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1、毕业设计 题目：蓝牙通信控制电子锁学 院： 专 业： 姓 名： 指导教师： 201 年 月 日摘 要随着社会的发展和进步，家居智能化越来越成为未来的发展趋势。目前市场上的电锁门禁主要采用按键的机械密码锁，一定程度上安全度不够高，且使用不够人性化。本文设计了一种基于单片机微控制器控制的蓝牙遥控密码锁系统，能让用户通过手机控制密码锁的开关，且脱机情况下能够通过按键解锁。本项目系统设计分为硬件和软件两部分。硬件部分主要分为电锁控制器的主板设计和电锁受控模块的设计。软件部分包括数据收发模块、蓝牙通信模块等。系统实现功能主要有蓝牙远程控制功能，按键密码输入功能，干接点弱电控制功能等。实验表明，该系统能够
2、在手机蓝牙发送控制信号以及密码的方式下控制密码锁的开合状态，并且在蓝牙控制受限的情况下，还能够通过主机携带的按键密码输入控制密码锁的开合，具有设计成本低、可靠性高的特点，达到了设计要求。关键词：密码锁；蓝牙收发模块；STM32F4；uCOSII系统；智能手机ABSTRACTWith the development and progress of society, intelligent household more and more to become the future development trend. At present, mechanical cipher lock is mai
3、nly to be used on the market, to a certain extent, security is not high enough, and the use of lack of humanization. This thesis present an bluetooth remote control cipher lock system based on micro-controller, which can allow users to control the password lock switch by mobile phone bluetooth, and
4、through the keys to unlock in the offline condition. The system contains hardware module and software module. The former contains the controller of electric lock and the controlled of clectric module, and the latter contains data transmission and buletooth communication module. The mainly functions
5、contain bluetooth remote controller, key password input, electric controller, etc. Experiments show that the system can not only be controlled by bluetooth of smart phone , but also can be controlled by key password. The system has the characteristics of low cost, high reliability, and satisfies the
6、 design requirements.Keywords: Coded Lock; Bluetooth Transceiver; STM32F4; uCOSII Syestem; Smart Phone目 录 1. 绪论.11.1 课题意义.11.2 国内外研究现状.11.3 主要研究内容. . 22. 蓝牙遥控密码锁系统方案设计.22.1 系统总体功能分析. .22.2 系统设计流程.32.3 系统功能模块设计.32.4 系统工作流程.53. 系统硬件设计.63.1 系统模块芯片特性.63.1.1 STM32F4微控制器芯片.63.1.2 MP2359电源芯片.93.1.3 HC05蓝牙接
7、收芯片.103.1.4 TLP521-1光耦隔离芯片.113.1.5 GT9147触摸屏驱动芯片.123.2 主板硬件电路设计.123.2.1 STM32最小系统设计.123.2.2 电源电路设计.163.2.3 蓝牙接收模块.173.2.4 TFT触摸屏模块.183.2.5 LED驱动电路.203.2.6 蜂鸣器驱动电路.203.2.7 干接点输出电路.213.2.8 干接点检测电路.214. 总结.49参考文献.52致谢.531 绪论1.1 课题意义在人们的日常生活中，锁被广泛使用，人们常用锁具来保证一些贵重物品乃至自己家庭的安全，目的就是为了提高安全性。常见的锁有普通机械锁、机械密码锁、
8、电磁卡锁、指纹（虹膜）锁等。普通的机械锁极容易被强行破坏，安全系数不高，并且需要携带过多的钥匙，给生活带来不便；机械密码锁虽然安全系数高但造价相对较高；电磁卡锁由于磁卡信息极易受外界干扰而失磁导致无法开锁，而指纹（虹膜）锁虽然安全性很好，但会因手指划伤或虹膜充血等收到限制。生活在提高，时代在进步，人类在向文明迈进。因此研究一种新型的密码锁具有很高的现实需求性。本文研究的范围仅仅是智能家居系统中的一个子系统，电锁门禁。就目前而言，大多数人越来越依赖手机，特别是年轻人甚至是手机不离身。基于此，本文将设计一款蓝牙遥控密码锁，使其同时具有触摸按键和手机APP两种种开锁方式。1.2 国内外研究现状电子锁
9、的研究从上世纪30年代就开始了，在某些特殊场合早有应用。研究这种锁的初衷是提高锁具的安全性，因为密码锁的密码量很大，可以和机械锁配合，避免因钥匙被仿制而出现的问题。在安全性提高的前提下不需要钥匙被越来越多的人所欣赏。现代生活对钥匙的要求是的钥匙从有形变成无形，安全要求也使得数据量小的机械钥匙逐渐被数据量多的数字密码锁升值是数字量更多的生物资料识别系统所取代。特别是进入20世纪80年代以后，随着电子锁专用集成电路的出现，电子锁的体积缩小、可靠性提高，廉价产品开始出现，给电子锁进入大众生活提供了可能。目前，在西方发达国家，电子密码锁已经广泛应用于智能门禁系统中，通过多种更加安全，更加可靠的技术实现
10、门窗管理。在我国电子密码锁的成本还很高，应用还不广泛。希望通过努力，使电子密码锁在我国也得到广泛应用。1.3 主要研究内容由于本文研究的蓝牙遥控密码锁想融入智能家居系统，那么它必将具有以下四点非常重要的功能：稳定的通信功能；设备的自足性功能（脱机功能）；设备的人性化；交互系统。根据本文的研究内容，论文结构安排如下：第1章简要介绍课题研究的意义，密码锁的研究现状及发展趋势，并简要介绍了本文的主要工作。第2章确定系统设计方案，分析系统设计总体功能及流程，设计系统功能模块。第3章详细介绍系统硬件设计，包括控制器的主板和电控锁模块等。第4章详细介绍系统软件设计，包括ucosII单片机实时操作系统，智能
11、手机指令发送app等。第5章在详细介绍实验情况的基础上，对蓝牙遥控密码锁系统进行总结，并对未来工作进行展望。2 蓝牙遥控密码锁系统方案设计2.1系统功能模块的设计蓝牙遥控密码锁系统的硬件设计分为主板设计和干接点弱点控制模块两部分。其中，两部分主要模块包含以下几个部分：微控制器模块：此模块是本课题设计的蓝牙遥控密码锁系统的核心部分。目前，单片机的种类较多，由于本系统所设计的微控制器功能并不是很复杂，所以不需要过于高端的ARM处理器，同时为了保证系统的运行速度也不采用51内核的单片机1。因而选用了较为先进的ARM Cortex-M4内核的STM32F407单片机2，其拥有丰富的外设，完全能够满足本
12、次设计的要求，也有利于日后产品升级的需求，且成本较低，易于产业化。电源模块2：蓝牙遥控密码锁的主板所需要的电源高效、稳定的5 V，因此本课题选用了DC-DC芯片（MP2359），由于采用了DC-DC芯片，所以主板系统的供电范围十分宽（只要在DC6-16 V供电就可以），何以适应较大范围的供电电源。在耗电较大的情况下，比如本课题用到的触摸屏实时监测，这种供电方式也能够为系统提供足够的供电电流。触摸屏模块：此模块是本课题设计的蓝牙遥控密码锁系统的脱机使用的核心部分。本系统使用的ALIENTEK4.7寸TFTLCD模块自带的触摸屏3，该电容触摸屏具有手感好、无需校准、支持多点触控、透光性好等优点。由
13、于本密码锁系统主要用于家用，所以不仅满足了电容触摸屏的使用环境要求，且会提供较好的用户体验。蓝牙发送模块：本课题设计的蓝牙遥控密码锁系统要实现通过手机蓝牙向主控器发送数据和指令，本调试过程中使用的安卓手机的蓝牙系统，通过安装Bluetooth Serial control APP来完成蓝牙信号的发送。蓝牙接收模块：由于本次设计需要能够蓝牙遥控控制窗帘的开合，利用微控制器驱动蓝牙模块来接收上位机发送过来的指令。因此，系统蓝牙接收模块选用了HC-05嵌入式蓝牙串口通信模块，采用SPI通信，非常易于连接到单片机。蜂鸣器反馈模块：主板接收到遥控传来的信息后，会通过声音的形式将接收状态反馈给用户，显示出
14、正常接收结果。蜂鸣器并无特别要求，由于系统设计主板电源模块采用的5 V供电，因此只需要选择5 V的蜂鸣器即可。干接点弱电控制模块：为了避免外接的干接点影响到系统功能，对于干接点模块采用弱电控制，并采取隔离的方式。因而，可以利用光耦隔离继电器来获得电接点信号，其中光耦驱动器采用TLP521芯片。LED反馈模块4：当用户想在较远的地方了解到密码锁的开关状态时候，可以通过判断密码锁主板上面的LED反馈灯的颜色快速了解密码锁的状态。LED无特殊要求，由于系统设计主板电源模块采用的5 V供电，因此只需要选择5 V的LED即可。电控锁模块：由于系统设计过程主要考虑功能实现的可能性，电控锁选用了比较经济的赛
15、瑞XG-03 DC12 V/24 V小电锁，该电控锁模块通过干接点弱点控制来实现，用户可根据自身实际要求选用不同的电锁模块。2.2 系统的工作流程与传统控制窗帘的方式不同，本课题所设计的蓝牙遥控密码锁系统具有以下两种控制方式：蓝牙遥控控制电锁的开关；脱机触摸键盘控制电锁的开关。这两种方式均可以访问系统。蓝牙遥控密码锁系统的蓝牙遥控以及脱机键盘控制功能主要通过对主板部分的设计实现，并能实现参数设置及远程通信功能。如图2-1所示为蓝牙遥控密码锁主板的系统工作框架。图2-1 蓝牙遥控密码锁系统主板工作框架系统通过高频率的扫描系统获取蓝牙指令或触摸屏指令控制信息，根据所获信息利用主板部分的微控制器ST
16、M32F4判断密码的正确性，正确则产生干接点信号，控制光耦继电器的开闭，来选择连通驱动电源与电控锁。同时，用户还可以选择密码可见或不可见，用户也可以修改密码。3 系统硬件设计本课题所设计的蓝牙遥控密码锁设计不少硬件模块，具体如下：微控制器STM32F407芯片，MP2359电源芯片，蓝牙接收模块ATK-HC05，光耦隔离芯片TLP521-1，TFTLCD电容触摸屏驱动芯片。下面对各功能模块的芯片特性进行详细介绍及分析。3.1 系统模块芯片特性3.1.1 STM32F407微控制器芯片蓝牙遥控密码锁的核心部分是主机部分的微控制器。目前，单片机的种类较多，由于本系统所设计的微控制器功能并不是很复杂
17、，所以不需要过于高端的ARM处理器，同时为了保证系统的运行速度也不采用51内核的单片机。因而选用了较为先进的ARM Cortex-M45内核的STM32F407ZGT6单片机，其拥有丰富的外设，完全能够满足本次设计的要求，也有利于日后产品升级的需求，且成本较低，易于产业化。此系列芯片的工作频率为168 MHz，内嵌ARM Cortex-M4的核，内置高速存储器，是一种中高端的32位的微控制器。STM32F407增强型系列的芯片具有省电模式保证低功耗应用的要求，共包含一个512 K FLASH、192K SRAM、硬件FPU、12个16位定时器、2个32位定时器还包含许多标准的和先进的通信接口，
18、适合于多种应用场合。STM32F407主系统包含一个Cortex-M4的内核主系统由32位多层AHB总线矩阵构成，可以实现以下部分的互连：八条 主控总线：Cortex-M4F内核I总线、D总线、S总线，DMA1存储总线，DMA2存储总线，DMA外设总线，以太网DMA总线、USB OTG HS DMA总线。七条被控总线：内部Flash ICode总线，内部Flash DCode总线，主要内部SRAM1(112 KB)，辅助内部SRAM（16 KB），辅助内部SRAM3（64 KB）（仅适用于STM32F42xxx和STM32F43xxx器件），AHB1外设（外设AHB-APB总线桥和APB外设）
19、，AHB2外设，FSMC。借助总线矩阵，可以实现主控总线到被控总线的访问，这样即使在多个高速外设同时运行期间，系统也可以实现并发访问和高效运行，其系统架构如图3-1所示。图3-1 STM32F407系统结构STM32F407可以使用三种不同的时钟源来驱动系统时钟（SYSCLK）的：HSI振荡器时钟、高速外部时钟信号（HSE）振荡器时钟、及PLL时钟，如图3-2所示为STM32F407时钟树。HSI时钟信号由内部8 MHz的RC振荡器产生；HSE可以由HSE外部晶体和陶瓷谐振器两种时钟源产生；内部PLL可以用来倍频HSI RC的输出时钟或HSE晶体输出时钟。 图3-2 STM32F103时钟树在
20、STM32F4中，有五个最重要的时钟源，为HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。其中PLL实际是分为两个时钟源，分别为主PLL和专用PLL。从时钟频率来分可以分为高速时钟源和低速时钟源，在这五个中HSI，HSE以及PLL是高速时钟，LSI和LSE是低速时钟。从来源可分为外部时钟源和内部时钟源，外部时钟源就是从外部通过接晶振的方式获取时钟源，其中HSE和LSE是外部时钟源，其他的是内部时钟源。该器件具有以下两个次级时钟源：2 kHz低速内部RC（LSI RC），该RC用于驱动独立看门狗，也可选择提供给RTC用于停机/待机模式下的自动唤醒。32.768 kHz低速外部晶振（LSE晶振），用于驱动
21、RTC时钟（RTCCLK）。3.1.2 MP2359电源芯片蓝牙遥控密码锁的主板所需要的电源为5 V，因此选用MP2359开关电源芯片，其引脚图如图3-3所示。图3-3 MP2359引脚图MC2359芯片的输入电压范围为616 V，输出电压范围为3.3 V，输出电流可达1.2 A，工作频率最高可达1.4 MHz，其价格便宜，且可实现的电源降压，满足主板系统的工作要求，其降压电路如图3-4所示。图3-4 MP2359降压电路降压电路工作过程为：比较器的反相输入端（脚5）通过外接分压电阻R1、R2监视输出电压Uo，根据公式Uo=1.25(1+ R2/R1)，可以知道Uo与R1、R2数值有关，如果R
22、1、R2阻值不变，Uo也保持稳定。利用内部比较器对脚5及内部基准电压1.25 V进行比较。当脚5的电压值低于1.25 V时，比较器输出为跳变电压，R-S触发器的S脚控制门被开启，Q端为高电平，驱动管T2导通，T1也导通，向电容Co充电，Uo增加。当脚5的电压值高于1.25 V时，R-S触发器的S脚控制门被封锁，Q端为低电平状态，T2截止，T1也截止。振荡器的Ipk输入（脚7）用于监视开关管T1的峰值电流，以控制振荡器的脉冲输出到R-S触发器的Q端。脚3外接振荡器所需要的定时电容Co大小决定振荡器频率的高低，也决定开关管T1的通断时间。3.1.3 HC05蓝牙接收芯片ATK-HC05模块，是AL
23、IENTEK生成的一款高新能主从一体蓝牙串口模块，可以同各种带蓝牙功能的电脑、蓝牙主机、手机、PDA、PSP等智能终端配对，该模块支持非常宽的波特率范围：48001382400，并且模块兼容5 V或3.3 V单片机系统，可以很方便与您的产品进行连接，使用非常灵活，方便。ATK-HC05模块非常小巧，模块通过6个2.54 mm间距的排针与外部连接，模块外观如图3-5所示。图3-5 ATK-HC05模块外观图3.1.4 TLP521-1光耦隔离芯片蓝牙遥控密码锁采用干接点弱点控制模块，实现单片机低电压控制12 V外部驱动电源的通断，采用光耦隔离芯片TLP521-1实现电路的隔离与保护。TLP521
24、-1引脚图如图3-6所示。图3-6 TLP521-1引脚图TLP521-1是可控制的光电耦合器件，光电耦合器件广泛用在电脑终端系统、可控硅系统设备、测量仪器、家电等。电路之间的信号传输，使之前端与负载完全隔离，目的在于增强安全性，减小电路干扰，简化电路设计。3.1.5 TFTLCD电容触摸屏驱动芯片GT9147是采用最新的电容检测技术，内置高性能微信号检测电路，可很好解决LCD干扰和共模干扰问题。软件算法方面，专门基于单层互容的电气环境所设计，可支持五点触控。芯片原理图如图3-7所示。图3-7 GT9147芯片原理图该芯片具有众多突出优点：内置电容检测电路及高性能MPU，电容屏传感器，环境适应
25、性能（初始化自动校准、自动温度补偿），先进的通讯接口（标准IIC通讯接口），响应时间短，单电源供电，电源纹波小支持多种应用开发工具（可支持触摸屏模组参数侦测及配置参数自动生成，触摸屏模组性能综合测试工具，模组量产测试工具，主控软件开发参考驱动）。3.2 主板硬件电路设计本课题所设计的蓝牙遥控密码锁，各硬件部分功能模块的电路设计如下。3.2.1 STM32最小系统设计STM32单片机的最小系统包括：电源电路，复位电路，时钟电路，BOOT电路，SWD调试电路。STM32电源电路由于系统中采用的是单电源设计，模拟电源和数字电源用相同的电源会相互干扰，因此在设计中必须要采用模拟电源和数字电源隔离的做法
26、。STM32电源电路分为数字电源部分和模拟电源部分，其中数字电源部分主要是提供电源给STM32内部数字外设如IO口，SPI等外设，而模拟电源主要是提供电源给STM32内部模拟外设如ADC，系统中利用电感隔离数字电源与模拟电源，如图3-8所示。图3-8 数字电源与模拟电源隔离电路STM32复位电路为确保微机系统中电路稳定可靠工作，需要设计复位电路，就是利用它把电路恢复到起始状态，复位电路具有三个要求：在给电路通电时马上进行复位操作；在必要时可以由手动操作；根据程序或者电路运行的需要自动地进行。常见的复位方式有：手动按钮复位，上电复位。本系统的复位电路是上电复位，工作供电电源为4.755.25 V
27、，STM32上电复位电路如图3-9所示。当主板上电时，对电容充电，NRST引脚保持低电平一定时间，低电平持续的时间通过电阻值为1 k和电容值0.1 F控制，进而实现STM32复位。图3-9 STM32上电复位电路STM32时钟电路本系统利用单片机晶振提供基本的时钟信号，且一般系统共用一个晶振保持各部分同步。但是有些通信系统的基频和射频使用不同的晶振，也可以通过电子调整频率的方法保持同步。STM32的时钟由高速时钟和低速时钟构成，其中STM32内部自带高速RC和低速RC振荡器。但是内部RC时钟的不稳定将会影响STM32的内部外设，因此在条件允许的情况下，尽量使用外部时钟。在设计中我们将高速时钟使
28、用外部晶振震荡电路。如图3-10所示为STM32的时钟电路。图3-10 STM32时钟电路STM32 BOOT电路STM32芯片内置三种启动模式：用户闪存（芯片内置的Flash）；SRAM（芯片内置的RAM区，即内存）；系统存储器（芯片内的ROM区）。在每个STM32的芯片上都有两个管脚BOOT0和BOOT1，这两个管脚在芯片复位时的电平状态决定了芯片复位后从哪个区域开始执行程序，如图3-11所示为STM32的BOOT电路。用户闪存启动，正常的工作模式：BOOT1=x，BOOT0=0；厂家设置的系统存储器启动模式：BOOT1=0，BOOT0=1；内置SRAM启动的调试模式：BOOT1=1，BO
29、OT0=1。一般不使用内置SRAM启动，因为SRAM掉电后数据就丢失。多数情况下SRAM只是在调试时使用，也可用于故障的局部诊断，写一段小程序加载到SRAM中诊断板上的其他电路，或用此方法读写板上的Flash或EEPRO等。图3-11 STM32 BOOT电路STM32 JTAG调试接口JTAG（Joint Test Action Group，联合测试行动小组）是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试。目前大多数比较复杂的器件如ARM、DSP、FPGA等都含有支持JTAG协议的模块。处理器上标准的JTAG接口是4线：TMS、TCK、TDI、TDO，分别为测试模式选择、
30、测试时钟、测试数据输入和测试数据输出。目前JTAG接口的连接有两种标准，即14针接口和20针接口。这里，我采用的是标准的JTAG接法，开发板上的处理器一般都采用标准的4线JTAG接口，即包含TMS、TCK、TDI、TDO接口（引脚）。还可能包含nTRST（测试系统复位信号）接口。STM32开发板板载的标准20针JTAG/SWD接口如图3-12所示。图3-12 STM32 JTAG调试接口若要用J-link工具来实现对开发板处理器中的程序的调试（在线）与仿真，则开发板上需要建立一个20针的排针，将J-Link工具上的JTAG接口通过排线连接到排针上，然后再将开发板上的处理器中有关JTAG接口引出
31、到此排针上，以跟JTAG接口对应的引脚相连。这里，我们采用的是标准的JTAG接法，但是STM32还有SWD接口，SWD只需最少两根线（SWCLK和SWDIO）就可以下载并调试代码了，这同我们使用串口下载代码差不多。STM32F407最小系统如图3-13所示为STM32单片机的最小系统的各电路模块。图3-13 STM32最小系统3.2.2 电源电路设计线性电源的优势在于结构相对简单，可靠性相对较高，电流纹波率可以很容易的做到比较低，维修也较为方便。与传统的线性电源相比，开关电源效率高、损耗较小、发热较低、不需要体积/重量非常大的散热器，但其工作频率较高，会对电网及周围设备造成干扰，必须妥善处理此
32、问题。实际电路中，一般将开关电源电路和线性电源电路组合使用，如图3-14所示为系统的电源电路7。图3-14 电源电路3.2.3 蓝牙接收模块ATK-HC05模块，是ALIENTEK生产的一款高性能主从一体蓝牙串口模块，可以同各种带蓝牙功能的电脑、蓝牙主机、手机等智能终端配对，模块兼容5 V或3.3 V单片机系统，应用方便灵活，模块的原理图如图3-15所示。图3-15 蓝牙接收模块原理图模块与单片机连接最少只需要4根线即可：VCC、GND、TXD、RXD，VCC和GND用于给模块供电，模块TXD和RXD则连接单片机的RXD和TXD即可。本模块兼容5 V 和3.3 V单片机系统，所以可以很方便的连
33、接到你的系统里面去。ATK-HC05模块与单片机系统的典型连接方式如图3-16所示。图3-16 ATK-HC05 模块与单片机系统连接图3.2.4 TFT触摸屏模块现在几乎所有智能手机，包括平板电脑都是采用电容屏作为触屏，电容屏是利用人体感应进行触点检测控制，不需要直接接触或只需要轻微接触，通过检测感应电流来定位触摸坐标。ALIENTEK 4.3寸TFTLCD模块自带的触摸屏采用的是电容式触摸屏，下面简要介绍一下电容式触摸屏的原理。电容式触摸屏主要分为两种：表面电容式触摸屏表面电容式触摸屏技术是利用ITO（铟锡氧化物，是一种透明的导电材料）导电膜，通过电场感应方式感测屏幕表面的触摸行为进行。但
34、是表面电容式触摸屏有一些局限性，它只能识别一个手指或者一次触摸。投射电容式触摸屏此种触摸屏的传感器利用触摸屏电极发射出静电场线。一般用于投射电容传感技术的电容类型有两种：自我电容和交互电容。自我电容又称绝对电容，是最广为采用的一种方法，自我电容通常是指扫描电极与地构成的电容。在玻璃表面有用ITO制成的横向与纵向的扫描电极，这些电极和地之间就构成一个电容的两极。当用手或触摸笔触摸的时候就会并联一个电容到电路中去，从而使在该条扫描线上的总体的电容量有所改变。在扫描的时候，控制IC依次扫描纵向和横向电极，并根据扫描前后的电容变化来确定触摸点坐标位置。笔记本电脑触摸输入板就是采用的这种方式，笔记本电脑
35、的输入板采用X*Y的传感电极阵列形成一个传感格子，当手指靠近触摸输入板时，在手指和传感电极之间产生一个小量电荷。采用特定的运算法则处理来自行、列传感器的信号来确定手指的位置。交互电容又叫做跨越电容，它是在玻璃表面的横向和纵向的ITO电极的交叉处形成电容。交互电容的扫描方式就是扫描每个交叉处的电容变化，来判定触摸点的位置。当触摸的时候就会影响到相邻电极的耦合，从而改变交叉处的电容量，交互电容的扫面方法可以侦测到每个交叉点的电容值和触摸后电容变化，因而它需要的扫描时间与自我电容的扫描方式相比要长一些，需要扫描检测X*Y根电极。目前智能手机/平板电脑等的触摸屏，都是采用交互电容技术，ALIENTEK
36、所选择的电容触摸屏，也是采用的是投射式电容屏（交互电容类型），所以后面仅以投射式电容屏作为介绍。透射式电容触摸屏采用纵横两列电极组成感应矩阵，来感应触摸。以两个交叉的电极矩阵，即：X轴电极和Y轴电极，来检测每一格感应单元的电容变化，如图3-17所示。图3-17 投射式电容屏电极矩阵示意图示意图中的电极，实际是透明的，这里是为了方便大家理解。图中，X、Y轴的透明电极电容屏的精度、分辨率与X、Y轴的通道数有关，通道数越多，精度越高。电容触摸屏具有手感好、无需校准、支持多点触摸、透光性好等优点，但是其成本高、精度不高、抗干扰能力差。TFTLCD模块的触摸屏总共有五根线与STM32F4连接，连接电路图
37、如图3-18所示。图3-18 TFTLCD模块连接图3.2.5 LED驱动电路当用户想在较远的地方了解到密码锁的开关状态时候，可以通过判断密码锁主板上面的LED反馈灯的颜色快速了解密码锁的状态。LED无特殊要求，由于系统设计主板电源模块采用的3.3 V供电，因此只需要选择3.3 V的LED即可。一般采用串接电阻的方式来限流并控制LED亮度，电路如图3-19所示。图3-19 LED连接电路图3.2.6 蜂鸣器驱动电路主板接收到遥控传来的信息后，会通过声音的形式将接收状态反馈给用户，显示出正常接收结果。蜂鸣器并无特别要求，由于系统设计主板电源模块采用的3.3 V供电，因此只需要选择3.3 V的蜂鸣
38、器即可。由于STM32单片机的IO口驱动能力有限，如果将其IO口直接连接到IO口是无法正常驱动蜂鸣器，因而需要增加功率放大来驱动蜂鸣器。驱动蜂鸣器最常见的方式是利用三极管驱动，如图3-20所示为利用NPN三极管驱动蜂鸣器。图3-20蜂鸣器驱动电路4 总结智能锁系统也必将成为智能家居其中的一个子系统，因此智能锁是未来的发展趋势。本课题设计一种基于STM32单片和机智能手机的智能锁系统，搭载UCOS实时操作系统10，实现密码锁的智能化。本文研究的蓝牙遥控密码锁系统实现以下四种功能：手机APP控制电锁，脱机键盘控制电锁，电锁密码的断电存储，电锁密码的自主更新。如图4-1所示为蓝牙遥控密码锁主机实物图
39、。图4-1 蓝牙遥控密码锁主机实物图蓝牙遥控密码锁的主机蓝牙接收模块HC05如上图矩形方框标出，蓝牙指令由智能手机APP发送，然后该模块接收数据交由主机处理。蓝牙遥控密码锁的主机起始页面如图4-2所示，起始页面展示了作品的一些基本信息。用户可以通过触摸屏幕任意位置进入密码输入界面。图4-2 蓝牙遥控密码锁主机起始页面如图4-3所示为蓝牙遥控密码锁主机人机交互界面，系统中可以输入密码以解锁，可以通过点击“Visible”设置密码输入过程中的字符可见性，用户可以自己选择当前已输入密码是否可见，“Lock”的颜色标示着锁的当前开关状态，并可以通过点击来上锁，点击“Res”可以重置密码，重置密码之前必
40、须正确输入当前密码。图4-3 蓝牙遥控密码锁主机人机交互界面手机APP指令发送界面如图4-4所示，指令系统与上述脱机键盘功能一致。图4-4 手机APP指令发送界面23参考文献：1 李德俊, 罗维平. 单片机原理及应用M. 武汉: 华中科技大学出版社, 2012.2 华成英, 童诗白. 模拟电子技术基础M. 北京: 高等教育出版社, 2006.3 阎石. 数字电子技术基础M. 北京: 高等教育出版社, 2005.4 邱关源. 电路(第五版)M. 北京: 高等教育出版社, 2006.5 Joseph Yiu. ARM Cortex-M3权威指南M. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2009.6
41、樊昌信, 曹丽娜. 通信原理M. 北京: 国防科技大学, 2006.7 蒙博宇. STM32自学笔记M. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2012.8 谭浩强. C程序设计(第4版)M. 北京: 清华大学出版社, 2010.9 谭浩强. C+程序设计(第二版)M. 北京: 北京清华大学出版社, 2011.10 左忠凯. STM32F4 UCOS开发手册M. 深圳: 深圳大学出版社, 2004.致 谢伴随着毕业答辩的临近，我即将告别我的大学生活。在此，我由衷的感谢我大学的老师、同学和朋友们，感谢每一位伴随着我成长的人，很高兴能和你们分享这最精彩的四年。感谢和我一起在实验室学习的伙伴们，回想我们在一起奋斗的日日夜夜、一起收获成功的喜悦，我至今难忘。最后感谢评审本论文的各位专家和老师，感谢你们对此论文的大力支持。53