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摘要：随着物联网技术的发展，智能化已成为锁具行业发展的趋势之一。针对目前智能锁不支持无线通信、不支持手机APP控制等缺点，提出一种基于蓝牙无线模块的手机控制智能锁系统。通过手机蓝牙控制智能锁的开关，硬件端的HC-05蓝牙模块作为服务器端，手机蓝牙作为客户端;客户端采用APPInventor编程语言制作手机APP;硬件端采用Arduino主控板控制，实现了Arduino与蓝牙之间通过串口进行通信。实验结果表明：蓝牙智能锁可以准确接收手机端发送的开、关锁指令，具有广阔的市场应用前景。
关键词：蓝牙智能锁;Arduino控制器;手机APP
中图分类号：TP311 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2019）32-0086-03
1概述
随着“万物互联”概念的提出，物联网技术得到了飞速发展，智慧生活和智能家居理念也逐渐得到人们的认可。传统门锁在智能化、安全管理上仍有许多需要改进的地方，目前市场上现有的一些智能门锁，仅仅是在开锁方式上做了一些改变，而在无线控制、手机APP控制等方面仍存在不足，因此设计一款无线遥控、人机界面友好的智能门锁具有重要的意义。基于以上理念，在结合物联网技术、嵌入式技术、电子技术的基础上，设计了一款基于Arduino的手机APP控制的智能锁。同时，为了增加智能锁的安全等级，用户需先通过手机客户端APP密码进行验证，然后才能对锁具进行开关控制，有效的避免了传统门锁的不足。
2系统方案设计
系统总体框图如图1所示。蓝牙模块通过串口与Arduino主控板进行通信，利用Arduino主控板的数字引脚5控制单路继电器的吸起和落下，从而控制电子锁电源的导通和断开;蓝牙模块通过无線方式与手机端蓝牙进行通信，进而实现手机端APP对电子锁的控制。
3硬件设计
3.1Arduino主控板
Arduino是个基于开放源代码的软硬体平台。它的硬件具有丰富的接口，有数字I/O口、模拟I/O口，同时支持SPI、IIC、UART串口通信。
Arduino编程语言没有复杂的单片机底层代码，没有难懂的汇编程序，只有简单而实用的函数。直接调用它们就可以完成各种需要的功能，而且简便的编程环境拥有极大的自由度，可拓展性能非常高。标准化的接口模式、丰富的开放源代码，从而使复杂命令的编程工作变得简单。
常用的Arduino主控板有：Arduino Uno、Arduino Mega2560、Arduino Nano、LilyPad Arduino、Arduino Leonardo等。本系统中所使用的Arduino UNO R3是一个基于ATmega328核心的微控制器板。它由14个数字输入/输出引脚（其中6个可以用作PWM输出）、6个模拟输人、一个16MHz的陶瓷谐振器、USB接口、电源插孔、ICSP头和一个复位按钮组成，如图2所示。开发板出厂时已完成了启动程序的固化，使用过程中可以直接使用USB线进行程序下载。
3.2传感器扩展板
对于一些不熟悉电子技术的人，要添加电路是一个比较麻烦的事，借助于传感器扩展板，能使大部分外围元器件轻松地与Arduino主控板连接，如图3所示。
3.3蓝牙模块
Bluetooth Bee蓝牙无线数传模块采用XBEE造型设计，体积尺寸紧凑，兼容传感器扩展板底座，适用于各种3.3V的单片机系统，模块可以使用AT指令设置主从模式、波特率、配对密码、用户信息等。如图4所示。
3.4单路继电器
单路继电器模块是一个小电流信号控制大功率设备的常用电子模块，可实现单片机控制大功率器件，广泛用于单片机系统设计的智能家居项目。如图5所示。
3.5电磁锁
电磁锁的原理：电磁锁内部有电磁线圈，利用电生磁的原理，当电流通过硅钢片时，电磁锁会产生强大的吸力，紧紧地吸住门上铁片，达到锁门的效果。只要小小的电流，电磁锁就会产生莫大的磁力。当控制电磁锁电源系统识别人员正确后则会断电，电磁锁失去吸力即可开门。开门后经预设延时后电磁锁恢复通电状态与门上铁片吸合，门再次锁紧。如图6所示。
硬件系统连接顺序是：传感器扩展板扣在Arduino主控板上，蓝牙模块扣在传感器扩展板上，传感器扩展板上的数字引脚5控制单路继电器的吸起和落下，单路继电器控制电磁锁的电源。
4软件设计
4.1硬件端程序代码
设计思路：硬件端蓝牙模块收到手机端发来的命令数值16，通过串口发送给Arduino控制器，Arduino控制数字引脚5输出高电平，使继电器吸起，电磁锁电源断开，门锁打开;延迟10秒，让继电器落下，电磁锁电源合上，门锁闭合。
打开Arduino开发编码环境界面，输人以下代码，编译通过后下载到Arduino主控板。
4.2手机端程序代码
系统中的手机端APP采用App Inventor进行编程，App In_ventor是Google实验室的一个计划，由来自麻省理工学院、有“App Inventor之父”之称的HalAbelson教授及其团队负责主导开发。它以图形化编程界面为主要特色，是一种简单、快速开发Android App的开发平台，功能强大、易学易懂。
4.2.1屏幕初始化
在没有完成“搜索蓝牙”之前，“连接蓝牙”按钮应处于非活动状态，即不可点击。
4.2.2“搜索蓝牙”键设计
利用ListPicker组件实现“搜索蓝牙”键展开功能，将手机已存储配对过的设备做成一个列表供选择。
4.2.3“连接蓝牙”键设计
在ListPicker的展开列表中，选择硬件端蓝牙的名称，然后点击“连接蓝牙”以实现手机端与硬件端的无线连接。
4.2.4“锁按钮”键设计
设计思路：点击“锁闭”的图案时，先检查输入的密码是否正确，如果正确则将“锁闭”的图案换成“开锁”的图案，并通过手机蓝牙向Arduino主控板发送命令数值16;在延时10秒后，把“开锁”的图案换成“锁闭”的图案。
4.2.5手机端APP运行效果
5结束语
本系统是基于Arduino主控板的蓝牙智能控制锁的设计，内容包括方案的设计、硬件选型、软件编程。经实验测试，系统工作可靠、运行稳定、功耗低，能实现无线开锁上锁功能，手机端APP界面中的输入密码选型增强了锁具的安全等级。此外，本设计还可以推广到电动车、小汽车等领域，为蓝牙通信在物联网技术发展中的应用提供一定的参考价值。
关键词：蓝牙智能锁;Arduino控制器;手机APP
中图分类号：TP311 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2019）32-0086-03
1概述
随着“万物互联”概念的提出，物联网技术得到了飞速发展，智慧生活和智能家居理念也逐渐得到人们的认可。传统门锁在智能化、安全管理上仍有许多需要改进的地方，目前市场上现有的一些智能门锁，仅仅是在开锁方式上做了一些改变，而在无线控制、手机APP控制等方面仍存在不足，因此设计一款无线遥控、人机界面友好的智能门锁具有重要的意义。基于以上理念，在结合物联网技术、嵌入式技术、电子技术的基础上，设计了一款基于Arduino的手机APP控制的智能锁。同时，为了增加智能锁的安全等级，用户需先通过手机客户端APP密码进行验证，然后才能对锁具进行开关控制，有效的避免了传统门锁的不足。
2系统方案设计
系统总体框图如图1所示。蓝牙模块通过串口与Arduino主控板进行通信，利用Arduino主控板的数字引脚5控制单路继电器的吸起和落下，从而控制电子锁电源的导通和断开;蓝牙模块通过无線方式与手机端蓝牙进行通信，进而实现手机端APP对电子锁的控制。
3硬件设计
3.1Arduino主控板
Arduino是个基于开放源代码的软硬体平台。它的硬件具有丰富的接口，有数字I/O口、模拟I/O口，同时支持SPI、IIC、UART串口通信。
Arduino编程语言没有复杂的单片机底层代码，没有难懂的汇编程序，只有简单而实用的函数。直接调用它们就可以完成各种需要的功能，而且简便的编程环境拥有极大的自由度，可拓展性能非常高。标准化的接口模式、丰富的开放源代码，从而使复杂命令的编程工作变得简单。
常用的Arduino主控板有：Arduino Uno、Arduino Mega2560、Arduino Nano、LilyPad Arduino、Arduino Leonardo等。本系统中所使用的Arduino UNO R3是一个基于ATmega328核心的微控制器板。它由14个数字输入/输出引脚（其中6个可以用作PWM输出）、6个模拟输人、一个16MHz的陶瓷谐振器、USB接口、电源插孔、ICSP头和一个复位按钮组成，如图2所示。开发板出厂时已完成了启动程序的固化，使用过程中可以直接使用USB线进行程序下载。
3.2传感器扩展板
对于一些不熟悉电子技术的人，要添加电路是一个比较麻烦的事，借助于传感器扩展板，能使大部分外围元器件轻松地与Arduino主控板连接，如图3所示。
3.3蓝牙模块
Bluetooth Bee蓝牙无线数传模块采用XBEE造型设计，体积尺寸紧凑，兼容传感器扩展板底座，适用于各种3.3V的单片机系统，模块可以使用AT指令设置主从模式、波特率、配对密码、用户信息等。如图4所示。
3.4单路继电器
单路继电器模块是一个小电流信号控制大功率设备的常用电子模块，可实现单片机控制大功率器件，广泛用于单片机系统设计的智能家居项目。如图5所示。
3.5电磁锁
电磁锁的原理：电磁锁内部有电磁线圈，利用电生磁的原理，当电流通过硅钢片时，电磁锁会产生强大的吸力，紧紧地吸住门上铁片，达到锁门的效果。只要小小的电流，电磁锁就会产生莫大的磁力。当控制电磁锁电源系统识别人员正确后则会断电，电磁锁失去吸力即可开门。开门后经预设延时后电磁锁恢复通电状态与门上铁片吸合，门再次锁紧。如图6所示。
硬件系统连接顺序是：传感器扩展板扣在Arduino主控板上，蓝牙模块扣在传感器扩展板上，传感器扩展板上的数字引脚5控制单路继电器的吸起和落下，单路继电器控制电磁锁的电源。
4软件设计
4.1硬件端程序代码
设计思路：硬件端蓝牙模块收到手机端发来的命令数值16，通过串口发送给Arduino控制器，Arduino控制数字引脚5输出高电平，使继电器吸起，电磁锁电源断开，门锁打开;延迟10秒，让继电器落下，电磁锁电源合上，门锁闭合。
打开Arduino开发编码环境界面，输人以下代码，编译通过后下载到Arduino主控板。
4.2手机端程序代码
系统中的手机端APP采用App Inventor进行编程，App In_ventor是Google实验室的一个计划，由来自麻省理工学院、有“App Inventor之父”之称的HalAbelson教授及其团队负责主导开发。它以图形化编程界面为主要特色，是一种简单、快速开发Android App的开发平台，功能强大、易学易懂。
4.2.1屏幕初始化
在没有完成“搜索蓝牙”之前，“连接蓝牙”按钮应处于非活动状态，即不可点击。
4.2.2“搜索蓝牙”键设计
利用ListPicker组件实现“搜索蓝牙”键展开功能，将手机已存储配对过的设备做成一个列表供选择。
4.2.3“连接蓝牙”键设计
在ListPicker的展开列表中，选择硬件端蓝牙的名称，然后点击“连接蓝牙”以实现手机端与硬件端的无线连接。
4.2.4“锁按钮”键设计
设计思路：点击“锁闭”的图案时，先检查输入的密码是否正确，如果正确则将“锁闭”的图案换成“开锁”的图案，并通过手机蓝牙向Arduino主控板发送命令数值16;在延时10秒后，把“开锁”的图案换成“锁闭”的图案。
4.2.5手机端APP运行效果
5结束语
本系统是基于Arduino主控板的蓝牙智能控制锁的设计，内容包括方案的设计、硬件选型、软件编程。经实验测试，系统工作可靠、运行稳定、功耗低，能实现无线开锁上锁功能，手机端APP界面中的输入密码选型增强了锁具的安全等级。此外，本设计还可以推广到电动车、小汽车等领域，为蓝牙通信在物联网技术发展中的应用提供一定的参考价值。