基于STC12C5A60S2智能蓝牙遥控锁的设计

嵌入式设计应用

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描述

  锁是与人们日常生活联系最为紧密的物品之一。随着社会、科技、文化的进步,人们对门锁的安全性、可靠性、便捷性等要求也越来越高,传统机械门锁的安全性已经越来越不能满足人们的需求,传统机械门锁正在面临着严峻的挑战,技术及科技含量较高的智能锁具,如密码锁、IC卡锁、指纹锁、无线遥控锁等以其智能化和成熟的技术正逐步取代传统锁具

  随着科技的发展,盗窃者的技术手段越来越高,特别是开锁技术,无孔不入,这对人们的财产安全构成严重的威胁. 目前市场上的防盗锁大部分还是纯机械较多. 由于有锁芯,这种防盗锁容易利用铁丝开启,居民的财产安全容易受到侵害,所以需要一款既能克服锁芯存在缺陷又能方便开门的防盗门装置. 而市场上的指纹识别锁的价格还比较高.

  为了实现门锁的安全性、可靠性和智能化,采用STC12C5A60S2单片机、蓝牙串口模块、驱动电机、限位开关、电流监测模块等设计了一种无线智能门锁控制系统,

  蓝牙是一种短距离低功耗的无线技术,在电子设备之间可以通过蓝牙连接实现控制. 在防盗门中,传统纯机械防盗锁已经不能满足智能家居的需求,也不易保证居民的财产安全. 基于此提出一种蓝牙技术,将 SPP - CA 蓝牙模块与 STC12C5A60S2 单片机相结合,通过无线蓝牙通信实现手机对蓝牙模块 SPP - CA 的遥控,从而控制传动机构. 由于该蓝牙遥控锁无锁芯,安全性较高,更能保证人们的财产安全

  总体方案设计

  蓝牙智能遥控锁的的总体方案如图 1 所示. 以单片机作为整个系统的中心处理部分,蓝牙模块接收来自手机蓝牙信号后,经单片机处理,控制步进电机的状态并由液晶屏显示出来; 当单片机检测到其中一路电压较低时就发出声光报警信号. 整个方案设计简明,且易于实现

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  遥控锁硬件设计

  系统总体硬件原理图描述

  蓝牙智能遥控锁总体电路通过分模块设计,实现蓝牙遥控器的功能. 主要包括单片机与蓝牙模块的连接电路、电源切换电路、液晶显示电路、串行存储器扩展电路、步进电机驱动电路

  单片机与蓝牙模块的连接

  本设计采用了 STC12C5A60S2 单片机为控制核心[2],它响应速度快,价格适中,易于扩展. 智能蓝牙锁与手机蓝牙通讯模块系统图如图 2 所示,当手机蓝牙和智能锁蓝牙模块配对成功以后,利用 APP 写入控制程序,传输给智能锁蓝牙模块,智能锁蓝牙模块将手机蓝牙模块的信息传送给单片机,单片机驱动相应的模块

  STC12C5A60S2

  从经济性考虑,蓝牙模块选择了 SPP - CA,它响应速度快,体积小,支持 UART 接口,并支持 SPP 蓝牙串口协议,可以很方便地与单片机相连接[4],连接图如图 3 所示,单片机的 RXD 和蓝牙模块的 UART -TXD 端直接在一起就可以实现两个模块之间的数据互通. 避免繁琐的线缆连接,能直接替代串口线

  电源切换电路

  为了使蓝牙智能锁更加稳定地工作,设计了两路电源如图 4 所示,一路是 12 V( 正常工作时所用电源) 的充电电池接在下图的电源插头PWR2. 5 上,另一路 9 V( 12 V 电源电压低时工作电源) 电池接在 JP7 上.当刚接上电源时,继电器的常闭端吸合,9 V 的电池工作,此时,单片机的P2. 5 接口输出一个高电平,三极管 Q1 饱和导通,继电器得电常开闭合,常闭断开,12 V 的电池接通正常供电. 图中的电容 C4 起到存储作用,为保证继电器和单片机在电源切换瞬间能正常工作. 当 12 V 电池电压逐渐降低时,集成芯片 LM358 的 3 脚( 同相输入端) 电压逐渐降低,当 3 脚的电压小于 2 脚( 反相输入端) 的基准电压时,1 脚输出为低电平. 当单片机的 P2. 6 引脚检测到低电平,让P2. 5 输出低电平,此时 Q1 截止,继电器失电,常开断开,常闭吸合,9 V 电池供电

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  其他部分的硬件设计

  在智能蓝牙锁中,液晶屏的主要作用是显示遥控锁的开锁状态,密码修改、初始化等. 1602 液晶的控制管脚与单片机相连接,设置液晶为 8 位数据连接方式接口,图 5 采用的是 8 位的数据接口. 液晶电源采用 5 V 供电,负端接地

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  利用 24LC02 芯片来进行串行存储器扩展,采用串行 EEPROM 来进行数据保护可以增加存储寿命,系统简单,芯片的价格也相对便宜. 如图 6 所示.

  步进电机驱动选择芯片 ULN2003,ULN2003 是个集电极开路( OC) 输出的反向器. 它的驱动电流很大,可以很好地驱动步进电机. 连接时,步进电机电源接 12 V 电压,另外一端接输出引脚,如 16 脚[8]. 具体硬件电路如图 7 所示

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  软件设计

  软件系统基本流程图如图 8 所示,软件主要设定为以下几项.

  用户初始化: 用手机蓝牙键盘 0 ~ 9 的数字输入密码,允许的最大密码个数由程序中宏定义变量决定. 用户设定的密码由 EEPROM( 24C02) 保存,并用“累加和”校验来保证数据的有效性. 程序首次运行时 EEPROM 中的数据无效,此时会提示“Pless SetPassword”. 设置密码时需要用户输入两次相同的密码,以保证设置成功,设置后密码自动保存. 两次密码设置不同将导致密码设置失败,需按”D”键重新设置. 密码设定成功后,开机初始化单片机.

  密码接收与发送模块: 手机发送输入密码开门请求,控制中心发送确认指示,提示输入密码,#号键结束,系统将键入的密码与 EEPROM 中保存的密码做对比,相同则系统解锁,液晶显“Password Correct”“system unlock! ”并且步进电机开始运转,执行开锁动作.

  密码校验模块: 输入密码,三次密码错,产生报警并将短时间屏蔽该蓝牙,系统也将锁定,加强了安全性.

  关门提醒及密码重设模块: 关门键“A”没按下时,蜂鸣器会发出报警声,提示用户锁门. 密码输入错误系统锁定时,按“D”键可以重新开始输入密码.密码输入正确系统解锁时,按“E”键可以重新修改密码操作. 当忘记密码时,可以通过修改源程序中的宏定义值来重置密码. 可见,此系统符合人性化,让用户感觉方便舒适

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  系统调试

  本蓝牙智能遥控锁系统采用智能手机蓝牙发送,安装在锁里面的蓝牙模块 SPP - CA 为接收. 首先,打开手机蓝牙菜单,搜索附近的蓝牙设备,如图 9 所示. 当手机搜索到遥控锁里面的蓝牙设备时,输入蓝牙匹配密码,如图 10 所示; 然后打开手机上的蓝牙终端软件,点击无线键盘菜单,( * 键是取消键,#键是确认键,字母 D 是更改密码键) 利用无线键盘输入密码,然后按#键确认,当蓝牙匹配密码和无线键盘输入的密码正确时,遥控锁打开. 用户想更改密码,先输入两次旧密码,如果输入正确液晶屏会显示“SetNewWordEnable”,此时,用户可以输入六位新密码并按下 D 键( 更改密码键) ,此时液晶屏显示“input again”,再次输入新密码和 D 键,这时,显示屏显示“ResetPasswordOK”表示密码修改成功

 STC12C5A60S2

 STC12C5A60S2

  本蓝牙智能遥控锁系统采用智能手机蓝牙发送,安装在锁里面的蓝牙模块 SPP - CA 为接收. 实现了手机蓝牙遥控、双密码开锁、两组电源供电、关门提醒、设置暗锁等创新性功能,在为人们生活提供便利的同时,也大大提高了锁的安全性,在智能家居行业具有实用价值和参考意义

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