基于遠(yuǎn)程控制的藍(lán)牙智能門(mén)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊秀花 秦付軍 鄧成中

(西華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都 610039)

1 系統(tǒng)總體方案

智能鎖系統(tǒng)以CC2540為主控模塊，配以鎖驅(qū)動(dòng)電路、GSM等模塊構(gòu)成。CC2540是一個(gè)超低消耗功率的系統(tǒng)單晶片，其上集成了性能優(yōu)越的RF收發(fā)器，整合了包含微控制器、主機(jī)端及應(yīng)用程序在一個(gè)元件上，時(shí)鐘電路構(gòu)成單片機(jī)的最小系統(tǒng)來(lái)作為系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制中心。CC2540主控芯片作為系統(tǒng)的信號(hào)輸入端，由L298N芯片布進(jìn)電機(jī)組成的鎖驅(qū)動(dòng)電路作為本系統(tǒng)的輸出端。當(dāng)手機(jī)的藍(lán)牙連接成功后，APP經(jīng)藍(lán)牙發(fā)出信號(hào)，CC2540主控芯片接收到藍(lán)牙信號(hào)并傳送至系統(tǒng)控制中心進(jìn)行處理，最后通過(guò)作用鎖驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)門(mén)禁功能。與此同時(shí)，主控芯片反向發(fā)出已接收的確認(rèn)信號(hào)，通過(guò)藍(lán)牙傳送至APP確認(rèn)接收，利用GSM信息通過(guò)SMSC傳輸?shù)叫畔⒅行牟l(fā)到指定的手機(jī)。系統(tǒng)的重要設(shè)計(jì)模塊如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)的工作設(shè)計(jì)說(shuō)明

主控芯片收到信號(hào)和指令之后開(kāi)始工作，如果移動(dòng)設(shè)備的藍(lán)牙正確連接信號(hào)，控制門(mén)鎖的繼電器在接收到信號(hào)之后自動(dòng)將門(mén)鎖打開(kāi)，同時(shí)指示燈被接通點(diǎn)亮，一段時(shí)間之后后電子鎖的電路又開(kāi)始重新工作，門(mén)自動(dòng)吸合。如果藍(lán)牙信號(hào)得不到正確認(rèn)證連接，則不能控制藍(lán)牙模塊，門(mén)鎖無(wú)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)了門(mén)禁。藍(lán)牙模塊會(huì)接收上位機(jī)發(fā)出的信號(hào)，同時(shí)傳送給單片機(jī)系統(tǒng)指定的引腳，使得繼電器與電子鎖認(rèn)證連接，從而使電子鎖打開(kāi)。如果P1.1是高電平以及NPN三極管導(dǎo)通，同時(shí)與繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)相連接，則繼電器的電路吸合使電子鎖電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使門(mén)鎖打開(kāi)。

門(mén)鎖的復(fù)位電路設(shè)計(jì)。復(fù)位是系統(tǒng)單片機(jī)的初始化功能，目的是使單片機(jī)從0000H單元就開(kāi)始進(jìn)行程序執(zhí)行。除了剛進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)的初始化功能外，也為了避免程序運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤或者操作的失誤導(dǎo)致系統(tǒng)的整體鎖死，因此需要系統(tǒng)的復(fù)位，即重新啟動(dòng)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用AT89S52芯片，因其中帶有復(fù)位電路，系統(tǒng)復(fù)位方式分自動(dòng)和手動(dòng)，本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)復(fù)位。

門(mén)鎖時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)。在時(shí)序指令使得各個(gè)信號(hào)按照時(shí)序關(guān)系進(jìn)行工作，因此時(shí)序是程序正常執(zhí)行信號(hào)的關(guān)鍵。系統(tǒng)中的時(shí)鐘電路產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)從而使單片機(jī)有序地工作，為了確保單片機(jī)進(jìn)行同步工作，單片機(jī)的電路必須依照一定的時(shí)鐘電路進(jìn)行控制。

3 軟件程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵程序主要是門(mén)鎖控制系統(tǒng)軟件和移動(dòng)藍(lán)牙客戶(hù)端軟件，門(mén)鎖控制系統(tǒng)軟件固定鑲嵌在門(mén)鎖芯片中，其利用C語(yǔ)言進(jìn)行源代碼的編寫(xiě)，移動(dòng)藍(lán)牙客戶(hù)端軟件做成軟件安裝包工移動(dòng)設(shè)備安裝，其利用用Java語(yǔ)言進(jìn)行源代碼的編寫(xiě)。

當(dāng)門(mén)鎖控制系統(tǒng)的電源被接通之后，單片機(jī)開(kāi)始進(jìn)行正常的初始化工作，初始化工作完成后會(huì)發(fā)出地址匹配、安正密碼等相應(yīng)的認(rèn)證信息到藍(lán)牙模塊，當(dāng)藍(lán)牙的串口模塊設(shè)置為從模式時(shí)，門(mén)鎖控制系統(tǒng)將能夠與主設(shè)備進(jìn)行互相信息掃描和地址匹配。門(mén)鎖的開(kāi)關(guān)狀態(tài)由隈位開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢測(cè)，然后主控芯片對(duì)按鍵的情況繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè)驗(yàn)證，再根據(jù)檢測(cè)的情況進(jìn)行相應(yīng)的開(kāi)鎖、閉鎖動(dòng)作。

移動(dòng)藍(lán)牙設(shè)備與門(mén)鎖控制系統(tǒng)通過(guò)密碼驗(yàn)證后，兩者通過(guò)加密的方式進(jìn)行信息傳送。有了信息傳輸?shù)拿艽a認(rèn)證，則通過(guò)主設(shè)備端移動(dòng)藍(lán)牙客戶(hù)端軟件即可對(duì)門(mén)鎖控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的指令操作，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖和閉鎖等遠(yuǎn)程操作功能。

4 數(shù)據(jù)采集、運(yùn)輸與處理

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集是利用芯片發(fā)送采樣信息頻率到數(shù)據(jù)采集的模塊，當(dāng)書(shū)模塊接收到信息之后再將信息傳輸給CC2540單晶片，同時(shí)進(jìn)行各類(lèi)處理分析。藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊主要由數(shù)據(jù)采集、無(wú)線(xiàn)傳輸、終端接收等單元構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集模塊與門(mén)鎖控制系統(tǒng)安裝在現(xiàn)場(chǎng)，并由電池電源進(jìn)行供電，數(shù)據(jù)采集模塊可通過(guò)設(shè)定指令自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的采集。輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路后送入數(shù)據(jù)采集芯片，再通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊繼續(xù)傳輸至單片機(jī)中，單片機(jī)通過(guò)藍(lán)牙芯片連接的串口，從而使數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸。數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸主要采用GSM通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)，將數(shù)據(jù)通過(guò)GSM短消息格式將傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控中心，從而達(dá)到對(duì)門(mén)鎖狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。數(shù)據(jù)處理利用特定應(yīng)用數(shù)據(jù)(內(nèi)建應(yīng)用)和設(shè)置(內(nèi)建應(yīng)用和第三方應(yīng)用)，例如藍(lán)牙識(shí)別的距離等，同時(shí)可利用通用系統(tǒng)設(shè)置，例如密碼設(shè)置等。

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了基于遠(yuǎn)程控制的藍(lán)牙智能門(mén)鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和工作模式，并給出了程序軟件設(shè)計(jì)的方式和數(shù)據(jù)采集運(yùn)輸?shù)姆椒?。本文充分利用了手機(jī)等智能設(shè)備的藍(lán)牙功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)門(mén)鎖的智能遠(yuǎn)程控制，避免了無(wú)線(xiàn)射頻門(mén)鎖伺服狀態(tài)下的電力消耗。通過(guò)智能藍(lán)牙設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)門(mén)鎖的開(kāi)、關(guān)等遠(yuǎn)程操作功能，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的安全便捷、成本低廉的系統(tǒng)特征，具有較大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。