基于手机蓝牙的智能锁设计

朱其青+王炳庭+邓圣+童旺+张开翼

摘 要： 本文介绍的智能锁系统主要采用STC89C52单片机作为控制核心，外围加HC-06蓝牙模块电路、电控锁控制等电路及手机APP组成。门禁系统主要由CPU、复位电路、时钟电路、电控锁电路、蓝牙模块等组成。本系统通过HC-06蓝牙模块接收来自手机APP发送的信息，由单片机处理后交由电控锁电路实现门禁。本智能锁系统优化了普通锁的开锁繁琐等诸多不足，增强了普通锁安全性，把手机APP与开锁相结合同时降低了智能锁的成本，促进了智能锁的发展。

关键词： 单片机 智能锁 蓝牙

1.引言

由于电子元器件特别是单片机应用在这几年得到空前的发展，智能锁功能性、稳定性都比较全面。就保密性而言，目前市场上的智能锁包括人眼识别、指纹识别、人声识别等功能。然而这些智能锁对于学校集体宿舍或普通家庭来说价格昂贵，无法大范围地普及。目前非智能的普通钥匙锁在校园集体宿舍及普通家庭广泛使用，在日常生活中常会出现忘带钥匙或丢失钥匙的现象，往往造成日常生活的不便，另外，普通钥匙锁开门较繁琐，且钥匙携带不便极易丢失和被复制，造成人生和财产安全隐患。

在智能手机普及的当今社会，本项目立足于对普通钥匙锁的开锁功能进行改进，通过手机蓝牙技术实现开锁密码设置和开锁功能，避免忘带钥匙及钥匙丢失给生活带来的不便，并且具有远程遥控开锁功能，降低智能锁的成本，便于普及。

2.硬件设计

智能锁系统的硬件结构如图1所示，主要由主控模块STC89C52、蓝牙模块、锁驱动电路等模块构成。其中单片机STC89C52与复位电路，时钟电路构成单片机最小系统，作为本系统的控制中心。HC-06蓝牙模块作为本系统的信号输入端。锁驱动电路为本系统的输出端由L298N芯片与步进电机组成。当HC-06与手机蓝牙连接成功后，HC-06蓝牙模块接收来自手机APP经手机蓝牙发出的信号并交给控制中心处理，最后由锁驱动模块执行实现门禁。同时HC-06蓝牙模块发出确认接收信号，手机蓝牙接收并显示。

2.1HC-06蓝牙模块

BLK-MD-BC04-B蓝牙模块是深圳市博陆科电子科技有限公司专为智能无线数据传输而打造，采用英国CSR公司BlueCore4-Ext芯片，遵循V2.1+EDR蓝牙规范。本模块适用于短距离的数据无线传输领域，可以方便地和PO机的蓝牙设备相连，也可以两个模块之间的数据互通。便面繁琐的线缆连接，能直接代替串口线，同时本模块支持UART、USB、SPI、PCM、SPDIF等接口，并支持SPP蓝牙串口协议，具有低成本、体积小、功耗低、收发灵敏性高等优点，只需配备少许的外围元件就能实现其强大功能。

在本系统中HC-06蓝牙模块TX、RX与P3.0、P3.1相连VCC接5V电源。连接成功后接收来自手机蓝牙的信号后经单片机处理后驱动步进电机，实现门禁。HC-06蓝牙模块与手机蓝牙未建立连接时LED不停闪烁，连接成功后停止闪烁。

2.2锁驱动电路

锁驱动电路原理图如图2所示。驱动电路主要由L298N芯片及其外围电路组成，其中D1-D8为整流二极管IN4007，U1外接步进电机。

L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4.5V～7V电压。4脚VS接电源电压，电压范围为+2.5V～46V。输出电流可达2.5A，可驱动点感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出接入电流采样电阻，形成电流传感信号，在本系统中直接接地。2、3、13、14脚与步进电机相连接。5、7、10、12脚与单片机P1口相连接入控制电平。6、11脚为EA、EB接控制使能端P2^7，控制步进电机的停转。

2.3复位电路

复位是单片机的初始化操作，其主要功能是使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化以外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境也需按复位键以重新启动。STC89C52芯片内部有复位电路，RST引脚是复位信号的输入端高电平有效，复位方式有自动复位和手动复位两种。本单片机系统采用手动复位方式复位。

2.3时钟电路

时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，时序是指令执行中各信号之间的相互关系。单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。

在STC89C52单片机内部带有时钟电路，因此，只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚接入定时控制元件（晶体振荡器和电容），即可构成一个稳定的自激振荡器。在STC89C52芯片内部有一个高增益反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容。

3.软件编程

电子锁内部步进电机需要12V直流电压源供电，同时STC89C52单片机需要5V直流电压供电。因此，需要将220V交流转为12V直流和5V直流。智能锁工作原理如图3所示：

（1）手机蓝牙与蓝牙模块HC-06相匹配。密码正确则匹配成功，HC-06指示灯停止单锁，错误则重新输入密码，指示灯不停闪烁。

（2）发送开门指令。手机蓝牙与HC-06匹配成功，发送开门指令。单片机接收指令后，P1.0输出高电平，经过驱动电路使步进电机正转，带动锁芯，实现开锁。

（3）发送关门指令。发送关门指令后，电子感应器不断检测，判断门是否合上，当门合上后，步进电机反转，带动锁芯，实现关门。如果门没有合上则蜂鸣器报警，提醒关门。

4.总结

本设计基于手机蓝牙智能锁设计，本文介绍并设计了一种以STC89C52为控制核心的智能锁系统，介绍了各个模块电路及功能。在传统锁的基础上进行改进和创新，使其在保留传统开锁方式的同时远距离开锁。方便了人们的日常生活，促进了智能锁的普及。通过实物的制作及大量的测试实验，该系统优化了传统开锁方式，使开锁变得便捷、简单、安全。

参考文献：

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[2]张萍，崔旺，等.“芝麻开门”智能锁设计[J].河北工业大学学报，2015，44（2）：20-24.

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[4]翁嘉明，等.单片机应用开发——基于Proteus单片机仿真和C语言编程[M].北京：中国电力出版社，2010.

通讯作者：王炳庭