智能門鎖WiFi模塊聯動系統實現超越傳統鎖識別提高安全性,設計基于云平臺的智能門鎖系統,結合無線通信技術,通過WiFi網絡和阿里云平臺實現數據通信,通過藍牙實現解鎖、設備升級等功能。根據實際情況,在門鎖本地解鎖方式上添加指紋、信用卡、數字密碼、臨時密碼、組合解鎖等解鎖方式,設計移動應用和小程序,實現智能門鎖的控制和信息顯示。
智能門鎖是指采用生物識別、電子標簽、無線遙控、電子密碼等信息處理技術,以電動方式控制機械啟閉的門鎖。通過連接云平臺,智能門鎖還可以遠程檢查門鎖的狀態,控制門鎖開關,保存開門記錄,生成臨時密碼等功能,大大提高了方便性,提高了人們的家居舒適性和安全性。與傳統的機械鎖不同,智能門鎖在用戶識別、安全和管理方面更加智能和簡單。它是一種結合先進技術的復合鎖。
目前,智能門鎖行業發展迅速,但主要用于高端公寓、別墅、辦公樓等場所。雖然家用智能門鎖的普及率也在增加,但總體上仍有很大的市場空間。隨著人們生活水平的提高和物聯網技術的發展,人們對智能家居概念的接受度越來越高,智能門鎖的市場將越來越廣闊,功能也將越來越豐富。
門鎖板卡以STM32L431微處理器為主控芯片,TSM12觸摸芯片通過I2C接口和OLED屏幕完成通信,實現液晶顯示模塊和按鍵模塊設計,通過SPI接口完成與RX8010SJ時鐘芯片、MFRC522讀寫卡芯片的通信,完成信用卡模塊設計,通過I/O接口完成DRV832電機驅動芯片、MBI5024背光燈驅動芯片、NV080C語音芯片的控制,實現電機驅動模塊、背光燈模塊、語音模塊的設計,通過UART和ESP-12FWIFI模塊、DX-BT05-A藍牙模塊和AM220指紋模塊的通信,實現指紋和網絡模塊的設計。門鎖板卡通過WiFi模塊網絡連接到云平臺,并按照移動MAPMP-05-A藍牙模塊和AMM20指紋模塊的數據傳輸到云平臺。
以STM32L431為主控芯片,通過軟件程序控制,基于Keil平臺完成各模塊間接口的數據傳輸和協調。
該系統采用5V電源供電,但門鎖板卡和各模塊使用的芯片輸入電壓為3.3V,因此需要使用XC62FJ芯片將5V轉換為3.3V。XC62FJ系列是一種高精度、低功耗、3引腳LDO正電壓調節器芯片。當輸出電流較大時,輸入輸出的壓差也可以很小。
指紋模塊采用AM220_YYH361L系列。它是一個圓形集成的半導體光帶指紋模塊。傳感器像素為192×192,可存儲120個指紋。指紋模塊通過UART串口與STM32通信。指紋模塊的引腳與主控I/O口連接。當手指接觸半導體傳感器時,它會觸發中斷,從而喚醒MCU進行指紋識別操作。如果指紋識別成功,它將成功開門,否則將失敗。
按鍵模塊采用ADSTSM12觸摸芯片,12通道電容傳感器自動靈敏度校準,睡眠模式電流消耗10μA,是門鎖專用觸摸芯片。觸摸鍵模塊采用I2C接口進行通信,實現按鍵數據的收集。
信用卡模塊采用MFRC522芯片,是NXP高度集成的非接觸式(13.56MHz)讀寫卡芯片,采用SPI接口通信,實現M1卡信息的讀取和存儲,完成門鎖終端的信用卡功能。
智能門鎖WiFi模塊WiFi模塊采用ESP-12F模塊,頻率范圍為2.4~2.5gHz。該模塊的核心處理器ESP32集成了行業先進的Tensilical106超低功耗32個微型MCU,具有16個精簡模式。Deep-Sleep模式下的電流可低至10μA,WiFi模塊通過UART1串口與MCU通信。
電機驅動模塊采用DRV832電機驅動芯片。驅動器有一個H型橋,可以驅動直流電機或單相步進電機的繞組。芯片的工作電壓范圍為2.75~6.8V,電流可達1A。通過I/O口與芯片連接,通過高低電平控制實現電機轉向控制,實現門鎖機械部件的控制。
NV080C是一款工業OTP語音芯片,內置16位D/A音頻輸出,內置濾波功率放大器,可直接驅動0.5W揚聲器,可存儲80S語音時長,實現MCU一線串口控制,通過I/O口和MCU時序模擬,可控制任何語音的播放和停止。
顯示屏采用0.96寸OLED液晶顯示屏,采用SPI接口通信,實現門鎖終端信息顯示。
智能門鎖軟件架構主要分為BSP層、應用層和驅動層。
應用層通過調用BSP層提供的接口函數,完成驅動層各模塊的初始化和相應功能,包括用戶身份驗證、屏幕顯示功能、指紋、卡片、添加、刪除密碼用戶、系統參數設置、系統休眠和臨時密碼等。系統初始化后,應用層處于輪詢狀態,等待外部中斷觸發,當主控制器根據模塊之間不同中斷引腳的電平變化判斷哪個模塊中斷時,調用BSP層接口將相關指令發送到模塊,模塊執行相關動作,結果返回驅動層,應用層從驅動層進入應用層的不同功能狀態,執行下一步操作,實現門鎖功能。
驅動層主要通過每個通信接口發送協議包,完成每個模塊的設置和調用,并將每個模塊添加到BSP層設備鏈表中,使應用層可以通過BSP接口調用模塊,主要包括指紋模塊、信用卡模塊、液晶顯示模塊、電機驅動模塊、語音模塊、RTC時鐘模塊、智能門鎖WiFi模塊、藍牙模塊等。
阿里云物聯網平臺作為專門為開發人員推出的設備管理平臺,不僅可以實現傳感器、嵌入式設備等終端和云的雙向數據通信,還可以提供設備管理、規則引擎、數據分析、邊緣計算等增值功能。我們需要注冊阿里云賬戶,打開阿里云物聯網平臺。登錄后,在控制臺創建產品。創建產品時,數據格式選擇透傳/自定義,以減輕終端負擔,減少網絡流量占用。門鎖終端通過WiFi模塊網絡將自定義協議的數據幀傳輸到云端,并通過Javascript語言編寫的數據分析腳本將數據幀轉換為阿里云物聯網平臺Alinkkjson格式的數據。設備成功創建后,可獲得設備認證的三元組信息(Productkey、Devicename和Devicrice鎖終端軟件)。當設備接入物聯網平臺時,將對信息進行認證,認證通過后,門鎖終端可與物聯網平臺進行數據交互。
該系統通過Androidstudio開發平臺開發移動應用程序,通過微信開發人員工具開發小程序,通過調用阿里云物聯網開發人員平臺提供的API實現與阿里云平臺的數據通信,實現智能門鎖遠程門鎖信息的查看和控制。通過APP和小程序可以實時顯示當前的門鎖操作和解鎖信息,可以實時接收威脅報警、撬報警等報警信息,可以連接藍牙點擊解鎖按鈕,實現藍牙解鎖,門授權可以實現臨時密碼功能(及時密碼),設備信息包括門鎖音量、門鎖狀態和門鎖SN碼顯示,在鑰匙管理界面可以查看所有當前的鑰匙信息,完成鑰匙刪除操作。
本文設計了一個基于云平臺的智能門鎖WiFi模塊系統。在傳統門鎖的基礎上,增加了指紋解鎖、信用卡解鎖、密碼解鎖、藍牙解鎖和各種組合解鎖方法,增加了臨時密碼、虛擬密碼、防撬報警、威脅報警、系統鎖等功能,大大提高了門鎖的便利性和安全性。此外,還設計了移動應用程序和小程序,通過阿里云物聯網平臺與門鎖終端完成數據交互,實現門鎖信息、開門記錄、報警信息接收、鑰匙刪除等功能的實時查看,為家庭安全提供了保障。