基于蓝牙通信的智能锁的设计

韩伟 国际关系学院

1 智能锁的研究内容

基于蓝牙通信的智能锁系统是基于ARM Cortex-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片，由蓝牙传输模块、锁终端及继电器模块、升压模块、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。

2 智能锁的整体设计

2.1 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。

2.2 系统硬件设计

（1）主控芯片:主控芯片采用STM32系列的STM32F103RCT6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ARM 32位的Cortex-M3 CPU，最高72MHz工作频率，多达80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，抗干扰能力强，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，一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4800~1382400，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1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：250V 10A（AC）或30V 10A（DC）（理论最大负载能力）。

（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50万次以上，锁舌方向可以随意更改，可选DC12V/DC24V，工作电流：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，DSN6009 是一款4A开关电流的高性能升压（BOOST）模块。该模块使用第二代高频开关技术的XL6009E1为核心芯片，成本低，性能卓越。

2.3 系统软件设计

（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。

3 结论

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、Crotex-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。

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