基于 STM32 和机智云智能门锁的实现

目录

1、功能实现

2、软、硬件系统设计

3、系统调试

4、结论

1

功能实现

本系统基于STM32和机智云设计了一款新型智能门锁。该系统主要由STM32 主控制模块、数据存储器单元、矩阵键盘单元、TFT 液晶显示、手机APP 等模块组成，实现了一款拥有警报功能的控制系统。此外，结合日常生活的实用性，在此基础上增加手机无线远程解锁功能。

利用esp8266 无线传输模块将智能门锁与手机 APP 进行连接，并在同一局域网下， 机智云通过一键配置实现互通，并实时显示和控制开、关锁的状态。最终组成完整系统并完成了调试。

系统硬件设计

单片机作为控制程序的主要组成部分，为了获得最佳的性价比并且需要联网功能，所以需要选择一个比较合理的单片机型号。又考虑到单片微型计算机的内存、操作速度、性能、I/O 端口、定时器、计数器和串行端口等。除抗干扰性、封装的形式、保密性能也存在一些基本要求，如优先中断源的数量、工作温度的范围、低电压的检测、时钟脉冲发生器微控制器和复位功能，还应考虑开发过程、开发工具、程序员、研究成本、开发人员的适应性、技术支持和服务等方面。

基于这些因素，选择 STM32 作为本设计的核心组件，使用灵活的设计、编程和多样端口 I/O，并控制它的准确性。使用外部 AT24C02 芯片存储密码并通过TFT 彩屏实现显示功能，利用无线传输将实物与机智云连接，在手机 APP 上显示是否处于正常状态和控制门锁开关。最后使用键盘通过输入密码来实现各个功能。系统整体框图见图 1。

1.2

矩阵键盘模块

矩阵键盘模块

键盘是单片机非常重要的输入设备，分为独立按键和矩阵按键，因此，使用起来很方便。这个设计需要大量的按键，所以使用矩阵按钮来保存 I/O 线，当按下一个键时，通过某个侧引脚给出一个低电平，并且对整个引脚进行扫描，看它是否与原始赋值相同，并根据相应的算法确定密码（通过将值更改为初始值或根据结果）。键盘为 4×4 形式，按键包括数字 0~9，以及模式、改密、确认、取消、网络复位和消除警报 6 个应用按键。如果需要输入或更改密码，按下相应的按钮将会和单片机生成一个信号并执行相应的程序。

1.3显示模块

此彩屏显示屏幕的像素点对应着 GRAM 的存储单元，对应于芯片内部有将数据从 GRAM 存储单元转换为 LCD 屏幕的控制信号。

1.4无线模块

无线传输模块采用 ESP8266WIFI 模块，ESP8266 有着同类产品所没有的高配置和兼容性。

1.5存储模块

EEPROM 模块的 IIC 总线由单片机控制，挂在 IIC 总线上的设备可以很多个，每个有独立的地址。

AT24C02 芯片

该设计使用的是 AT24C02 芯片，用于存储数据和特定的一些任务、寻找指令和接收发送数据。

智能锁模块

1.6

电磁锁设计与具有电磁效应的电磁设计相同。当电流通过时，电磁铁就会产生强大的拉力，把拉动的铁片吸到门锁上就达到锁门的目的。只要一个微小的电流可以产生很大的磁力，正确关掉电源之后，电磁锁失去吸收力，就可以打开。

继电器是由电从而达到控制的一种装置，控制系统与受控系统之间存在着相互作用的关系，在系统中相当于一个开关的存在。在正常状态下，公共端与常闭端相接，当密码输入正确，将会导通，继电器使能端将有电流通过，公共端就会与常开端连接，从而达到一个“开关”的目的。因此，它在诸如自动调谐、保护和转换方案等电路中发挥作用。继电器原理见图 4

02

系统软件设计

2.1 智能锁模块程序设计

微控制器接受输入代码后并将其与EEPROM 中存储的密码进行比较。如果密码正确，继电器公共端与常开端保持连接状态，电磁驱动器生效，锁簧收缩开锁；如果密码不正确，继电器处于常闭状态，锁将不会打开。

01

无线传输模块程序设计

ESP8266 是一款超低功耗 UART-WiFi 传输模块，通过将物理设备连接至无线网络上进行 Internet 或LAN 通信，从而提供网络连接。该模块有STA 模式、AP 模式和STA+AP 模式３种模式。

02

矩阵键盘模块程序设计

键盘选用的是 4×4 矩阵键盘，通过编程分别赋值给不同信息，从数值 0~9 中，任意选取 6 位数字作为输入密码，主要通过扫描的原理来判断按键有无闭合及其位置信息，当按下一个键时，通过某个侧引脚给出一个低电平，并且对整个引脚进行扫描，看它是否与原始赋值相同，并根据相应的算法确定密钥有着实现复位、模式、更改密码和确认等功能。

03

密码验证和密码更改程序设计

当输入密码正确时，密码验证成功，成功开锁。输入密码失败超过３次，将会发出报警。用户需要更改密码时，需先输入原始密码，确认后输入 2 次要改的密码。

03

手机APP

机智云聚焦物联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术，立足制造企业设备智能化、场景数智化需求，基于机智云AIoT底层技术，通过研发自主可控的工业基础软件，构建AIoT工业互联网平台及“软件+硬件+算法+服务”一站式软硬件解决方案，打通产品从设计研发、生产经营到售后运维的全流程数据，实现设备全生命周期数字化管理，有效帮助传统制造企业低成本、高效率实现数字化转型、智能化改造。

结束语

本文主要借助 STM32 和机智云设计了一款新型智能门锁。此设计中主要采用 STM32 单片机为主控模块，运用 AT24C02存储芯片、ESP8266WiFi、TFT 彩屏、4×4 矩阵键盘、继电器和电磁锁等电路。矩阵键盘作为输入，任意 6 位数字作为密码，用 C 语言编写主控单元的控制程序和EEPROM 读写程序相结合， 设计出一款不仅拥有警报功能还可以用手机控制的智能门锁系统。

增加了手机远程控制的功能，利用无线传输功能，可将电子锁与手机 APP 机智云进行连接，并在机智云上实时显示是否处于正常的状态和控制开、关锁。其利用 ESP8266 无线传输模块，通过云服务器将智能门锁设计与手机 APP 进行连接，并在同一局域网下机智云通过一键配置实现互通，当机智云发出信号时将会传输到 ESP8266 芯片，再通过芯片传送至STM32 单片机，执行相应的操作。