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藍牙門鎖模塊的智能門鎖控制系統設計

來源: 作者: 發布日期:2016-12-20 16:59:05 加入收藏 關注:
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  在一個家庭中,門鎖是與生活財產息息相關的重要物品 之一。隨著科技的進步,人們對門鎖的安全要求與便利要求越來越高。因此,傳統的機械鎖正面臨著嚴峻的挑戰,技術及科技含量較高的智能鎖具,如密碼鎖、指紋鎖、藍牙鎖等以其智能化和成熟的技術正逐步取代傳統機械鎖具。

1 系統概述:

  為了增強門鎖的安全性、可靠性,并進一步實現智能化,設計了一種基于藍牙的無線智能門鎖控制系統,該系統可以單獨使用,也可配合傳統機械鎖共同使用,該系統主要由門鎖控制系統和智能移動設備藍牙客戶端軟件兩部分構成,門鎖控制系統由STC單片機、藍牙串口模塊、繼電器、驅動電機、鎖閂、限位開關等模塊組成,藍牙串口模塊以從模式進行廣播,等待智能移動設備作為主設備進行掃描、地址配對以及密碼驗證等,完成密碼驗證后,雙方以3DES加密方式進行數據通訊。單片機對藍牙串口模塊傳輸的數據進行加密或者解密,當收到合法的開鎖或閉鎖命令后,單片機控制繼電器使電機正轉或者反轉,帶動門閂完成開鎖、閉鎖操作,并通過監測限位開關和電流傳感器來保證操作的準確性和安全性。設計的兩個按鍵方便在屋內進行開鎖和閉鎖操作,LED燈和蜂鳴器起到提示和報警作用,霍爾開關用來檢測門是否關好。智能移動設備藍牙客戶端軟件主要完成系統登錄、藍牙地址配對、密碼驗證、數據加密、解密、開鎖、閉鎖命令、系統參數設置等操作,是實現人機交互的主要手段,并可對按鍵操作實現屏蔽。該系統無需機械鑰匙,非接觸、無磨損,并具有三道安全技術保障,批量投入使用,將會產生較好的社會效益。系統的總體結構示意圖如圖1所示。

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2 系統硬件設計

2.1 系統主控電路接口設計

  綜合成本、性能等各方面考慮,主控芯片選用的是宏晶科技公司設計生產的SOP28封裝單片機它是單機器周期(1T)的單片機,具有高速、高可靠、超低功耗、超級抗干擾等優點,指令代碼完全兼容傳統8051。內部集成高可靠復位電路,可用在高速通信、智能控制、強干擾等場合[3] 。它內部具有2K RAM、32K Flash以及29K EEPROM,利用該單片機內部的EEPROM可以存儲系統密碼、配對地址、設置參數等,無需再外擴存儲器[4] 。

  系統采用的藍牙串口模塊是小尺寸藍牙轉串口模塊,它內置PCB天線,具有成本低、體積小、收發靈敏度高等優點,專為嵌入式智能無線數據傳輸而打造,只需配備少許的外圍元件就能實現強大功能[5] 。藍牙模塊的EN使能端和單片機的P3.4相連接,高電平有效;模塊工作電壓為3.3V~6V,此處5V供電即可;通過STC15單片機的串口把AT指令發給藍牙模塊,實現藍牙串行數據無線透傳;藍牙串口模塊的STATE端口和單片機的P3.2相連接,單片機通過檢測該端口可以了解藍牙模塊的工作狀態,P3.2端口為高電平時表示藍牙設備連接成功。

  單片機自帶的12位高精度A/D轉換器可以完成對電流傳感器信號VOUT的采集、轉換功能,通過和設定的電流閥值比較來保證電機和系統的安全。按鍵K1、K2可以在屋內實現手動開鎖、閉鎖等功能,并且按鍵K1、K2的功能可通過手機藍牙客戶端軟件進行屏蔽,進一步增加了系統的安全性、方便性和靈活性。限位開關用來檢測鎖閂在開鎖、閉鎖時是否運行到位,一旦STC15單片機檢測到P2.4或P2.5為低電平,則說明鎖閂運行到位,并立即控制電機停止轉動,達到安全保護目的。U7是霍爾開關傳感器,如果門沒有關好,它會向單片機輸出高電平信號,單片機則控制蜂鳴器發出報警提示。系統主控電路設計原理圖如圖2所示。

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2.2 鎖閂控制系統電路設計

  鎖閂由直流電機通過齒輪帶動,考慮到直流電機的工作電壓較高,STC15單片機驅動繼電器采用了光耦隔離。當光耦U4導通、U5截止時,繼電器JDQ1的1引腳接+12V,而繼電器JDQ2的1引腳接地,此時電機M1實現正向轉動,并帶動鎖閂鎖門;當光耦U4截止、U5導通時則電機M1反向轉動,并帶動鎖閂開門;而當光耦U4、U5同時截止或導通時,電機因其兩端的電壓相同而停止轉動。為防止電機因所受阻力過大而損壞,采用了電機電流監測傳感器ACS712ELCTR-05B,它是Allegro公司生產的基于霍爾效應的線性電流傳感器,它的最大工作電流是±5A,靈敏度是185mV/A。ACS712ELC具有高絕緣電壓、單電源操作、極低內部傳導電阻等優點,可為工業、汽車、商業和通信系統中的交流或直流電流感測提供經濟實惠的精密解決方案[6] 。ACS712ELC電流傳感器監測通過電機的電流值,并傳遞給STC15單片機實時處理,當電機負載增大到一定程度,通過電機的電流值超過預先設定閥值時,STC15單片機立即控制繼電器使電機停止轉動,從而起到安全保護作用。其中,D6和D7是保護二極管,C6-C9是高壓電容,可以起到保護電路的作用。鎖閂電機控制系統電路設計原理圖如圖3所示。

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        科技的進步與每個人都息息相關,相信在不久的將來,智能門鎖會越發的進步與便利。造福每一個家庭,感受科技帶給我們生活的重大改變。

 

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