張瀟 王鋒 馬海華

摘 要：文中設(shè)計并實現(xiàn)了一個智能電磁門鎖系統(tǒng)，硬件部分主要由STC89C51單片機、ESP8266 WiFi模塊和AMS1117-3.3 V穩(wěn)壓芯片等器件組成。系統(tǒng)中智能手機端和單片機通過WiFi模塊通信，手機端APP發(fā)送控制指令，WiFi模塊接收指令后通過串口與單片機通信，單片機分析寄存器中的控制指令，輸出相應(yīng)的高低電平，從而實現(xiàn)電磁門鎖的開閉。測試結(jié)果表明，電磁門鎖系統(tǒng)工作穩(wěn)定，使用方便。

關(guān)鍵詞：智能電磁門鎖;APP;單片機;智能家居

中圖分類號：TP277文獻標(biāo)識碼：A文章編號：2095-1302（2019）02-00-02

0 引 言

目前，市場上出現(xiàn)了各種智能門鎖，如與手機GSM通信相結(jié)合的智能門鎖、藍(lán)牙智能門鎖和RFID電子鎖等[1-3]。與手機GSM相結(jié)合的智能門鎖是利用移動通信系統(tǒng)進行遠(yuǎn)程控制的門鎖，但是當(dāng)信號不穩(wěn)定時，控制效果會受到較大影響。藍(lán)牙智能門鎖基于藍(lán)牙技術(shù)進行無線通信，控制門鎖的狀態(tài)，但是藍(lán)牙通信的距離有限，且無法反饋用戶門鎖的實時狀態(tài)。RFID電子鎖是將傳統(tǒng)的鑰匙更換成便攜的RFID射頻卡。本文設(shè)計并實現(xiàn)了一個通過手機APP控制的電磁門鎖系統(tǒng)。

1 硬件設(shè)計

1.1 總體設(shè)計

智能電磁門鎖系統(tǒng)的主體分為電磁門鎖、單片機控制系統(tǒng)以及手機APP控制端三部分，如圖1所示。其中，單片機控制系統(tǒng)由51單片機、繼電器和WiFi模塊構(gòu)成。手機端APP與門鎖系統(tǒng)的WiFi模塊構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)，APP發(fā)送控制指令給單片機控制系統(tǒng)，通過控制繼電器動作實現(xiàn)電磁門鎖的開閉。

1.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

智能電磁門鎖系統(tǒng)的硬件部分由STC89C51單片機、ESP8266 WiFi模塊和AMS1117-3.3 V穩(wěn)壓芯片等器件組成。其中單片機起到分析數(shù)據(jù)和初始化系統(tǒng)的作用，WiFi模塊用于實現(xiàn)智能手機和單片機的通信。單片機最小系統(tǒng)電路主要由電源電路、復(fù)位電路和晶振電路構(gòu)成?？刂齐娐分饕蒔NP三極管和HK4100F-DC 5 V繼電器構(gòu)成。PNP型三極管是低電平驅(qū)動元件，輸入低電平三極管飽和，電流即可通過。

智能電磁門鎖系統(tǒng)的設(shè)計重點在于實現(xiàn)智能手機APP與單片機之間的無線通信。選擇使用ESP8266串口WiFi模塊，該模塊可通過AT指令配置與單片機上的串口通信，還可利用WiFi進行數(shù)據(jù)傳輸。并且該模塊具有多種工作模式，既可作為路由器設(shè)置局域網(wǎng)，也可作為終端連接互聯(lián)網(wǎng)，在本文系統(tǒng)中起著通信樞紐的作用。由于該模塊的工作電壓較低，為3.3 V，而電源電路采用5 V電源，因此需要搭配AMS1117-3.3 V降壓芯片使用。5 V電源通過降壓芯片后從5 V降為3.3 V，從而保證不會燒壞WiFi模塊，同時還可為WiFi模塊提供穩(wěn)定的3.3 V工作電壓。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

2.1 單片機主程序設(shè)計

系統(tǒng)主程序流程如圖2所示。單片機程序部分負(fù)責(zé)51單片機、WiFi模塊、串口中斷與外部中斷的初始化工作，根據(jù)WiFi模塊接收到的信息轉(zhuǎn)化成串口信息后傳遞給單片機，由單片機執(zhí)行相應(yīng)的操作。

首先對各個模塊進行初始化，使ESP8266 WiFi模塊根據(jù)配置好的數(shù)據(jù)創(chuàng)建連接服務(wù)。智能手機驗證密碼與單片機WiFi模塊通信，通過手機APP端向單片機發(fā)送控制指令。單片機在收到手機APP發(fā)送的控制指令后，主程序轉(zhuǎn)至中斷服務(wù)程序執(zhí)行相應(yīng)的操作。單片機根據(jù)指令類型把指令放入不同的內(nèi)部寄存器中，然后讀取存儲在寄存器中的指令，依據(jù)讀取到的控制指令的不同，輸出相應(yīng)的高低電平到控制電路，實現(xiàn)電磁門鎖的開閉。ESP8266 WiFi模塊需要AT指令控制其創(chuàng)建訪問接入點（Access Point，AP）。為保證單片機和WiFi模塊之間正常的數(shù)據(jù)通信，兩端的波特率均設(shè)置為

9 600 Mbps。設(shè)置方法如下：

（1）將定時器1的工作模式設(shè)定為16位定時計數(shù)方式;

（2）賦初始值給TL1和TH1，并根據(jù)晶振大小設(shè)置不同的數(shù)值初始化串口;

（3）啟動定時器TR1;

（4）設(shè)定用于串行數(shù)據(jù)通信控制的可位尋址專用寄存器的工作方式為10位異步收發(fā)方式。

單片機接收到控制指令并存儲到寄存器，由單片機讀取指令后發(fā)送給繼電器模塊，利用繼電器的吸合斷開驅(qū)動電磁門鎖，從而實現(xiàn)門鎖控制。

2.2 手機APP開發(fā)

手機APP的功能主要包括控制界面的設(shè)計、手機與電磁門鎖系統(tǒng)連接狀態(tài)的判斷與顯示、電磁門鎖的打開與關(guān)閉控制等。手機APP控制主程序流程如圖3所示。

手機APP控制界面如圖4所示。

3 系統(tǒng)調(diào)試與分析

本文系統(tǒng)開發(fā)的實物如圖5所示。

基于單片機的智能電磁門鎖系統(tǒng)調(diào)試過程如下：

（1）將12 V供電適配器與5 V USB電源線連通，系統(tǒng)紅色電源LED燈亮起，WiFi模塊紅色電源燈亮起，藍(lán)色指示燈短暫閃爍兩次，單片機系統(tǒng)初始化，WiFi模塊初始化完成。

（2）打開手機WLAN連接系統(tǒng)WiFi模塊的通信網(wǎng)絡(luò)，打開手機上安裝好的本文系統(tǒng)配套APP—WiFi電磁鎖控制系統(tǒng)，嘗試發(fā)送控制命令，首先判斷是否連接上單片機的test網(wǎng)絡(luò)，若是，則重啟APP即可。

（3）通過手機向單片機發(fā)送控制指令，每發(fā)送一條控制指令，WiFi模塊上的藍(lán)色指示燈會閃爍一次，電磁門鎖便會根據(jù)相應(yīng)的控制指令執(zhí)行動作。

在調(diào)試過程中，連接速度基本維持在54 Mb/s，若有墻體，WiFi信號則會出現(xiàn)略微下降，能實現(xiàn)基本的有效控制，連接速度降低為48 Mb/s。

4 結(jié) 語

隨著技術(shù)的進步與成熟，智能家居進入了千家萬戶，而智能門鎖作為智能家居的安全防線，其重要性不言而喻。未來，APP控制智能電磁門鎖系統(tǒng)將會有更大的進步空間，如真正實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)控制以及指紋識別、虹膜識別等更加先進安全的控制手段，人們的生活也會變得更加方便。

參 考 文 獻

[1] ZHANG X H.The design research of wireless smart home system based on android operating system[D].Chengdu：University of Electronic Science and Technology of China，2016.

[2]鄧璐娟，潘凱潔，陳培.中央空調(diào)系統(tǒng)的MAS智能控制模型[J].計算機技術(shù)與發(fā)展，2012，22（8）：213-215.

[3]欒祿祥.基于GPRS和激光虛擬鍵盤的智能電子門鎖系統(tǒng)[J].計算機應(yīng)用，2016（A2）：319-321.

[4]梁樂彬.基于BLE4.2的外置型智能門鎖控制裝置[J].自動化與信息工程，2018（1）：11-16.

[5]李志剛.智能門鎖：新“入口”？要智能更要安全[J].電器，2017（7）：36-37.

[6]徐富強，盧聞州，熊化亮，等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新型智能門鎖設(shè)計與實現(xiàn)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2017，7（8）：65-68，71.

[7]王金龍，應(yīng)時彥，周澤育.基于ZigBee的無線聯(lián)網(wǎng)門鎖設(shè)計[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2015，5（10）：49-52.

[8]張庭亮，楊志杰，趙賓杰.基于STM32的遠(yuǎn)程實景智能門鎖的設(shè)計[J].無線互聯(lián)科技，2017（22）：68-70，77.