基于單片機的藍牙密碼鎖設計

潘劍風 王先春

摘要：本設計以單片機AT89C52為主控芯片，外圍設備由液晶顯示模塊、存儲芯片AT24C04、藍牙模塊HC-06以及矩陣鍵盤、復位電路、開鎖電路等模塊組成。本設計軟件系統(tǒng)是用C語言編寫的，在KeiR環(huán)境下開發(fā)。用戶能夠進行密碼修改、輸入用戶密碼;系統(tǒng)能夠開鎖、報警;密碼修改、密碼輸入可以在矩陣健盤上完成，也能夠在藍牙APP上輸入，系統(tǒng)自動將輸入的密碼與用戶所設置的密碼進行比較，結果一致，則進行開鎖動作并亮綠指示燈，否則亮紅指示燈，本設計具有掉電儲存密碼的功能，當整個系統(tǒng)斷電后又重新上電時，用戶所設置的原密碼依然有效。

關鍵詞：密碼鎖;AT89C52;藍牙APP

1 緒論

1.1 課題背景和意義

在現代的家庭中，鎖是一個家庭的重要工具，很多家庭需要用到密碼鎖保護個人財產，比如房門、密碼箱、密碼盒等都需要用到密碼鎖。如今藍牙密碼鎖越來越受歡迎，它克服了機械式密碼鎖的安全性差、密碼輸入不變，設置密碼不靈活等缺點。使用單片機控制的藍牙密碼鎖，不但在功能上遠勝于機械式密碼鎖，而且具有更高的安全性和可靠性。并且藍牙密碼鎖可以存儲用戶所設置的密碼，無需攜帶鑰匙，只要用戶熟記所設置的密碼即可進行開鎖，免除了人們攜帶鑰匙的煩惱，因此越來越受到人們的歡迎。由于我國電子技術及產業(yè)鏈的不斷提升，藍牙密碼鎖將會越來越受到人們的歡迎，為人們的生活提供更多美好的體驗。

1.2 藍牙密碼鎖的發(fā)展趨勢

在1970之后，由于大規(guī)模集成電路的出現，使得電子密碼鎖在體積上大大減小，重量也減輕很多，但是它的成本提高了很多，因此不能被大多數人接受，因此它使用的范圍非常有限，難以普及。因此對于電子密碼鎖的研究處于停滯不前的狀態(tài)，技術沒有什么進步。到1900后，由于一些發(fā)達國家的電子技術和藍牙技術的不斷發(fā)展，人們開始進一步研究電子密碼鎖，使得電子密碼鎖的技術進步了很多，這也為藍牙密碼鎖的出現提供了技術上的支持。如今，隨著藍牙技術的應用不斷擴大，藍牙技術已相當成熟，它也被應用在密碼鎖上。

2 系統(tǒng)的總體設計

2.1 系統(tǒng)設計要求

藍牙密碼鎖的功能描述：藍牙密碼鎖主要是通過無線通信中的藍牙進行通信，它可以現實無接觸式開鎖。用戶可以輸入藍牙密碼鎖指定的ID號，如果輸入的ID號成功就可以自由設定密碼、修改密碼。它具有記憶功能，即掉電后再次上電，用戶所設置的密碼依然有效，具有報警提示功能，用戶可以使用兩種方式輸入密碼，既可以通過矩陣鍵盤手動輸入密碼，又可以通過藍牙APP交互界面輸入密碼。經測試它的用戶體驗非常好，藍牙密碼鎖的設計遵循以下要求：

（1）用戶輸入密碼時液晶顯示屏用星號替代作為保護字符;

（2）用戶可以根據需要設置成六位數或六位數以下的用戶密碼;

（3）液晶顯示屏上顯示用戶輸入的密碼與設置的密碼是否一致的提示信息;

（4）如果用戶輸錯三次密碼后，將會自動報警;

（5）用戶可以在矩陣鍵盤上和藍牙APP交互界面上輸入密碼;

（6）具有記憶功能，有效保存用戶所設置的密碼及藍牙密碼的ID號。

2.2 系統(tǒng)設計思路

隨著芯片技術的發(fā)展，單片機的性能大大提高，而且其價格低廉，所以本設計采用以單片機為主控芯片的控制方案。綜合考慮本設計選用單片機AT89C52作為主控芯片，再外接液晶顯示器LCD1602、藍牙模塊HC-06、矩陣鍵盤、存儲芯片AT24C04等器件，單片機通過I/O口控制外接設備LCD1602液晶屏用于顯示用戶輸入的密碼，ID號、提示用戶信息等，實際顯示的密碼均用星號代替用于保護，不管是設置的密碼還是輸入的密碼都是0-9這十個字符;藍牙模塊HC-06通過串口通信的方式接收手機上的藍牙APP所輸入的密碼;矩陣鍵盤用于用戶手動的輸入用戶ID、設置密碼、輸入密碼等;存儲芯片AT24C04則是保存用戶的ID號和用戶所設置的密碼;用戶可以有兩種方式輸入密碼，可以使用矩陣鍵盤也可以使用藍牙APP輸入密碼。用戶所輸入的密碼要和AT24C04中用戶所設置的密碼相比較，如果一致，則綠燈亮、LCD1602液晶屏提示輸入密碼成功、開鎖動作，如果不一致，紅燈亮、LCD1602液晶屏提示輸入密碼錯誤，假如用戶輸入三次密碼都未與所設置的密碼匹配成功，則會報警，即蜂鳴器響，整個體統(tǒng)進入鎖死狀態(tài)。其原理框圖如圖1所示;其硬件原理圖如圖1所示。

3 藍牙模塊

ATK-HC06模塊，是ALIENTEK生成的一款高新能主從一體藍牙串口模塊。它可以跟各種帶藍牙功能的電腦、手機、iPad等智能終端配對，配對成功后就可以通過串口通信進行數據傳輸。這個藍牙模塊支持的波特率的范圍為：4800～138240，它能夠兼容5V或3.3V單片機系統(tǒng)，很方便的應用到設計中，使用非常靈活、方便。ATK-HC06模塊非常小巧，模塊通過6個2.54mm間距的排針與外部連接。

單片機的地腳與藍牙模塊HC-06的地腳相連，實現共地;單片機的VCC與藍牙模塊的VCC相連，藍牙模塊可支持5V或3.3 V電源;RX為數據接收端，TX為數據發(fā)送端，單片機的RX端連接藍牙模塊的TX端，單片機的TX端連接藍牙模塊的RX端。

圖3為藍牙APP的用戶操作界面，在使用時把APP安裝至手機或電腦等移動電子產品上，打開藍牙，待藍牙連接成功后，就可以正常使用了。比如我們需要輸入“1”，則在界面上直接點擊“1”號方塊，就會通過藍牙將字符“1”，再由HC-06藍牙模塊接收字符“1”，再通過串口通信將“1”發(fā)送至單片機做數據處理。此藍牙APP的使用其實跟我們手機中的藍牙一樣，在第一次配對成功后就不需要再次配對，只需點擊連接即可。

3.1 存儲電路

本設計的存儲電路是由ATMEL公司生產的存儲芯片AT24C04構成的。它是具有nC總線接口的EE-PROM。通過軟件模擬的方式產生IIC時序，就可以讀取和寫入數據。使用它可以現實掉電存儲數據并且對數據的保存期限非常久，可達到上百年。它還可以實現多次擦寫操作，擦寫的次數達到幾十萬次。

本設計采用AT24C04芯片作為存儲芯片，主要是它具有IIC控制口，只要用軟件模擬好ⅡC時序，并可以用單片機快速、簡單的讀取數據或寫入數據，操作非常簡單。當要從AT24C04中讀取數據時，只需要寫入相應的地址，當需要向AT24C04中寫入數據時，需要寫入保存的數據及保存數據的地址，這個地址是數據存放在AT24C04中的地址，它的地址范圍是1-4096。它保存數據也很穩(wěn)定，它可以保存4kb數據，在本設計中只用到了它很小一部分存儲空間。

3.2 報警電路的設計

本設計中報警電路的設計采用了無源蜂鳴器、三極管、LED燈等組成報警系統(tǒng)，三極管是充當開關的作用，基極加高電平，三極管導通，相當于開關閉合;基極加低電平，三極管斷開，相當于開關斷開。其優(yōu)點是控制簡單，成本低，報警的效果好。

3.3 矩陣鍵盤的設計

用戶輸入可以通過矩陣鍵盤進行，本設計的矩陣鍵盤設計成4*4的矩陣鍵盤。設計成矩陣鍵盤的目的是為了節(jié)約單片機的I/O資源，4*4矩陣鍵盤占用8個單片機I/O，而不采用矩陣鍵盤的設計，需要占用16個單片機的I/O資源。所以本設計選擇矩陣鍵盤的設計。矩陣鍵盤有4條行線，4條列線，它的每一條行線和列線之間就是通過連接一個按鍵。而如果想組成一個i*j的矩陣鍵盤，只需設置成i條行線，j條列線，每條行線跟列線之間通過連接一個按鍵就可以實現i*i的矩陣鍵盤。

3.4 顯示電路的設計

顯示設計采用1602液晶屏設計，由單片機的P2口控制顯示，由P1.0～P1.2控制LCD的控制端口。

4 系統(tǒng)的軟件設計

因設計主要是作用C語言來開發(fā)的51單片機項目程序，所以首先必須有一個可以在Windows 10操作系統(tǒng)下執(zhí)行的C語言編譯器。由于kei14支持很多51單片機的開發(fā)，本設計所以選擇Kei14開發(fā)環(huán)境進行開發(fā)。軟件的流程設計如圖4所示。

4.1 HC-06實現數據的接收

HC-06為藍牙收發(fā)模塊，它既能夠接收數據，也能夠發(fā)送數據。在本設計中它主要是將用戶在藍牙APP上點擊的鍵值發(fā)送到單片機進行數據處理。藍牙模塊與單片機的通信是通過串口進行通信的。

生活中我們通常稱呼的串行通信，其實是UART接口的通信，它是一種異步通信方式，我們在本次設計中也是采用這種方式。在使用串口通信時需要設置幾個重要的參數，如，數據位、奇偶校驗位、停止位和波特率。數據位通常可以設置成5-8位，在本設計中設計為8位，也就是一幀數據中有8位有效數據;奇偶校驗通常可以設置成奇校驗、偶校驗或不校驗，由于在本設計中藍牙模塊與單片機的距離比較短，不容易造成數據丟失的現象，所以本設計中奇偶校驗位設置成不校驗;停止位通?？梢栽O置成1位、1.5位、2位，在本設計中將停止位設置成1位;波特率是衡量通信速度的指標，本設計將波特率設置成4800bps。

異步傳送一幀數據的格式是由起始位、數據位、奇偶校驗位、停止位組成，起始位為。，停止位設置為1。這是一種起止的通信方式，字符之間沒有固定的間隔長度，但是它占用了傳輸時間，影響了傳輸數據的速度，特別是在需要傳輸的數據量比較大時，現象就會更明顯。

5 總結

本設計是運用AT89C52單片機作為主控芯片，LCD1602液晶模塊作為顯示模塊用于顯示相關信息，AT24C04做為存儲數據用于保存用戶設置的密碼、ID號，矩陣鍵盤用于輸入密碼，藍牙模塊HC-06用于將用戶在藍牙APP上輸入的數據傳送到單片機處理。用戶可以實現兩種方式輸入密碼，在本設計中還加入了報警電路，真正實現了智能開鎖、智能防盜，用戶體驗很好。

參考文獻

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