基于手機藍牙的智能鎖設計

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。門禁系統主要由CPU、復位電路、時鐘電路、電控鎖電路、藍牙模塊等組成。本系統通過HC-06藍牙模塊接收來自手機APP發送的信息，由單片機處理后交由電控鎖電路實現門禁。本智能鎖系統優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與開鎖相結合同時降低了智能鎖的成本，促進了智能鎖的發展。

關鍵詞： 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用在這幾年得到空前的發展，智能鎖功能性、穩定性都比較全面。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忘帶鑰匙或丟失鑰匙的現象，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制，造成人生和財產安全隱患。

在智能手機普及的當今社會，本項目立足于對普通鑰匙鎖的開鎖功能進行改進，通過手機藍牙技術實現開鎖密碼設置和開鎖功能，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.硬件設計

智能鎖系統的硬件結構如圖1所示，主要由主控模塊STC89C52、藍牙模塊、鎖驅動電路等模塊構成。其中單片機STC89C52與復位電路，時鐘電路構成單片機最小系統，作為本系統的控制中心。HC-06藍牙模塊作為本系統的信號輸入端。鎖驅動電路為本系統的輸出端由L298N芯片與步進電機組成。當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經手機藍牙發出的信號并交給控制中心處理，最后由鎖驅動模塊執行實現門禁。同時HC-06藍牙模塊發出確認接收信號，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據傳輸而打造，采用英國CSR公司BlueCore4-Ext芯片，遵循V2.1+EDR藍牙規范。本模塊適用于短距離的數據無線傳輸領域，可以方便地和PO機的藍牙設備相連，也可以兩個模塊之間的數據互通。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藍牙串口協議，具有低成本、體積小、功耗低、收發靈敏性高等優點，只需配備少許的外圍元件就能實現其強大功能。

在本系統中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單片機處理后驅動步進電機，實現門禁。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鎖驅動電路

鎖驅動電路原理圖如圖2所示。驅動電路主要由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，可驅動點感性負載。1腳和15腳下管的發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。

2.3復位電路

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

2.3時鐘電路

時鐘電路用于產生單片機工作所需的時鐘信號，時序是指令執行中各信號之間的相互關系。單片機本身就如同一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現，電路應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），即可構成一個穩定的自激振蕩器。在STC89C52芯片內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電容。

3.軟件編程

電子鎖內部步進電機需要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）發送開門指令。手機藍牙與HC-06匹配成功，發送開門指令。單片機接收指令后，P1.0輸出高電平，經過驅動電路使步進電機正轉，帶動鎖芯，實現開鎖。

（3）發送關門指令。發送關門指令后，電子感應器不斷檢測，判斷門是否合上，當門合上后，步進電機反轉，帶動鎖芯，實現關門。如果門沒有合上則蜂鳴器報警，提醒關門。

4.總結

本設計基于手機藍牙智能鎖設計，本文介紹并設計了一種以STC89C52為控制核心的智能鎖系統，介紹了各個模塊電路及功能。在傳統鎖的基礎上進行改進和創新，使其在保留傳統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，該系統優化了傳統開鎖方式，使開鎖變得便捷、簡單、安全。

參考文獻：

[1]張毅剛.單片機原理及接口技術[M].北京：人民出版社，2011.

[2]張萍，崔旺，等.“芝麻開門”智能鎖設計[J].河北工業大學學報，2015，44（2）：20-24.

[3]宋一冰，等.零起點，51單片機輕松入門與典型實例[M].北京：機械工程出版社，2011.

[4]翁嘉明，等.單片機應用開發——基于Proteus單片機仿真和C語言編程[M].北京：中國電力出版社，2010.

通訊作者：王炳庭