基于Arduino的智能锁系统设计与实现.docx

基于ArdUinO附僭能锁系充设计与实现梁晶史记征摘要：随着物联网技术的发展，智能化已成为锁具行业发展的趋势之一。针对目前智能锁不支持无线通信、不支持手机APP控制等缺点，提出一种基于蓝牙无线模块的手机控制智能锁系统。通过手机蓝牙控制智能锁的开关，硬件端的HC05蓝牙模块作为服务器端，手机蓝牙作为客户端;客户端采用APPInventor编程语言制作手机APP;硬件端采用Arduino主控板控制，实现了Arduino与蓝牙之间通过串口进行通信。实验结果表明：蓝牙智能锁可以准确接收手机端发送的开、关锁指令，具有广阔的市场应用前景。关键词：蓝牙智能锁;ArdUinO控制器;手檄APP中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号:1009-3044(2019)32-0086-031概述随着“万物互联”概念的提出，物联网技术得到了飞速发展，智慧生活和智能家居理念也逐渐得到人们的认可。传统门锁在智能化、安全管理上仍有许多需要改进的地方，目前市场上现有的一些智能门锁,仅仅是在开锁方式上做了一些改变，而在无线控制、手机APP控制等方面仍存在不足，因此设计一款无线遥控、人机界面友好的智能门锁具有重要的意义。基于以上理念,在结合物联网技术、嵌入式技术、电子技术的基础上，设计了一款基于Arduino的手机APP控制的智能锁。同时，为了增加智能锁的安全等级，用户需先通过手机客户端APP密码进行验证，然后才能对锁具进行开关控制，有效的避免了传统门锁的不足。2系统方案设计系统总体框图如图1所示。蓝牙模块通过串口与Arduino主控板进行通信，利用Arduino主控板的数字引脚5控制单路继电器的吸起和落下，从而控制电子锁电源的导通和断开;蓝牙模块通过无线方式与手机端蓝牙进行通信，进而实现手机端APP对电子锁的控制。3硬件设计3.1 Arduino主控板Arduino是个基于开放源代码的软硬体平台。它的硬件具有丰富的接口，有数字I/O口、模拟I/O口，同时支持SPI、IIC.UART串通信。Arduino编程语言没有复杂的单片机底层代码，没有难懂的汇编程序，只有简单而实用的函数。直接调用它们就可以完成各种需要的功能，而且简便的编程环境拥有极大的自由度，可拓展性能非常高。标准化的接口模式、丰富的开放源代码，从而使复杂命令的编程工作变得简单。常用的ArdAno主控板有:ArdUinoUno、ArduinoMega2560>ArduinoNanoLiIyPadArduinoArduinoLeonardo本系统中所使用的ArduinoUNOR3是一个基于ATmega328核心的微控制器板。它由14个数字输入/输出引脚（其中6个可以用作PWM输出）、6个模拟输入、一个16MHZ的陶瓷谐振器、USB接口、电源插孔、ICSP头和一个复位按钮组成，如图2所示。开发板出厂时已完成了启动程序的固化，使用过程中可以直接使用USB线进行程序下载。3.2 传感器扩展板对于一些不熟悉电子技术的人，要添加电路是一个比较麻烦的事,借助于传感器扩展板，能使大部分外围元器件轻松地与Arduino主控板连接，如图3所示。3.3 蓝牙模块BluetoothBee蓝牙无线数传模块采用XBEE造型设计，体积尺寸紧凑，兼容传感器扩展板底座，适用于各种3.3V的单片机系统，模块可以使用AT指令设置主从模式、波特率、配对密码、用户信息等。如图4所示。3.4 单路继电器单路继电器模块是一个小电流信号控制大功率设备的常用电子模块，可实现单片机控制大功率器件，广泛用于单片机系统设计的智能家居项目。如图5所示。3.5 电磁锁电磁锁的原理：电磁锁内部有电磁线圈，利用电生磁的原理，当电流通过硅钢片时.，电磁锁会产生强大的吸力，紧紧地吸住门上铁片,达到锁门的效果。只要小小的电流，电磁锁就会产生莫大的磁力。当控制电磁锁电源系统识别人员正确后则会断电，电磁锁失去吸力即可开门。开门后经预设延时后电磁锁恢复通电状态与门上铁片吸合，门再次锁紧。如图6所示。硬件系统连接顺序是：传感器扩展板扣在ArdUin。主控板上，蓝牙模块扣在传感器扩展板上，传感器扩展板上的数字引脚5控制单路继电器的吸起和落下，单路继电器控制电磁锁的电源。4软件设计4.1 硬件端程序代码设计思路：硬件端蓝牙模块收到手机端发来的命令数值16,通过串口发送给Arduino控制器，Arduino控制数字引脚5输出高电平,使继电器吸起，电磁锁电源断开，门锁打开;延迟10秒，让继电器落下，电磁锁电源合上，门锁闭合。打开ArdUino开发编码环境界面，输人以下代码，编译通过后下载到Arduino主控板。4.2 手机端程序代码系统中的手机端APP采用AppInVentOr进行编程,Appln_ventor是Google实验室的一个计划，由来自麻省理工学院、有“AppInventor之父之称的HaIAbeIson教授及其团队负责主导开发。它以图形化编程界面为主要特色，是一种简单、快速开发AndroidApp的开发平台，功能强大、易学易懂。4.2.1 屏幕初始化在没有完成“搜索蓝牙”之前，“连接蓝牙”按钮应处于非活动状态，即不可点击。422“搜索蓝牙”键设计利用LiStPiCker组件实现“搜索蓝牙”键展开功能，将手机已存储配对过的设备做成一个列表供选择。423“连接蓝牙”键设计在ListPicker的展开列表中,选择硬件端蓝牙的名称,然后点击“连接蓝牙”以实现手机端与硬件端的无线连接。424“锁按钮”键设计设计思路：点击“锁闭”的图案时，先检查输入的密码是否正确，如果正确则将“锁闭”的图案换成“开锁”的图案，并通过手机蓝牙向Arduino主控板发送命令数值16;在延时10秒后，把“开锁”的图案换成“锁闭”的图案。4.2.5手机端APP运行效果5结束语本系统是基于Arduino主控板的蓝牙智能控制锁的设计，内容包括方案的设计、硬件选型、软件编程。经实验测试，系统工作可靠、运行稳定、功耗低，能实现无线开锁上锁功能，手机端APP界面中的输入密码选型增强了锁具的安全等级。此外，本设计还可以推广到电动车、小汽车等领域，为蓝牙通信在物联网技术发展中的应用提供一定的参考价值。