摘要：阐述基于STC15F2K60S2单片机控制的智能门锁设计，包括CPU控制单元模块、液晶显示LCD、 Wi-Fi模块，实现远程控制开门，密码开门的智能化功能。

关键词：控制技术，单片机，智能门锁，远程控制。

0引言

    「J锁是每个家庭必备的家居产品，目前大部分家庭使用的传统门锁，不仅每天记得带钥匙，还要防止外出时把钥匙弄丢了。为了更好地解决这一问题，实现家居的智能化，设计在传统机械门锁的基础上改造成智能门锁。能实现输入密码或者手机远程来控制电路工作，从而控制舵机的摆动角度，完成开关门。从而更好地体验智能科技，改变生活。

1智能门锁的功能

    本设计硬件采用了STC15F2K60S2单片机为主控芯片，LCD1602为显示芯片，以点灯blinker App作为上位机软件，用来发送信号给ESP8266Wi-Fi模块接收信号，供单片机分析、处理。以AT24C02作为密码存储芯片，依靠程序编程，可以实现以下功能:  C4 )输入正确密码开门:C2)使用手机App软件远程开关门:<3)当在键盘中输入的密码是错误时，蜂鸣器鸣叫发出报警，如果输入密码连续错误三次以上，蜂鸣器长鸣发出报警并锁定键盘:<4)用户可以随时用手机重置密码来增加密码的安全性。

2系统总体设计

    本设计主要由电源模块、CPU控制单元模块，液晶显示屏LCD1602, Wi-Fi模块、键盘模块、报警电路和密码存储芯片等部分组成，电源部分采用升压充电一体电源电路升压到5V进行供电。采用矩阵键盘来输入密码，然后将输入的密码送给单片机，单片机将输入的密码后与密码存储芯片中保存的密码进行对比，判断输入的密码是否正确，然后将信号输出给报警电路和舵机。Wi-Fi模块用于远程控 制的功能实现，用户通过点灯blinker App发送信 号给Wi-Fi模块，单片机接收用户发送的信号，进 行分析处理后将引脚的高低电平传给舵机电路，从 而控制舵机的转动角度，实现开关门。在实际使用 时需要将舵机与传统门锁连接起来，由舵机转动的 角度带动门的开关。系统总体设计的框图如图1。

3  硬件设计

硬件设计考虑到是在传统门锁的基础上改造， 尽可能利用已有的条件和材料进行设计与制作， 主要采用的硬件有以下几个模块：CPU控制单元模 块、电源电路、Wi-Fi模块、矩阵键盘、AT24C02密 码存储模块、LCD1602液晶显示屏等。
（1）电源电路。考虑智能门锁的便利性和实 用性，为了实现电路更高的集成度，电源的设计采 用充电升压一体芯片TP5400。该芯片可以对电池充 电和升压放电的作用，并可以为电路提供1A的充电 电流。电源电路的充电部分是采用了TP5400芯片的 PROG引脚与地之间连接的电阻器来设定，充电状态STDBY进行反馈充电状态，升压电路是由电感、二 极管和电容完成的，电感有储存能量的作用，将其 与芯片的输入端电源相连，共同泄放，可以实现升 压的作用。
（2）Wi-Fi模块。采用手机控制的智能门锁具 有更完善、更便利的保护机制，使用智能手机下载 App进行Wi-Fi远程控制门锁的开关，用户及授权过 的用户家人不仅可以远程开关门，还可以及时掌握 门锁的开关及上锁情况。采用blinker App发送信 号给Wi-Fi模块，Wi-Fi模块接收信号，供单片机分 析、处理后通过串口指令来控制舵机模块，从而实 现自动开关门的功能。本设计的Wi-Fi模块主要的 芯片是ESP8266芯片，该芯片具有成本较低、性能 稳定的优点，兼容3.3V与5V的单片机系统，而且内 置TCP/IP协议栈，可以实现电路中串口与Wi-Fi之 间的转换。
（3）矩阵键盘模块。智能门锁依靠的是键盘 输入密码，密码键从“0”～“9”，还有确认与取 消等其他功能键，需要键盘的按键数量较多。而矩 阵键盘由行线和列线组成，每个按键连接在行线与 列线在交叉处，行线一端接按键的触点，一端接到 单片机的P1口低位。列线的一端接按键的另一个触 点，一端接到单片机P1口高位。这样可以接四条行 线，四条列线。那么单片机的一个端口可以构成16 个按键的矩阵键盘，通过程序对键盘的按键功能进 行设计。
（4）密码存储芯片。本设计采用的是AT24C02 芯片作为密码存储芯片，该芯片是低功耗CMOS型 EEPROM，可存储密码100年，也可以重写擦写密 码，擦写次数高达10000次，体积小，性能稳定， 断电后还能保存密码等特点。
（5）显示部分。为了使智能门锁密码显示效 果好，方便操作，采用的是液晶显示屏LCD1602代 替八段数码管。这种液晶显示屏可以显示字母、 数字、符号等等，还能够同时显示32个字符， LCD1602总共有16个管脚，其中RS、R/W、E这三个 管脚是单片机编程显示器初始化、写命令、写数据 比较重要的管脚。实现的显示任务是智能门锁上电 后，显示屏显示“welcome”进行初始化。在键盘 中每按一个键盘输入密码时，显示屏显示相应的数 字、字母或者符号，密码输入完成后，按下#号键 进行确认。然后单片机对输入的密码与存储的密码 进行对比，当输入密码正确时，单片机的P2.0口输 出低电平，三极管Q1导通，继电器吸合，门锁电路 打开。单片机的P2.1口连接了一个蜂鸣器，当输入 密码错误时单片机的P2.0口输出高电平，门锁电路 断开，P2.1口输出低电平，蜂鸣器响发出报警。当 密码输入连续错误三次，蜂鸣器长鸣发出报警
（6）CPU控制单元模块。CPU控制单元是智能 门锁的核心控制单元，采用STC15F2K60S2芯片作 为控制芯片。因该芯片是内部起振，不需要外接晶 振，加上两个电容就形成一个单片机最小系统。整 体的电路原理图设计如图2所示。

4  软件设计

根据硬件模块电路分析，采用Proteus仿真软 件绘制智能门锁整体的电路原理图，按照门锁的功 能要求，采用C语言编写程序，利用模块化调试的 方式，将编写完成的程序编译通过后，导入仿真软 件进行程序的调试。仿真调试成功后，下载到芯片 中，进行硬件调试。

5  结语

随着科技的进步，门锁的发展也越来越智能 化。在传统锁的基础上，加了Wi-Fi和键盘来控 制门锁的开启，大大地提高了锁的便利性。采用  STC15F2K60S2单片机作为主控芯片，采用C语言的 编写程序并结合外围的键盘输入、显示、报警、开 锁等电路设计的一款智能门锁，可应用于住宅、办 公室等场所，本设计还具有使用手机远程开关门， 按键输入密码，输入密码错误报警，修改密码等多 种功能，实用性比较强，有广泛的市场前景。