基于 STM32 和機智云智能門鎖的實現(xiàn)

目錄

1、功能實現(xiàn)

2、軟、硬件系統(tǒng)設(shè)計

3、系統(tǒng)調(diào)試

4、結(jié)論

1

功能實現(xiàn)

本系統(tǒng)基于STM32和機智云設(shè)計了一款新型智能門鎖。該系統(tǒng)主要由STM32 主控制模塊、數(shù)據(jù)存儲器單元、矩陣鍵盤單元、TFT 液晶顯示、手機APP 等模塊組成，實現(xiàn)了一款擁有警報功能的控制系統(tǒng)。此外，結(jié)合日常生活的實用性，在此基礎(chǔ)上增加手機無線遠程解鎖功能。

利用esp8266 無線傳輸模塊將智能門鎖與手機 APP 進行連接，并在同一局域網(wǎng)下， 機智云通過一鍵配置實現(xiàn)互通，并實時顯示和控制開、關(guān)鎖的狀態(tài)。最終組成完整系統(tǒng)并完成了調(diào)試。

系統(tǒng)硬件設(shè)計

單片機作為控制程序的主要組成部分，為了獲得最佳的性價比并且需要聯(lián)網(wǎng)功能，所以需要選擇一個比較合理的單片機型號。又考慮到單片微型計算機的內(nèi)存、操作速度、性能、I/O 端口、定時器、計數(shù)器和串行端口等。除抗干擾性、封裝的形式、保密性能也存在一些基本要求，如優(yōu)先中斷源的數(shù)量、工作溫度的范圍、低電壓的檢測、時鐘脈沖發(fā)生器微控制器和復(fù)位功能，還應(yīng)考慮開發(fā)過程、開發(fā)工具、程序員、研究成本、開發(fā)人員的適應(yīng)性、技術(shù)支持和服務(wù)等方面。

基于這些因素，選擇 STM32 作為本設(shè)計的核心組件，使用靈活的設(shè)計、編程和多樣端口 I/O，并控制它的準(zhǔn)確性。使用外部 AT24C02 芯片存儲密碼并通過TFT 彩屏實現(xiàn)顯示功能，利用無線傳輸將實物與機智云連接，在手機 APP 上顯示是否處于正常狀態(tài)和控制門鎖開關(guān)。最后使用鍵盤通過輸入密碼來實現(xiàn)各個功能。系統(tǒng)整體框圖見圖 1。

1.2

矩陣鍵盤模塊

矩陣鍵盤模塊

鍵盤是單片機非常重要的輸入設(shè)備，分為獨立按鍵和矩陣按鍵，因此，使用起來很方便。這個設(shè)計需要大量的按鍵，所以使用矩陣按鈕來保存 I/O 線，當(dāng)按下一個鍵時，通過某個側(cè)引腳給出一個低電平，并且對整個引腳進行掃描，看它是否與原始賦值相同，并根據(jù)相應(yīng)的算法確定密碼（通過將值更改為初始值或根據(jù)結(jié)果）。鍵盤為 4×4 形式，按鍵包括數(shù)字 0~9，以及模式、改密、確認、取消、網(wǎng)絡(luò)復(fù)位和消除警報 6 個應(yīng)用按鍵。如果需要輸入或更改密碼，按下相應(yīng)的按鈕將會和單片機生成一個信號并執(zhí)行相應(yīng)的程序。

1.3顯示模塊

此彩屏顯示屏幕的像素點對應(yīng)著 GRAM 的存儲單元，對應(yīng)于芯片內(nèi)部有將數(shù)據(jù)從 GRAM 存儲單元轉(zhuǎn)換為 LCD 屏幕的控制信號。

1.4無線模塊

無線傳輸模塊采用 ESP8266WIFI 模塊，ESP8266 有著同類產(chǎn)品所沒有的高配置和兼容性。

1.5存儲模塊

EEPROM 模塊的 IIC 總線由單片機控制，掛在 IIC 總線上的設(shè)備可以很多個，每個有獨立的地址。

AT24C02 芯片

該設(shè)計使用的是 AT24C02 芯片，用于存儲數(shù)據(jù)和特定的一些任務(wù)、尋找指令和接收發(fā)送數(shù)據(jù)。

智能鎖模塊

1.6

電磁鎖設(shè)計與具有電磁效應(yīng)的電磁設(shè)計相同。當(dāng)電流通過時，電磁鐵就會產(chǎn)生強大的拉力，把拉動的鐵片吸到門鎖上就達到鎖門的目的。只要一個微小的電流可以產(chǎn)生很大的磁力，正確關(guān)掉電源之后，電磁鎖失去吸收力，就可以打開。

繼電器是由電從而達到控制的一種裝置，控制系統(tǒng)與受控系統(tǒng)之間存在著相互作用的關(guān)系，在系統(tǒng)中相當(dāng)于一個開關(guān)的存在。在正常狀態(tài)下，公共端與常閉端相接，當(dāng)密碼輸入正確，將會導(dǎo)通，繼電器使能端將有電流通過，公共端就會與常開端連接，從而達到一個“開關(guān)”的目的。因此，它在諸如自動調(diào)諧、保護和轉(zhuǎn)換方案等電路中發(fā)揮作用。繼電器原理見圖 4

02

系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 智能鎖模塊程序設(shè)計

微控制器接受輸入代碼后并將其與EEPROM 中存儲的密碼進行比較。如果密碼正確，繼電器公共端與常開端保持連接狀態(tài)，電磁驅(qū)動器生效，鎖簧收縮開鎖；如果密碼不正確，繼電器處于常閉狀態(tài)，鎖將不會打開。

01

無線傳輸模塊程序設(shè)計

ESP8266 是一款超低功耗 UART-WiFi 傳輸模塊，通過將物理設(shè)備連接至無線網(wǎng)絡(luò)上進行 Internet 或LAN 通信，從而提供網(wǎng)絡(luò)連接。該模塊有STA 模式、AP 模式和STA+AP 模式３種模式。

02

矩陣鍵盤模塊程序設(shè)計

鍵盤選用的是 4×4 矩陣鍵盤，通過編程分別賦值給不同信息，從數(shù)值 0~9 中，任意選取 6 位數(shù)字作為輸入密碼，主要通過掃描的原理來判斷按鍵有無閉合及其位置信息，當(dāng)按下一個鍵時，通過某個側(cè)引腳給出一個低電平，并且對整個引腳進行掃描，看它是否與原始賦值相同，并根據(jù)相應(yīng)的算法確定密鑰有著實現(xiàn)復(fù)位、模式、更改密碼和確認等功能。

03

密碼驗證和密碼更改程序設(shè)計

當(dāng)輸入密碼正確時，密碼驗證成功，成功開鎖。輸入密碼失敗超過３次，將會發(fā)出報警。用戶需要更改密碼時，需先輸入原始密碼，確認后輸入 2 次要改的密碼。

03

手機APP

機智云聚焦物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)，立足制造企業(yè)設(shè)備智能化、場景數(shù)智化需求，基于機智云AIoT底層技術(shù)，通過研發(fā)自主可控的工業(yè)基礎(chǔ)軟件，構(gòu)建AIoT工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺及“軟件+硬件+算法+服務(wù)”一站式軟硬件解決方案，打通產(chǎn)品從設(shè)計研發(fā)、生產(chǎn)經(jīng)營到售后運維的全流程數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設(shè)備全生命周期數(shù)字化管理，有效幫助傳統(tǒng)制造企業(yè)低成本、高效率實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化改造。

結(jié)束語

本文主要借助 STM32 和機智云設(shè)計了一款新型智能門鎖。此設(shè)計中主要采用 STM32 單片機為主控模塊，運用 AT24C02存儲芯片、ESP8266WiFi、TFT 彩屏、4×4 矩陣鍵盤、繼電器和電磁鎖等電路。矩陣鍵盤作為輸入，任意 6 位數(shù)字作為密碼，用 C 語言編寫主控單元的控制程序和EEPROM 讀寫程序相結(jié)合， 設(shè)計出一款不僅擁有警報功能還可以用手機控制的智能門鎖系統(tǒng)。

增加了手機遠程控制的功能，利用無線傳輸功能，可將電子鎖與手機 APP 機智云進行連接，并在機智云上實時顯示是否處于正常的狀態(tài)和控制開、關(guān)鎖。其利用 ESP8266 無線傳輸模塊，通過云服務(wù)器將智能門鎖設(shè)計與手機 APP 進行連接，并在同一局域網(wǎng)下機智云通過一鍵配置實現(xiàn)互通，當(dāng)機智云發(fā)出信號時將會傳輸?shù)?ESP8266 芯片，再通過芯片傳送至STM32 單片機，執(zhí)行相應(yīng)的操作。