APP 控制智能电磁门锁系统的设计与实现

引 言

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。

                                                                                                                                                                                                                     图 1 系统设计框图

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、ESP8266WiFi模块和 AMS1117-3.3V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。

                                                                                                                                                                                                                  图 3 APP 主程序流程图

手机 APP 控制界面如图 4 所示。

                                                                                                                                                                                                                  图 4 手机 APP 控制界面

3 系统调试与分析

本文系统开发的实物如图 5 所示。

                                                                                                                                                                                                                       图 5 系统实物图

基于单片机的智能电磁门锁系统调试过程如下 ：

(1) 将 12V供电适配器与 5VUSB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。