智能锁方案设计开发

随着科学技术与信息技术的快速发展，智能化已经走进了人们的生活中，并且给人们的生活带来了很大的便利。在市场上的智能锁包括感应锁、指纹锁等，这些智能锁的功能不是十分完善，而且在人性化方面也需要提高，因为对于一些宿舍或者普通家庭来说还是比较昂贵的，因此不能够得到大范围的普及，在很多的家庭中还是使用的普通门锁，这就给人们的生活带来很多不便利的地方，例如人们可能会出现钥匙丢失的情况，并且开门的时候也比较繁琐一些，利用智能门锁还能够起到防盗的作用，充分保障了人们的资金与财产安全，文章就对基于单片机系统的手机蓝牙智能锁设计策略进行分析。

1.1智能锁的发展趋势

为了提高系统的安全性，可以从数量小的机械钥匙向数量多的密码锁方面发展，自20世纪80年代后，电子锁的可靠性以及廉价产品也都出现了，给电子锁进入大众生活提供了更多的可能，在科学技术日益发展的今天，智能锁将会发展的更好，主要包括以下几点：1）电子密码安全性不断提高。2）设定的密码能够根据自己的情况来修改。自动更改密码和多重密码的出现，让人们的数据得到保护。3）密码量在提高。钥匙的密码可以是数字、图像等，这样电子锁的密码资源量也就更高了。

1.2蓝牙智能锁设计方案

通过对蓝牙锁进行分析，应该首先用到的是硬件单片机最小系统，蓝牙模块等，利用手机可以通过蓝牙控制智能锁的开关，对安卓系统开发也要有一定的理解，学会基本的计算机程序JAVA编程、C语言等，实现对锁的开启与关闭，通过手机端与蓝牙进行配对，当收到动作指令之后，将信息传给单片机，通过分析晶体管控制电路来控制继电器，实现开锁与关锁，是使用220V家用电源，将锂电池作为备用的电源来进行使用。对单片机芯片的选择遵循下列原则：1）要尽可能多的使用芯片，外围的器件要减少。2）单片机芯片要从技术的角度出发，确保系统安全可靠的运行。同时也要从生产厂家的方面考虑到其实用性。3）在本设计中都是采用的家庭电源，保证不会由于掉电而出现蓝牙不能工作的问题。为了能够使用220V电源来提供电源，可以选择如下方案：1）使用开关电源将220V交流电转换为5V的直流电，卡关电源的体积小，重量也比较小，但是开关电源的散热性比较差，所以不能够长时间的工作。2）可以利用变压器来降低电压，变压器的电路比较稳定，能够保证正常的供电，但是在失电的时候系统会停止工作，要进行供电的时候应该重启，从而造成了数据丢失。

1.3智能锁系统的整体调试

在蓝牙智能锁系统的调试中，包括硬件电路测试、系统整体调试、软件调试三个方面：1）硬件电路调试。应该在硬件电路制作好之后，不能够通电，先对各个独立元件进行检查，然后保证电路在连接以及焊接方面没有问题，不会出现短路、虚焊等情况。2）对蓝牙模块的调整。要多检查电路连线是否正确，要是按照设计好的电路图，一步步地检查看看有没有短接的情况出现，焊点是否牢固等。3）对软件的调试包括程序本身的语法以及电路板上的功能调试，在调试过程中要排除出现的错误，配置相应版本的模拟器，然后将手机连接到电脑上，再开始下面的各项工作，当点击各个按钮都没有问题之后，从而证明该设计的无误。在确保各个模块调试完成之后，才能够正确运行，这时候最小系统的模块灯亮起来确保单片机的供电正常，蓝牙模块的指示灯开始闪烁，打开手机界面手机能够自动的搜索设计地址，如果手机端有显示连接成功的标志，就说明配对成功。而达到预期的目的。

基于蓝牙通信的智能锁系统是基于ARMCortex-M3内核嵌入式处理器和蓝牙串口传输协议，利用蓝牙传输控制来实现一种体积小、功耗低、控制灵活、寿命长的智能锁系统。该系统结合了单片机嵌入式技术和无线传输技术，利用手机终端来对锁头的开关进行控制，操作简单，应用广泛，过程安全。

该设计选用STM32单片机作为系统主控芯由蓝牙传输模块锁终端及继电器模块丹压模块手机APP终端模块等组成。蓝牙模块采用HC-05主从机一体蓝牙模块来进行单片机和手机终端的通信；锁终端采用电子门禁12V／24V小型电控锁；继电器模块采用1路5V继电器模块带光耦隔离继电器；升压模块采用一款4A开关电流的高性能升压(BOOST)模块。整个系统成本低、稳定性高、耗电少。

在使用时，可首先对蓝牙模块进行配置，配置好它的波特率和连接密码，电源供电后，可用上位机软件进行连接，首先输入蓝牙密码进行连接，连接完成后，输入特定指令，上位机发送给蓝牙模块，蓝牙模块再将数据发送给单片机，单片机经过运算处理后通过IO引脚来控制继电器的开断，从而控制锁的开关。同时命令执行完成后，通过蓝牙传输向上位机返回执行操作的信息。用户交互界面较为友好、系统稳定、耗电量低、安全性高、便捷性高，可满足用户的需要。

3.1智能锁方案整体架构

基于蓝牙通信的智能锁的总体设计由五大模块组成：单片机最小系统模块、蓝牙模块、继电器模块、升压模块、上位机模块。其总体设计可分为硬件设计和软件设计：硬件设计主要是各功能模块的选取和电路图的设计和连接，软件设计主要是单片机程序的编写和上位机APP程序的编写。

3.2智能锁硬件设计

(1)主控芯片：主控芯片采用STM32系列的STM32F1O3RCT6单片机。STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用而专门设计。STM32F103RCT6的内核为ARM32位的Cortex-M3CPU，72MHz工作频率，多达8O个快速I／O端口，多达3个USART接口，具有睡眠、停机和待机模式，VBAT为RTC和后备寄存器供电。由于该芯片I／O端口和USART接口丰富，工作频率高，具有很好的实时性，同时功耗极低，芯片工作状态稳定，抗*力强，故用此芯片。

(2)蓝牙模块：蓝牙模块采用HC-05主从机一体蓝牙模块，当蓝牙设备与蓝牙设备配对连接成功后，我们可以忽视蓝牙内部的通信协议，直接将将蓝牙当做串口用。当建立连接，两设备共同使用一通道也就是同一个串口广个设备发送数据到通道中，另外一个设备便可以接收通道中的数据。HC-05蓝牙模块适用于各种3.3V的单片机系统，模块可以使用AT指令设置波特率配对、密码用户信息等。HC-05模块是一款高性能的蓝牙串口模块，可用于各种带蓝牙功能的电脑、蓝牙主机、手机、PDA、PSP等智能终端配对，它的波特率范围，并且模块兼容5V／3.3V单片机系统。当主从模式两个蓝牙模块配对成功后，可以简单的取代以前的串口线通讯的应用，更改为无线的蓝牙。

(3)继电器模块：继电器模块采用l路5V继电器模块带光耦隔离继电器，由高电平触发，模块带光耦隔离，触发更可靠，更稳定；具有电源和继电器动作指示，吸和亮，断开不亮；信号输入端有高电平信号时，公共端与常开端会导通；继电器可以直接控制各种设备和负载；有一个常开和一个常闭触点；继电器触点容量：250V10A(AC)或30V10A(DC)(理论负载能力)。

(4)锁头：锁模块采用电子门禁12V／24V小型电控锁，由纯铜线圈绕制，体积小巧，质量稳定，经久耐用，使用寿命长达5O万次以上，锁舌方向可以随意更改，可选DC12V／DC24V,I作电流：800mA。本模块内置全铜线圈，通电开锁，为瞬间通电，耗电省，结构简单，安装方便，使用成本低，体积小、重量轻、适用性强。

(5)升压模块：于系统供给电压为5V，而锁模块的开启电压为DC12V／DC24V,，所以需要使用升压模块来对锁模块进行供电，本设计升压模块采用DSN6009，DSN6D09是一款4A开关电流的高性能升压(BO0ST)模块。该模块使用第二代高频开关技术的XL6009E1为核心芯片，成本。

3.3智能锁控制程序设计

（1）单片机总体软件实现：单片机总体程序的执行流程为：先进性系统的初始化(包括时钟的初始化、引脚的初始化、继电器的初始化、串口的初始化)。首先关闭继电器的开关，然后配置串口的波特率和中断，然后系统不断进行循环检测是否接受到蓝牙发送过来的信息，若发送的信息为之前预设命令，则单片机进行一系列处理，改变引脚的电平从而控制继电器的开关，进而控制锁头的开关，若不是，则继续进行检测。

（2）Android上位机程序：上位机程序直接使用蓝牙串口APP，蓝牙串口是蓝牙SPP(串口)通信工具，它可以连接任何支持串行端口模式的蓝牙设备(如手机、单片机等)。蓝牙串口可以搜索蓝牙设备，支持蓝牙客户端和蓝牙服务器模式，有键盘视图，可以自定义按键'可以设置为ASCII或HEX显示模式等等。

总结

本设计以应用为目的，设计了一款符合时代发展潮流的有利于提高人们对家庭安全和便捷需要的一款嵌入式类型产品，本应用涉及的知识广泛，从底层到高层，需要掌握的有：PCB绘制和原理图设计、单片机内部结构和外设、Cortex-M3内核、蓝牙通信知识、通信协议、C语言、Java语言、Android编程等。嵌入式及物联网的蓬勃发展，使以智能锁为代表的智能家居行业迅速火热，该设计以STM32单片机为主控芯片，手机APP为终端，蓝牙模块为通信桥梁，是一种具有巨大市场前景的设计。该系统具有很好的实时性和稳定性，隐蔽性强，续航能力强，安全性高，是未来智能家居发展的趋势之一。

文章主要对基于单片机系统的手机蓝牙智能锁设计策略进行分析，可以看出，要想手机蓝牙智能锁设计达到状态，要对智能蓝牙锁进行原理的分析，包括对单片机最小系统、报警电路等方案进行比较，根据蓝牙锁的原理图制作出连接图，实现修改密码、开关锁等程序，通过软硬件的调试来达到整体的调试效果，找到系统存在的缺陷，最终实现开锁的效果，从而达到预期的目的。

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