APP控制智能电磁门锁系统的设计与实现

　　目前，市场上出现了各种智能门锁，如与手机GSM通信相结合的智能门锁、蓝牙智能门锁和RFID电子锁等[1-3]。与手机GSM相结合的智能门锁是利用移动通信系统进行远程控制的门锁，但是当信号不稳定时，控制效果会受到较大影响。蓝牙智能门锁基于蓝牙技术进行无线通信，控制门锁的状态，但是蓝牙通信的距离有限，且无法反馈用户门锁的实时状态。RFID电子锁是将传统的钥匙更换成便携的RFID射频卡。本文设计并实现了一个通过手机APP控制的电磁门锁系统。

　　1 硬件设计

　　1.1 总体设计

　　智能电磁门锁系统的主体分为电磁门锁、单片机控制系统以及手机APP控制端三部分，如图1所示。其中，单片机控制系统由51单片机、继电器和WiFi模块构成。手机端APP与门锁系统的WiFi模块构成无线网络，APP发送控制指令给单片机控制系统，通过控制继电器动作实现电磁门锁的开闭。

　　1.2 硬件系统设计

　　智能电磁门锁系统的硬件部分由STC89C51单片机、ESP8266 WiFi模块和AMS1117-3.3 V稳压芯片等器件组成。其中单片机起到分析数据和初始化系统的作用，WiFi模块用于实现智能手机和单片机的通信。单片机最小系统电路主要由电源电路、复位电路和晶振电路构成。控制电路主要由PNP三极管和HK4100F-DC 5 V继电器构成。PNP型三极管是低电平驱动元件，输入低电平三极管饱和，电流即可通过。

　　智能电磁门锁系统的设计重点在于实现智能手机APP与单片机之间的无线通信。选择使用ESP8266串口WiFi模块，该模块可通过AT指令配置与单片机上的串口通信，还可利用WiFi进行数据传输。并且该模块具有多种工作模式，既可作为路由器设置局域网，也可作为终端连接互联网，在本文系统中起着通信枢纽的作用。由于该模块的工作电压较低，为3.3 V，而电源电路采用5 V电源，因此需要搭配AMS1117-3.3 V降压芯片使用。5 V电源通过降压芯片后从5 V降为3.3 V，从而保证不会烧坏WiFi模块，同时还可为WiFi模块提供稳定的3.3 V工作电压。

　　2 软件系统设计

　　2.1 单片机主程序设计

　　系统主程序流程如图2所示。单片机程序部分负责51单片机、WiFi模块、串口中断与外部中断的初始化工作，根据WiFi模块接收到的信息转化成串口信息后传递给单片机，由单片机执行相应的操作。

　　首先对各个模块进行初始化，使ESP8266 WiFi模块根据配置好的数据创建连接服务。智能手机验证密码与单片机WiFi模块通信，通过手机APP端向单片机发送控制指令。单片机在收到手机APP发送的控制指令后，主程序转至中断服务程序执行相应的操作。单片机根据指令类型把指令放入不同的内部寄存器中，然后读取存储在寄存器中的指令，依据读取到的控制指令的不同，输出相应的高低电平到控制电路，实现电磁门锁的开闭。ESP8266 WiFi模块需要AT指令控制其创建访问接入点（Access Point，AP）。为保证单片机和WiFi模块之间正常的数据通信，两端的波特率均设置为

　　9 600 Mbps。设置方法如下：

　　（1）将定时器1的工作模式设定为16位定时计数方式；

　　（2）赋初始值给TL1和TH1，并根据晶振大小设置不同的数值初始化串口；

　　（3）启动定时器TR1；

　　（4）设定用于串行数据通信控制的可位寻址专用寄存器的工作方式为10位异步收发方式。

　　单片机接收到控制指令并存储到寄存器，由单片机读取指令后发送给继电器模块，利用继电器的吸合断开驱动电磁门锁，从而实现门锁控制。

　　2.2 手机APP开发

　　手机APP的功能主要包括控制界面的设计、手机与电磁门锁系统连接状态的判断与显示、电磁门锁的打开与关闭控制等。手机APP控制主程序流程如图3所示。

　　手机APP控制界面如图4所示。

　　3 系统调试与分析

　　本文系统开发的实物如图5所示。

　　基于单片机的智能电磁门锁系统调试过程如下：

　　（1）将12 V供电适配器与5 V USB电源线连通，系统红色电源LED灯亮起，WiFi模块红色电源灯亮起，蓝色指示灯短暂闪烁两次，单片机系统初始化，WiFi模块初始化完成。

　　（2）打开手机WLAN连接系统WiFi模块的通信网络，打开手机上安装好的本文系统配套APP—WiFi电磁锁控制系统，尝试发送控制命令，首先判断是否连接上单片机的test网络，若是，则重启APP即可。

　　（3）通过手机向单片机发送控制指令，每发送一条控制指令，WiFi模块上的蓝色指示灯会闪烁一次，电磁门锁便会根据相应的控制指令执行动作。

　　在调试过程中，连接速度基本维持在54 Mb/s，若有墙体，WiFi信号则会出现略微下降，能实现基本的有效控制，连接速度降低为48 Mb/s。

　　4 结 语

　　随着技术的进步与成熟，智能家居进入了千家万户，而智能门锁作为智能家居的安全防线，其重要性不言而喻。未来，APP控制智能电磁门锁系统将会有更大的进步空间，如真正实现互联网控制以及指纹识别、虹膜识别等更加先进安全的控制手段，人们的生活也会变得更加方便。

　　参 考 文 献

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　　[2]邓璐娟，潘凯洁，陈培.中央空调系统的MAS智能控制模型[J].计算机技术与发展，2012，22（8）：213-215.

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　　[4]梁乐彬.基于BLE4.2的外置型智能门锁控制装置[J].自动化与信息工程，2018（1）：11-16.

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　　[6]徐富强，卢闻州，熊化亮，等.基于物联网技术的新型智能门锁设计与实现[J].物联网技术，2017，7（8）：65-68，71.

　　[7]王金龙，应时彦，周泽育.基于ZigBee的无线联网门锁设计[J].物联网技术，2015，5（10）：49-52.

　　[8]张庭亮，杨志杰，赵宾杰.基于STM32的远程实景智能门锁的设计[J].无线互联科技，2017（22）：68-70，77.

　　张潇 王锋 马海华