朱其青+王炳庭+鄧圣+童旺+張開(kāi)翼

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

關(guān)鍵詞： 單片機(jī) 智能鎖 藍(lán)牙

1.引言

由于電子元器件特別是單片機(jī)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(chǎng)上的智能鎖包括人眼識(shí)別、指紋識(shí)別、人聲識(shí)別等功能。然而這些智能鎖對(duì)于學(xué)校集體宿舍或普通家庭來(lái)說(shuō)價(jià)格昂貴，無(wú)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(huì)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(kāi)門(mén)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(cái)產(chǎn)安全隱患。

在智能手機(jī)普及的當(dāng)今社會(huì)，本項(xiàng)目立足于對(duì)普通鑰匙鎖的開(kāi)鎖功能進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖密碼設(shè)置和開(kāi)鎖功能，避免忘帶鑰匙及鑰匙丟失給生活帶來(lái)的不便，并且具有遠(yuǎn)程遙控開(kāi)鎖功能，降低智能鎖的成本，便于普及。

2.硬件設(shè)計(jì)

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(lán)牙模塊、鎖驅(qū)動(dòng)電路等模塊構(gòu)成。其中單片機(jī)STC89C52與復(fù)位電路，時(shí)鐘電路構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)，作為本系統(tǒng)的控制中心。HC-06藍(lán)牙模塊作為本系統(tǒng)的信號(hào)輸入端。鎖驅(qū)動(dòng)電路為本系統(tǒng)的輸出端由L298N芯片與步進(jìn)電機(jī)組成。當(dāng)HC-06與手機(jī)藍(lán)牙連接成功后，HC-06藍(lán)牙模塊接收來(lái)自手機(jī)APP經(jīng)手機(jī)藍(lán)牙發(fā)出的信號(hào)并交給控制中心處理，最后由鎖驅(qū)動(dòng)模塊執(zhí)行實(shí)現(xiàn)門(mén)禁。同時(shí)HC-06藍(lán)牙模塊發(fā)出確認(rèn)接收信號(hào)，手機(jī)藍(lán)牙接收并顯示。

2.1HC-06藍(lán)牙模塊

BLK-MD-BC04-B藍(lán)牙模塊是深圳市博陸科電子科技有限公司專(zhuān)為智能無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸而打造，采用英國(guó)CSR公司BlueCore4-Ext芯片，遵循V2.1+EDR藍(lán)牙規(guī)范。本模塊適用于短距離的數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸領(lǐng)域，可以方便地和PO機(jī)的藍(lán)牙設(shè)備相連，也可以?xún)蓚€(gè)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(shí)本模塊支持UART、USB、SPI、PCM、SPDIF等接口，并支持SPP藍(lán)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(diǎn)，只需配備少許的外圍元件就能實(shí)現(xiàn)其強(qiáng)大功能。

在本系統(tǒng)中HC-06藍(lán)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(lái)自手機(jī)藍(lán)牙的信號(hào)后經(jīng)單片機(jī)處理后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)門(mén)禁。HC-06藍(lán)牙模塊與手機(jī)藍(lán)牙未建立連接時(shí)LED不停閃爍，連接成功后停止閃爍。

2.2鎖驅(qū)動(dòng)電路

鎖驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖2所示。驅(qū)動(dòng)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(jìn)電機(jī)。

L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)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(dá)2.5A，可驅(qū)動(dòng)點(diǎn)感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)，在本系統(tǒng)中直接接地。2、3、13、14腳與步進(jìn)電機(jī)相連接。5、7、10、12腳與單片機(jī)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(jìn)電機(jī)的停轉(zhuǎn)。

2.3復(fù)位電路

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

2.3時(shí)鐘電路

時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)序是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互關(guān)系。單片機(jī)本身就如同一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。

在STC89C52單片機(jī)內(nèi)部帶有時(shí)鐘電路，因此，只需要在片外通過(guò)XTAL1和XTAL2引腳接入定時(shí)控制元件（晶體振蕩器和電容），即可構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。在STC89C52芯片內(nèi)部有一個(gè)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(jìn)電機(jī)需要12V直流電壓源供電，同時(shí)STC89C52單片機(jī)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(jī)藍(lán)牙與藍(lán)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(cuò)誤則重新輸入密碼，指示燈不停閃爍。

（2）發(fā)送開(kāi)門(mén)指令。手機(jī)藍(lán)牙與HC-06匹配成功，發(fā)送開(kāi)門(mén)指令。單片機(jī)接收指令后，P1.0輸出高電平，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路使步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)鎖芯，實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖。

（3）發(fā)送關(guān)門(mén)指令。發(fā)送關(guān)門(mén)指令后，電子感應(yīng)器不斷檢測(cè)，判斷門(mén)是否合上，當(dāng)門(mén)合上后，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)鎖芯，實(shí)現(xiàn)關(guān)門(mén)。如果門(mén)沒(méi)有合上則蜂鳴器報(bào)警，提醒關(guān)門(mén)。

4.總結(jié)

本設(shè)計(jì)基于手機(jī)藍(lán)牙智能鎖設(shè)計(jì)，本文介紹并設(shè)計(jì)了一種以STC89C52為控制核心的智能鎖系統(tǒng)，介紹了各個(gè)模塊電路及功能。在傳統(tǒng)鎖的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，使其在保留傳統(tǒng)開(kāi)鎖方式的同時(shí)遠(yuǎn)距離開(kāi)鎖。方便了人們的日常生活，促進(jìn)了智能鎖的普及。通過(guò)實(shí)物的制作及大量的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，該系統(tǒng)優(yōu)化了傳統(tǒng)開(kāi)鎖方式，使開(kāi)鎖變得便捷、簡(jiǎn)單、安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]張毅剛.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京：人民出版社，2011.

[2]張萍，崔旺，等.“芝麻開(kāi)門(mén)”智能鎖設(shè)計(jì)[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，44（2）：20-24.

[3]宋一冰，等.零起點(diǎn)，51單片機(jī)輕松入門(mén)與典型實(shí)例[M].北京：機(jī)械工程出版社，2011.

[4]翁嘉明，等.單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)——基于Proteus單片機(jī)仿真和C語(yǔ)言編程[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

通訊作者：王炳庭