統(tǒng)主控電路接口設(shè)計(jì)

由于智能門鎖集成電路要求不僅具備高速、高效，可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)，還要具備功能消耗低，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，綜合考慮，主控芯片選用單機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，即SOP28封裝單片機(jī)，指令代碼覆蓋傳統(tǒng)設(shè)備，可用于智能控制、高速通信、強(qiáng)干擾等場(chǎng)合。該單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)功能強(qiáng)大，對(duì)配對(duì)地址、設(shè)置參數(shù)、系統(tǒng)密碼等都有記憶功能。

考慮到硬件系統(tǒng)采用的藍(lán)牙串口模塊需要具備成本低、體積小、收發(fā)靈敏度高等特點(diǎn)，選用FBT-06模塊，它是最適合嵌入式智能無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，簡(jiǎn)單配備外圍元件后，功能更超級(jí)強(qiáng)大。通過(guò)STC15單片機(jī)的串口把和單片機(jī)的P3.2相連接，P3.2端口為高電平時(shí)表示藍(lán)牙設(shè)備連接成功。

電機(jī)和系統(tǒng)的安全是由電流閥值的設(shè)定來(lái)實(shí)現(xiàn)的。室內(nèi)按鍵實(shí)現(xiàn)手動(dòng)開鎖、閉鎖等功能，手機(jī)藍(lán)牙客戶端軟件對(duì)這個(gè)功能屏蔽后，系統(tǒng)更加靈活、方便、安全。霍爾開關(guān)傳感器，如果向單片機(jī)輸出高電平信號(hào)，控制蜂鳴器發(fā)出報(bào)警提示音，則說(shuō)明門沒(méi)有關(guān)好。

2.3 鎖閂控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

由于直流電機(jī)的工作電壓較高，為了鎖閂的直流電機(jī)能夠帶動(dòng)齒輪，STC15單片機(jī)驅(qū)動(dòng)繼電器采用了光耦隔離。電機(jī)電流監(jiān)測(cè)傳感器采用ACS712ELCTR-05B，它具有高絕緣電壓、單電源操作、極低內(nèi)部傳導(dǎo)電阻等優(yōu)點(diǎn)，極大提高安全性能。電路也得到保護(hù)。

3 軟件程序設(shè)計(jì)

門鎖控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和智能移動(dòng)設(shè)備藍(lán)牙客戶端軟件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要組成部分。用C語(yǔ)言編寫能夠編寫門鎖控制系統(tǒng)軟件，用Java語(yǔ)言編寫能夠編寫智能移動(dòng)設(shè)備藍(lán)牙客戶端軟件。

門鎖控制系統(tǒng)接通電源后，STC15單片機(jī)開始一系列的初始化工作，然后STC15單片機(jī)再把一些參數(shù)信息發(fā)給藍(lán)牙串口模塊，例如，配對(duì)地址、驗(yàn)證密碼等。只有藍(lán)牙串口模塊設(shè)置為從模式，才可以與主設(shè)備掃描、地址配對(duì)。限位開關(guān)可以檢測(cè)門鎖狀態(tài)。之后，STC15單片機(jī)繼續(xù)檢測(cè)按鍵的兩種情況，根據(jù)情況執(zhí)行對(duì)應(yīng)的開鎖、閉鎖動(dòng)作。同時(shí)還可以根據(jù)按鍵操作是否被屏蔽，來(lái)判斷開鎖、閉鎖操作是否被屏蔽。這在一定程度上對(duì)室內(nèi)按鍵開鎖安全性提供保障。

通常把智能移動(dòng)藍(lán)牙設(shè)備當(dāng)作主設(shè)備經(jīng)過(guò)密碼驗(yàn)證后，雙方通過(guò)特殊加密方式開始數(shù)據(jù)通訊。數(shù)據(jù)包由命令字、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，數(shù)據(jù)和一個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)碼組成。串口中斷是數(shù)據(jù)接收的方式。只有串口中斷服務(wù)子程序接收到符合要求的數(shù)據(jù)，才開始解密，產(chǎn)生命令碼，然后開鎖、閉鎖、參數(shù)設(shè)置等操作依照命令碼進(jìn)行。

藍(lán)牙設(shè)備之間的通信Android可以用系統(tǒng)提供的藍(lán)牙API。兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備的通信需要三步完成。第一，設(shè)置藍(lán)牙設(shè)備；第二，尋找局域網(wǎng)內(nèi)可能或者匹配的設(shè)備；第三，連接設(shè)備和設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。首先注冊(cè)一個(gè)BroadcastReceiver來(lái)接受設(shè)備掃描到的信息，使用靜態(tài)方式取得藍(lán)牙適配器啟動(dòng)藍(lán)牙功能，點(diǎn)擊查詢到的藍(lán)牙設(shè)備時(shí)，就能獲取到該藍(lán)牙的MAC地址，從而實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備之間的連接。

藍(lán)牙設(shè)備連接成功后就可以實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，通過(guò)流的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到藍(lán)牙串口模塊、STC15單片機(jī)在中斷服務(wù)子程序中讀取到完整的數(shù)據(jù)包后，分離出命令碼，根據(jù)命令碼執(zhí)行相應(yīng)的操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)門鎖系統(tǒng)的控制或設(shè)置。

那么怎樣才能利用Android系統(tǒng)客戶端實(shí)現(xiàn)對(duì)門鎖的操控呢？先在客戶端輸入賬號(hào)和密碼，登陸后進(jìn)入主控界面，點(diǎn)擊“手機(jī)連接藍(lán)牙門鎖”能發(fā)現(xiàn)附近的藍(lán)牙設(shè)備，繼續(xù)點(diǎn)擊按提示輸入藍(lán)牙的配對(duì)密碼，密碼輸入正確就可以實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙模塊和手機(jī)客戶端的連接及數(shù)據(jù)通訊了。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，無(wú)線智能門鎖控制系統(tǒng)替代了鑰匙，用遠(yuǎn)程無(wú)線，不接觸等方式實(shí)現(xiàn)了用智能手機(jī)等智能藍(lán)牙設(shè)備對(duì)門鎖的開鎖、閉鎖、報(bào)警提示、參數(shù)設(shè)置等人機(jī)交互操作，系統(tǒng)的安全性用密碼驗(yàn)證、數(shù)據(jù)加密等方式得到進(jìn)一步保證。隨著移動(dòng)電子科技的發(fā)展，這種低成本，高安全，簡(jiǎn)單使用的智能門鎖將會(huì)走進(jìn)千家萬(wàn)戶。

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收稿日期：2016-09-12

作者簡(jiǎn)介：周少鏵（1983—），男，浙江余姚人，本科，工程師，研究方向：電子設(shè)計(jì)；呂群芳（1983—），女，河北滄州人，大學(xué)本科，工程師，研究方向：電

子設(shè)計(jì)。