APP控制智能電磁門鎖系統的設計與實現

張瀟 王鋒 馬海華

摘 要：文中設計并實現了一個智能電磁門鎖系統，硬件部分主要由STC89C51單片機、ESP8266 WiFi模塊和AMS1117-3.3 V穩壓芯片等器件組成。系統中智能手機端和單片機通過WiFi模塊通信，手機端APP發送控制指令，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，輸出相應的高低電平，從而實現電磁門鎖的開閉。測試結果表明，電磁門鎖系統工作穩定，使用方便。

關鍵詞：智能電磁門鎖;APP;單片機;智能家居

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

0 引 言

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

1 硬件設計

1.1 總體設計

智能電磁門鎖系統的主體分為電磁門鎖、單片機控制系統以及手機APP控制端三部分，如圖1所示。其中，單片機控制系統由51單片機、繼電器和WiFi模塊構成。手機端APP與門鎖系統的WiFi模塊構成無線網絡，APP發送控制指令給單片機控制系統，通過控制繼電器動作實現電磁門鎖的開閉。

1.2 硬件系統設計

智能電磁門鎖系統的硬件部分由STC89C51單片機、ESP8266 WiFi模塊和AMS1117-3.3 V穩壓芯片等器件組成。其中單片機起到分析數據和初始化系統的作用，WiFi模塊用于實現智能手機和單片機的通信。單片機最小系統電路主要由電源電路、復位電路和晶振電路構成。控制電路主要由PNP三極管和HK4100F-DC 5 V繼電器構成。PNP型三極管是低電平驅動元件，輸入低電平三極管飽和，電流即可通過。

智能電磁門鎖系統的設計重點在于實現智能手機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進行數據傳輸。并且該模塊具有多種工作模式，既可作為路由器設置局域網，也可作為終端連接互聯網，在本文系統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模塊提供穩定的3.3 V工作電壓。

2 軟件系統設計

2.1 單片機主程序設計

系統主程序流程如圖2所示。單片機程序部分負責51單片機、WiFi模塊、串口中斷與外部中斷的初始化工作，根據WiFi模塊接收到的信息轉化成串口信息后傳遞給單片機，由單片機執行相應的操作。

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

9 600 Mbps。設置方法如下：

（1）將定時器1的工作模式設定為16位定時計數方式;

（2）賦初始值給TL1和TH1，并根據晶振大小設置不同的數值初始化串口;

（3）啟動定時器TR1;

（4）設定用于串行數據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送給繼電器模塊，利用繼電器的吸合斷開驅動電磁門鎖，從而實現門鎖控制。

2.2 手機APP開發

手機APP的功能主要包括控制界面的設計、手機與電磁門鎖系統連接狀態的判斷與顯示、電磁門鎖的打開與關閉控制等。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 系統調試與分析

本文系統開發的實物如圖5所示。

基于單片機的智能電磁門鎖系統調試過程如下：

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

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

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

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

4 結 語

隨著技術的進步與成熟，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將會有更大的進步空間，如真正實現互聯網控制以及指紋識別、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

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