(西南石油大学 四川 成都 610500)

引言

智能蓝牙门锁技术是一种性能优越、使用便捷的无线技术，能够实现数据与语音的无线传输。伴随着物联网的发展，人们消费意识的变化，从传统的“机械锁”到“电子锁”，再“传统智能锁”到“互联网智能锁”，机械锁或将逐渐退出历史的舞台，未来将是电子锁、智能锁与互联网智能锁同台竞技。本文阐述的是一款通过手机蓝牙远程控制门锁的智能设备，其在人们的生活生产中扮演着重要的角色，极大提高人们的生活水平。

一、芯片介绍

智能蓝牙门锁采用TLSR 8266低功耗芯片，它可以实现和蓝牙连接笔记本、手机等设备，同时它还支持slave和master操作，可提供高集成度、低功耗的功能。其具有32位高性能的MCU，时钟可高达48MHz，符合蓝牙4.0标准，支持1Mbps和2.4GHz 2Mbps速率模式，程序存储器为512KB FLASH，数据存储器为16KB SRAM，丰富的IO接口让它可同时具备多种功能，如：调试接口、单声道音频输出、USB、丰富的GPIO接口等等。广泛应用于智能手机配件、无线麦克风、健康检测以及穿戴设备中。

二、蓝牙系统组成

(一)无线射频单元。RFID系统由读写器和射频标签组成，读写器具有数据信息的发送与接收、接收射频模块传输的信号、与计算机进行通信的功能，射频标签具有一定容量的存储器、维护对识别对象的识别及相关信息的完整功能[1]。其特点是短距离、低功耗。

(二)链路控制单元。链路控制单元链路类型决定何种分组模式能在特定的链路上使用。蓝牙基带技术支持基于同步的连接SCO(原来用于话音)非同步连接类型ACL(原用于分组数据)这两种类型[2]。链路控制单元进行射频信号与数字或语音信号的相互转化，实现基带协议和其它的底层连接规程。

(三)链路管理单元。链路管理单元携带了链路的鉴权、硬件配置、数据设置以及其他协议，能够发现远端管理单元并通过链路管理协议与之通信[3]。其本质是负责管理蓝牙设备之间的数据通信，实现链路的配置、建立、连接和验证等操作。

三、系统的总体设计

(一)系统构成。蓝牙智能门锁主要由用户模式下APP客户端、蓝牙通信模块、以及单片机为核心构成的控制电路组成。单片机通过控制继电器来操控开锁以及接收密码的输入指令。蓝牙智能门锁工作原理：用户先通过蓝牙进行搜索，让其与门锁的蓝牙进行匹配，若已匹配成功，会显示手机与智能门锁已建立起了有效的连接。接着，用户通过输入密码，密码通过蓝牙传送给门锁的蓝牙模块，进而将密码传送给单片机。单片机将接收到的密码和预先设定的开锁密码进行比较，若两者的密码完全匹配则可将锁打开，否则不能开锁。用户界面同时可以显示图形界面锁、自定义添加蓝牙设备以及开锁记录。

(二)技术原理。在现代电子通信领域中，相比机械式门锁，人们倾向于更加智能化的设备，这些设备克服性能欠佳的缺点，使智能蓝牙设备快速迅猛的发展。随着各种芯片和集成电路的大规模生产，特别是以单片机为主导智能设备，它具备智能解锁、反馈用户信息以及实时与用户通信的功能。它以TLSR8266低功耗芯片作为核心模块，并加上降压稳压电路、AD电压等硬件设备，实现密码的正确匹配、信息传递以及识别和显示功能，用户界面内输入的密码用于和单片机里事先设定好的密码进行匹配，若匹配成功，利用电机驱动进行开锁，否则用户需要重新使用密码，最多允许错误4次，一旦超过上限则需要等待一定的时间才能进行下次密码输入操作[4]。

四、软件设计

(一)通信设计。智能蓝牙系统中软件采用C语言进行编程，Keil 软件进行调试、编译，用户界面通过手动添加或蓝牙自动搜索两种方式与智能门锁的蓝牙系统进行匹配，在匹配成功后，用户界面显示已连接状态，单片机系统进行串口中断模式。将来自用户输入的密码和单片机里事先设定好的密码进行匹配，若密码输入正确，可进行界面锁设置和用户密码锁的设定，界面锁可以以图案和数字的方式进行设定。若为数字密码，则最多设置10位设置密码，图案锁在井字格中进行设置，若密码错误四次则需要等待一定的时间进行再次开锁。

(二)通信协议。本系统中的通信协议使计算机之间能够进行相互会话，通信协议同时具有可靠性、实时性和层次性，在用户方和智能蓝牙门锁间使用帧进行通信，传输过程中经历封装成帧、差错检测和可靠传输三大环节，其中通信帧固定为16个字节，除有效的指令和数据之外，剩余部分可以填充任意数据[5]。发送者经过预处理搭载在载体上传输给接收方，接收方则需要再处理还原为原始数据完成通信协议。

五、硬件设计

门锁采用两节5号电池进行供电，安装方便，更换容易。同时，门锁使用AD电压检测，检测电池电压是否下降到已设定的低电压2.2V，当电压下降到2.2V时，门锁向手机APP发送消息提示智能锁电池电量过低。为防止电池电量耗尽而出现无法开锁的情况，系统另留有Micro USB接口，用户可以使用充电宝等给门锁供电实现开锁。

只有电池供电的情况下，PMOS管截止，输入电压经D2降压后，输入到降压稳压电路，D2采用肖特基二极管，导通压降约为0.3V；只有USB供电的情况下，PMOS管导通，D2用于防止USB接口通过电阻R2消耗电能:两者同时存在时，PMOS管截止，电池输入电压经D2降压后，给后级电路供电。A1与A2的高低电平状态决定电机是否转动，进而决定蓝牙智能锁的开关转态，若A1与A2同时为高电平时驱动电机，实现开锁操作，若A1与A2同时为低电平时则不驱动电机，实现关锁操作，并设置一个输出端，用于检测锁是否处于开启状态。

六、结语

本文利用手机的蓝牙通信功能设计实现利用手机开启的智能门锁。在系统中，手机APP用来输入开锁的密码，蓝牙通信用来建立手机和智能门锁间的信息通道，使手机成为了开锁的钥匙，更加方便快捷。通过手机就可以控制门锁的开启，为生活的智能化增添了新的体验，具有一定的实用价值。