李晓磊　王学贺　成洪豪

摘要：文章采用STC89C52单片机为主控制器，结合无线射频识别RFID、无线WiFi传输技术设计了一种智能门锁系统。智能门锁包含3种开锁方式，即按键密码解锁、ID卡刷卡解锁以及手机端App解锁。文章详细阐述了智能门锁系统的硬件、软件设计原理及测试过程，有效地实现了智能门锁系统的无钥匙解锁和远程解锁功能。实验证明，该门锁系统具有智能方便、成本较低、安全性高的优点，在学校、工厂宿舍等场所具有一定的使用、推广价值。

关键词：单片机；物联网技术；门锁

中图分类号：TN79文献标志码：A0引言近年来，智能家居发展迅速，在市面上得到普及，逐步改变着人们的生活方式。作为智能家居硬件产品第一入口，智能门锁以其方便、解决“忘带钥匙”等优点深受大众认可。智能锁解锁方式多种多样。一些学者、科技人员为解决该问题做了部分研究，提出了密码锁、指纹锁、红外遥控锁、蓝牙密码锁等多种门锁系统方案［1-2］。本文从实际出发，通过单片机结合无线射频识别RFID、无线WiFi传输等物联网技术，设计出一种多模式智能门锁系统。用户可以通过按键输入密码解锁，也可以使用ID卡刷卡解锁，同时能通过手机端App进行解锁，安全可靠、成本较低。

1整体方案设计智能门锁包含3种开锁方式即按键密码解锁、ID卡刷卡解锁以及手机端App解锁，均可实现无钥匙进入，能对应不同的使用场景。智能门锁的控制器采用STC89C52单片机，用于数据处理和控制开锁，采用LCD1602液晶进行数据显示。按键密码解锁主要用于设置、修改密码及安全解锁；ID卡刷卡解锁简单方便，利用无线射频識别RFID技术，有效实现了刷卡即入；手机端App解锁方式，使用E4A软件开发手机端App程序，结合无线WiFi传输技术实现与单片机的连接，可以实现近距离或远程解锁。在硬件、软件设计方面，均采用模块化设计方式，整体设计如图1所示。

2硬件方案设计智能门锁系统的硬件部分主要由主控制器模块、按键解锁模块、ID卡解锁模块、无线WiFi传输模块、继电器与电磁锁模块、液晶显示模块组成，系统硬件电路如图2所示。为了实现系统功能的最优化，方案设计如下。

2.1主控制器模块系统选用STC89C52单片机为主控制器，该类型单片机内部集成了微处理器、存储器及各种输入、输出接口等硬件资源［3］，STC89C52单片机最小系统电路如图2中主控制器模块部分所示。在本设计中，单片机的外围I/O接口主要用于连接和控制其他模块电路，单片机内部电路可以将采集的外部信息数据进行处理，控制执行相应的操作。

2.2按键解锁模块由于按键较多，按键模块选用4×4矩阵键盘，用于密码的输入、设置等操作［4］。16个按键仅需占用8个I/O接口，相对于独立键盘每个按键需要占用1个I/O接口，矩阵键盘能够节省一半的I/O接口资源。在本设计中使用机械弹性开关作为按键，矩阵键盘两端都与单片机I/O接口连接，按下开关闭合，线路处于导通状态。在检测时，单片机I/O接口循环给按键各列输出低电平，通过检测按键各行电平信号即可判断哪个按键被按下。按键模块电路如图1中按键模块部分所示，“0～9、*、#”为密码字符键，“Res”为重置密码键，“Esc”为取消输入键，“Ent”为确认密码键，“Shut”为关锁键。

2.3ID卡解锁模块系统选用无线射频识别RFID模块进行ID卡读卡识别，模块工作电压5 V，输出电压高电平有效，输出电流≤15mA。该模块能够支持读卡、删除卡、注册卡等操作，可注册200张ID卡。在使用前，模块需要通过USB转TTL连接电脑，通过串口PC端软件将ID卡进行注册入库。使用时，当ID卡接近模块感应区域后，模块将自动识别解码输出10位卡号，对于已经注册的ID卡模块的输出接口输出高电平，否则输出低电平。该模块电路如图2中RFID读卡识别模块部分所示，模块信号输出OUT接口连接单片机P2.4接口，当单片机检测到OUT输出为高电平时，将控制继电器模块执行开锁操作。

2.4无线WiFi传输模块ESP8266 WiFi模块是一款超低功耗且通信稳定的无线传输模块［5］，模块支持IEEE802.11b/g/n协议，内置TCP/IP协议栈。本系统利用模块的TXD、RXD接口分别与单片机RXD、TXD接口连接，以实现单片机进行模块串口通信，该模块电路如图2中ESP8266 WiFi模块部分所示。本系统选用STA+AP运行模式，该模式下手机端App可通过两种方式与单片机通信：（1）WiFi模块通过连接互联网实现单片机联网，与手机端App进行远程通信。（2）手机端App直接连接WiFi模块产生的热点，与单片机实现近距离的通信功能。

2.5继电器与电磁锁模块继电器模块用于控制电磁锁的开关状态，电磁锁的安全类型设置为断电上锁、通电断锁模式，继电器信号输入端与单片机P2.0接口连接，其电路如图2中继电器与电磁锁模块部分所示。单片机I/O接口默认输出高电平，因此将继电器模块设置为低电平触发模式。当密码输入正确、ID卡识别通过或主控器收到手机端开锁命令时，单片机P2.0接口输出控制电平，继电器吸合，电路接通，电磁锁开锁，否则电磁锁处于上锁状态。

2.6液晶显示模块系统采用LCD1602液晶模块，液晶模块内部控制器内带有80 B的RAM缓冲区，该模块使用并行接口进行数据传输，液晶数据口与单片机的P0口相连，E、R/W、RS引脚分别与P2.5、P2.6、P2.7连接，根据基本操作时序进行设置使用，其电路如图2中液晶显示模块部分所示。液晶显示模块主用于密码输入、更改、开锁提示等内容的显示。系统中配置了蜂鸣器进行提示辅助，电路如图2中液晶蜂鸣器部分所示。

3软件方案设计系统的软件方案主要由初始化程序、液晶显示程序、按键解锁程序、ID卡解锁程序、WiFi串口通信程序5个模块组成。在键盘检测程序中，通过延时程序以达到消除按键抖动现象，减少误差出现，密码重置程序用于重新设置开锁密码；ESP8266 WiFi模块STA+AP模式运行，指令AT+CWMODE=3；手机端App软件开发由主窗口创建、连接服务器、按键命令操作、数据处理4部分组成。

系统上电后，首先进行液晶显示、串口通信及ESP8266 WiFi服务器初始化，然后进行3种解锁方式检测程序，当满足键盘密码输入正确、注册的ID卡识别成功或单片机收到手机端App的开锁命令后，单片机控制继电器执行开锁程序，软件系统主程序流程如图3所示。

4测试结果与分析本文在系统硬件、软件的完成基础上对智能门锁系统进行了性能测试，以检验智能门锁系统的性能优劣，具体测试记录如下。

（1）按键解锁，在键盘上输入“000000”解锁密码，按“Ent”键确认，门锁打开，蜂鸣器发出提示声，液晶显示“welcome”提示语，按“Shut”键，门锁关闭，蜂鸣器发出提示声；当门锁打开状态下，按下“Res”重置密码键，输入新密码“111111”修改密码，按“Ent”键进行确认。

（2）ID卡解锁，用注册过的ID卡接近无线射频识别RFID模块感应区后，门锁打开，蜂鸣器发出提示声，液晶显示“welcome”提示语，3 s后自动关锁；用未注册的ID卡接近感应区，门锁无反应。

（3）手机端App解锁，在手机端App输入IP地址和端口号成功登录后，点击“开锁”按钮，门锁打开，蜂鸣器发出提示声，液晶显示“welcome”提示语；点击“关锁”按钮，门锁关闭，蜂鸣器发出提示声，手机端App显示“已关锁”。

測试证明，本系统反应灵敏、运行稳定，达到了设计要求，实现了全部预设功能，具有较好的人机互动性。

5结语本文基于单片机与无线射频识别RFID、无线WiFi传输等物联网技术设计了一种智能门锁系统。系统能够支持按键密码解锁、ID卡解锁以及手机端App解锁多模式解锁，有效地实现了智能门锁系统的无钥匙解锁和远程解锁功能，同时系统具有实用可靠、操作性强、价格较低等优良特点，有利于在学校、工厂宿舍等多用户场所进一步推广使用。

参考文献

［1］李友胜.一个指纹密码锁的设计与实现［J］.计算机与数字工程，2019（7）：1822-1826.

［2］王乐乐，李斌，曹骥龙，等.基于STC89C51的零接触智能密码锁的设计与实现［J］.无线互联科技，2021（19）：42-43.

［3］郭天祥.新概念51单片机C语言教程［M］.北京：电子工业出版社，2018.

［4］黄明霞，许泽恩，李如仁，等.基于FPGA的密码锁的设计［J］.计算机应用与软件，2021（8）：329-331.

［5］钱烺，罗小娟，宋璐璐，等.基于物联网的智能家居安防监控系统设计［J］.物联网技术，2021（3）：28-30.

（编辑 王永超）

Research and design of intelligent door lock system based on single chip microcomputerLi  Xiaolei， Wang  Xuehe， Cheng  Honghao

（Heze Medical College， Heze 274000， China）Abstract：  This paper uses STC89C52 MCU as the main controller， combined with radio frequency identification （RFID）， wireless WiFi transmission technology to design an intelligent door lock system. Intelligent door lock system contains three unlocking modes， key password unlocking， ID card unlocking and mobile phone App unlocking. This paper elaborated the design principle and testing process of hardware and software of the intelligent door lock system， and effectively realized the keyless unlocking and remote unlocking functions. The experiment shows that the door lock system has the advantages of intelligence， convenience， low cost and high security， and has the value of use and promotion in schools， factory dormitories and other places.

Key words： single chip microcomputer; Internet of Things technology; door lock