基于 STM32 和機智云智能門鎖的實現

目錄

1、功能實現

2、軟、硬件系統設計

3、系統調試

4、結論

1

功能實現

本系統基于STM32和機智云設計了一款新型智能門鎖。該系統主要由STM32 主控制模塊、數據存儲器單元、矩陣鍵盤單元、TFT 液晶顯示、手機APP 等模塊組成，實現了一款擁有警報功能的控制系統。此外，結合日常生活的實用性，在此基礎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，并在同一局域網下， 機智云通過一鍵配置實現互通，并實時顯示和控制開、關鎖的狀態。最終組成完整系統并完成了調試。

系統硬件設計

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網功能，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存、操作速度、性能、I/O 端口、定時器、計數器和串行端口等。除抗干擾性、封裝的形式、保密性能也存在一些基本要求，如優先中斷源的數量、工作溫度的范圍、低電壓的檢測、時鐘脈沖發生器微控制器和復位功能，還應考慮開發過程、開發工具、程序員、研究成本、開發人員的適應性、技術支持和服務等方面。

基于這些因素，選擇 STM32 作為本設計的核心組件，使用靈活的設計、編程和多樣端口 I/O，并控制它的準確性。使用外部 AT24C02 芯片存儲密碼并通過TFT 彩屏實現顯示功能，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和控制門鎖開關。最后使用鍵盤通過輸入密碼來實現各個功能。系統整體框圖見圖 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備，分為獨立按鍵和矩陣按鍵，因此，使用起來很方便。這個設計需要大量的按鍵，所以使用矩陣按鈕來保存 I/O 線，當按下一個鍵時，通過某個側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，并根據相應的算法確定密碼（通過將值更改為初始值或根據結果）。鍵盤為 4×4 形式，按鍵包括數字 0~9，以及模式、改密、確認、取消、網絡復位和消除警報 6 個應用按鍵。如果需要輸入或更改密碼，按下相應的按鈕將會和單片機生成一個信號并執行相應的程序。

1.3顯示模塊

此彩屏顯示屏幕的像素點對應著 GRAM 的存儲單元，對應于芯片內部有將數據從 GRAM 存儲單元轉換為 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 總線上的設備可以很多個，每個有獨立的地址。

AT24C02 芯片

該設計使用的是 AT24C02 芯片，用于存儲數據和特定的一些任務、尋找指令和接收發送數據。

智能鎖模塊

1.6

電磁鎖設計與具有電磁效應的電磁設計相同。當電流通過時，電磁鐵就會產生強大的拉力，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生很大的磁力，正確關掉電源之后，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，控制系統與受控系統之間存在著相互作用的關系，在系統中相當于一個開關的存在。在正常狀態下，公共端與常閉端相接，當密碼輸入正確，將會導通，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”的目的。因此，它在諸如自動調諧、保護和轉換方案等電路中發揮作用。繼電器原理見圖 4

02

系統軟件設計

2.1 智能鎖模塊程序設計

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，電磁驅動器生效，鎖簧收縮開鎖；如果密碼不正確，繼電器處于常閉狀態，鎖將不會打開。

01

無線傳輸模塊程序設計

ESP8266 是一款超低功耗 UART-WiFi 傳輸模塊，通過將物理設備連接至無線網絡上進行 Internet 或LAN 通信，從而提供網絡連接。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，從數值 0~9 中，任意選取 6 位數字作為輸入密碼，主要通過掃描的原理來判斷按鍵有無閉合及其位置信息，當按下一個鍵時，通過某個側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，并根據相應的算法確定密鑰有著實現復位、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計

當輸入密碼正確時，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

機智云聚焦物聯網、云計算、大數據、人工智能等新一代信息技術，立足制造企業設備智能化、場景數智化需求，基于機智云AIoT底層技術，通過研發自主可控的工業基礎軟件，構建AIoT工業互聯網平臺及“軟件+硬件+算法+服務”一站式軟硬件解決方案，打通產品從設計研發、生產經營到售后運維的全流程數據，實現設備全生命周期數字化管理，有效幫助傳統制造企業低成本、高效率實現數字化轉型、智能化改造。

結束語

本文主要借助 STM32 和機智云設計了一款新型智能門鎖。此設計中主要采用 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 讀寫程序相結合， 設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。

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和控制開、關鎖。其利用 ESP8266 無線傳輸模塊，通過云服務器將智能門鎖設計與手機 APP 進行連接，并在同一局域網下機智云通過一鍵配置實現互通，當機智云發出信號時將會傳輸到 ESP8266 芯片，再通過芯片傳送至STM32 單片機，執行相應的操作。