基于WiFi的无线智能门锁设计
基于WiFi的无线智能门锁设计
马海霞; 高伟豪; 曾超华; 翁鸿佳; 叶恒卓
【期刊名称】《《电子设计工程》》
【年(卷),期】2019(027)021
【总页数】5页(P160-163,171)
【关键词】WiFi; IC卡; 智能门锁; 单片机
【作 者】马海霞; 高伟豪; 曾超华; 翁鸿佳; 叶恒卓
【作者单位】华南理工大学广州学院电气工程学院 广东广州510800
【正文语种】中 文
【中图分类】TN92
随着物联网上升为国家战略，智能家居作为重点应用频繁出现在中央及地方政策中。互联网+、智慧生活、物联网技术的触角已伸向每家每户都离不开的门锁[1-2]，智能门锁作为智能家庭的入口占有举足轻重的地位。近年来人们生活水平逐步提高，人们的安全防范意识和对生活品质要求也随之提高，所以智能门锁应用也会更为广泛。无线通信方式控制的智能门锁的优点在于不进行数据对比处理，只做数据采集以及数据传输，更为安全可靠，而且无线智能门锁使用较为方便，不需要大量布线；而且可以和智能家居控制系统相结合，以提高安防性能[3]。目前智能门锁的无线通讯方式主要有ZigBee、蓝牙、WiFi等，文献[4]以ZigBee无线通信技术为核心，设计了一款适用于集中式办公楼宇的电子门锁智能测控系统[4]。文献[5]结合ZigBee技术与GPRS网络，设计了一套远程无线抄表系统[5]。文献[6]运用NFC的数字化智能技术，对门禁系统进行了数字化及智能化的研究设计[6]。文献[7]蓝牙通信模块组网实现对整个家居系统控制，实现了任意手机终端远程GSM通信，远程控制智能家居[7]。
随着WiFi覆盖率的逐步扩大，WiFi作为通讯方式的产品成为研究热点。国外对智能电子锁的使用较多[8-10]，而国内电子锁市场由于生产、技术等的原因的限制，价格普遍偏高，限制了电子锁市场的发展。本基于WiFi通讯方式的无线智能门锁能达到控制方便快捷、成本
较低，能广泛应用于银行、政府部门、酒店、学校宿舍、家庭住宅等安防要求较高场所。
1 智能门锁硬件设计
本设计以STC12C5A60S2[11-15]为控制核心，并带有WiFi无线模块、刷卡模块，驱动舵机模块实现智能开锁。无线模块采用ESP8266模块，刷卡模块采用MFRC522，舵机模块采用SG90舵机，所选用模块均具有低电压、体积小和性能好等优点。
1.1 系统原理框图
本设计硬件部分由WiFi[16-17]模块ESP8266、刷卡模块MFRC522、舵机模块SG90、电源模块、LED灯显示模块、门锁模块组成。以STC12C5A60S2单片机作为主控制器，具有手机开锁和刷卡开锁功能。本设计的信息传递是由WiFi模块和刷卡模块与单片机相互通讯。手机和一卡通将开锁信号传递给单片机，单片机输出信号给舵机模块，操作舵机转动打开锁。系统原理图如图1所示。
图1 无线智能门锁原理图
1.2 STC12C5A60S2单片机
本系统以STC12C5A60S2单片机为核心进行搭建，STC12C5A60S2是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，速度可以达到传统8051单片机的8～12倍，针对电机控制，强干扰场合。STC12C5A60S2单片机原理图如图2所示。
图2 STC12C5A60S2单片机原理图
系统通讯采用的是ESP8266模块和MFRC522模块电路与单片机进行信息交换。ESP8266为目前比较流行的无线WiFi远程控制模块。它可以自己设置为一个WiFi热点，然后通过手机、平板电脑就可以对其进行相应数据传输，远程控制等。它还可以作为客户端与已知WiFi路由器设备进行连接，此时在电脑上可以建立服务器对其进行数据控制。ESP8266目前已广泛应用于各无线控制领域和智能家居等开发项目上。
图3 ESP8266模块原理图
MFRC522模块是一款低电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片，拥有灵活的中断模式、可编程定时器等。其结构图如图4所示。
图4 MFRC522模块电路图
系统中ESP8266和MFRC522由一个3.3V的独立电源供电，ESP8266中的发送TX管脚与STC12C5A60S2中的P1.2管脚连接、接收RX管脚与STC12C5A60S2中的P1.3管脚相连；当ESP8266上电后，会通过RX管脚接收单片机AT指令，发出WiFi信号并为WiFi改名称和密码，用手机连接上WiFi后，通过网络助手发送1这个开锁的信号经过TX管脚发送到单片机处理。MFRC522中的NSS、SCK、MOSI、MISO和RST管脚分别和STC12C5A60S2中的P2.4、P2.5、P2.3、P2.2和P2.7管脚相接；MFRC522中分为存卡和读卡的模式，由与P0.7管脚连接的按键1和与P0.6光脚连接的按键2进行这两种模式的选择；当存卡成功时，与管脚P0.3连接的LED灯会闪烁数次，而当进行读卡或手机发出信号时，与管脚P0.4连接的LED灯常亮，代表开锁成功。
1.3 驱动模块
本设计的驱动是用SG90舵机模块与单片机进行通讯驱动门锁动作。SG90舵机是一款固定翼S版舵机，其特点是体积较小、性价比超高和转动的角度为180°，由5 V独立电源供电。该舵机的信号线与单片机的管脚P1.1相接，当单片机收到ESP8266或MFRC522的信号时，单片机处理该信号并发出信号来驱动舵机，达到驱动门锁的目的。
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2 门锁软件设计
本智能门锁的软件流程如图5所示。
图5 程序流程图
彩虹像什么
本系统软件有以下功能：
1）手机网络助手：连接WiFi，并发出开锁信号。
2）单片机主程序处理收到的开锁信号，并将该信号发给舵机，同时也在收到开锁信号时运行LED灯程序。
3）ESP8266子程序主要功能为启动WiFi，以AT指令的形式修改WiFi的名称与密码，将开锁信号发送给单片机。
债务重组
4）MFRC522子程序主要功能为储存及读取一卡通的信息，将一卡通信息转以开锁信号的形式发送给单片机。
5）SG90舵机子程序读取单片机的信号并驱动门锁。
6）LED显示灯子程序读取开锁信号，控制LED灯的亮灭。
3 实物模型测试
实物模型如图6所示，测试过程如下：首先用WiFi开锁，当用手机网络助手发送1时，舵机驱动门锁打开，同时一盏LED灯亮所示，说明开锁成功，门锁在3秒后重回关闭状态，LED灯灭，重复试验100次，未产生误动作现象，测试成功率达到99.9%以上；针对一卡通功能测试，首先切换到储存卡的模式，当一卡通刷卡时，另外一盏LED灯闪烁3次，说明卡的信息储存成功，切换到读取卡的模式，一卡通刷卡，舵机驱动，门锁打开，同时一盏LED灯亮，说明开锁成功，门锁也在3秒后重回关闭状态，LED灯灭。重复试验100次，成功率达到99.9%以上。与其他智能门锁相比，本设计开锁成功率相差不大。增加的一卡通功能使得此设计应用更广泛，且成本更低。
图6 智能门锁实物模型
4 结论
1）设计了以STC12C5A60S2单片机为核心的手机控制门锁[18-21]，提出以WiFi技术为通
讯手段，通过AT指令进行密码设置，增强了安全性，降低了成本。
2）提出了增加校园一卡通（即IC卡）刷卡控制的思路，对应记录每张IC卡的信息并匹配。开锁成功率达到99.9%，未出现误动作现象，可有效应用于学校、园区等场所。
3）为行动不便或时间匆忙的人解决开门问题，同时也解决人们存在钥匙被复制、忘带钥匙被锁门外、钥匙丢失、盗窃撬门等烦恼。
参考文献:
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手机改自己家wifi密码
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传递爱心作文[17]徐小玲.基于WiFi的教室智能照明系统设计[J].电子设计工程，2018，26（6）:11-15.奥林匹克运动会的宗旨是什么

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