基于ZigBee的智能门锁系统设计.pdf
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1、电子设计工程Electronic Design Engineering第31卷Vol.31第16期No.162023年8月Aug.2023收稿日期:2022-04-07稿件编号:202204049基金项目:国家自然科学青年基金(41904039)作者简介:贺云飞(1986),男,湖南株洲人,硕士,工程师。研究方向:物联网技术、嵌入式技术。随着电子技术的发展,家居的智能化已成为必然的趋势。智能门锁作为家居安全的重要“守门员”,其重要性不言而喻1。门锁的智能化技术核心在于门锁权限的控制和门锁状态的反馈,能够让用户实时掌控家里的门锁状态。采用无线通信技术控制终端门锁,其优势在于安装方便,不需要布线。
2、ZigBee技术具有低功耗、低延时、低成本、网络容量大、安全性高等特点,并且能够实现自组网,具有较强的网络恢复能力,相较于蓝基于ZigBee的智能门锁系统设计贺云飞1,甘 雨1,2,肖国锐2(1.湖南北斗微芯产业发展有限公司,湖南 长沙 410000;2.战略支援部队信息工程大学 地理空间信息学院,河南 郑州 450001)摘要:为了提高智能门锁的安全性,实现门锁的远程监控管理,设计了一种基于ZigBee的智能门锁系统。系统由终端门锁、无线网关、平台及用户终端组成,系统以CC2530芯片为核心,终端门锁作为终端节点,无线网关作为协调器,构建了ZigBee的无线网络,实现与平台的网络互连。用户可
3、以通过平台下发控制指令,实现远程控制门锁,同时终端门锁能检测门锁的状态上传平台。试验结果表明,终端门锁休眠功耗低于20 A,电量消耗低,开锁成功率达95%以上,平台能够准确获取到门锁的状态,让用户实时掌控门锁的状态,具有一定的实用性。关键词:CC2530;ZigBee;智能门锁;物联网中图分类号:TN919文献标识码:A文章编号:1674-6236(2023)16-0006-05DOI:10.14022/j.issn1674-6236.2023.16.002Design of intelligent door lock system based on ZigBeeHE Yunfei1,GAN
4、Yu1,2,XIAO Guorui2(1.Hunan BDS MicroChipset Industrial Development Co.,Ltd.,Changsha 410000,China;2.Institute ofGeospatial Information,Strategic Support Force Information Engineering University,Zhengzhou 450001,China)Abstract:In order to improve the security of intelligent door lock and realize the
5、remote monitoring andmanagement of door lock,an intelligent door lock system based ZigBee is designed.The system consists ofterminal door lock,wireless gateway,platform and user terminal.The system takes CC2530 chip as thecore,terminal door lock as the terminal node and wireless gateway as the coord
6、inator to construct ZigBees wireless network and realize the network interconnection with the platform.Users can issue controlinstructions through the platform to realize remote control of the door lock.At the same time,the terminaldoor lock can detect the state of the door lock and upload the state
7、 information to the platform.The testresults show that the dormant power consumption of the terminal door lock is less than 20 A and thesuccess rate of unlocking is more than 95%.The platform can accurately obtain the state of the door lock.Itis practical to control the state of the door lock in rea
8、l time.Keywords:CC2530;ZigBee;intelligent door lock;Internet of Things-6牙、WiFi、LoRa等无线技术2-5,具有明显优势。该设计采用ZigBee技术实现智能门锁系统,功耗低、实时性高,对于酒店、宿舍等需要对门锁集中监控管理的场合提供了极大的便利6。1系统总体设计智能门锁系统由终端门锁、无线网关、云平台及用户终端组成,主要功能是检测门锁的状态,实现远程门锁的开关控制及管理。ZigBee网络采用星型网络拓扑结构,终端门锁作为终端节点,无线网关作为协调器7-8,系统总体框图如图1所示。图1系统总体框图终端门锁通过 ZigBe
9、e网络连接到协调器,将检测到的门锁状态信息上传平台,同时终端门锁根据协调器下发的控制指令执行门锁的开关操作;无线网关作为终端门锁和平台的桥梁,通过以太网和平台连接,实现终端门锁和平台的双向通信,同时无线网关负责对终端门锁的安全性管理9。用户终端将终端门锁的地址和门锁的白名单下发给无线网关,终端门锁注册入网过程中,无线网关通过比对门锁的地址来控制门锁接入的权限,用户终端下发控制指令到无线网关,无线网关根据白名单进行匹配,在白名单目录内的才允许将控制指令转发给终端门锁;无线网关对终端门锁的在线状态进行管理,监测到终端门锁离线则反馈给平台。平台记录所有终端门锁、无线网关的工作状态,记录终端门锁的开锁
10、记录等,做到用户终端实时掌控门锁的信息。2硬件设计ZigBee 网络终端节点和协调器选用 CC2530 片上系统作为ZigBee模块10,CC2530片上集成了RF收发器和增强型 8051 内核,在发射模式下,电流损耗低于 30 mA,休眠模式下低于 0.4 A,且主动模式和休眠模式的切换时间非常短,非常适用于超低功耗要求的系统。2.1终端门锁硬件设计终端门锁由 CC2530、电源模块、驱动模块、按键、AD转换电路等组成,如图2所示。图2终端门锁硬件框图终端门锁采用干电池供电,对整体功耗的要求高,门锁以 CC2530 的片内 8051 内核作为系统的微控制器10-11,微控制器通过 AD转换电
11、路获取干电池的电压值,作为电池电量判断的依据;按键用作系统复位操作,通过按键操作实现微控制器自动复位;JTAG 接口用作程序仿真,仿真器使用 CC Debugger仿真器;串口用作参数配置调试;门锁锁体和微控制器之间通过五线进行连接,其中,三线分别是锁舌信号线、反锁信号线和开锁信号线12。锁舌信号体现锁体是否上锁;反锁信号体现锁体是否反锁;开锁信号体现锁体是否通过钥匙或指纹进行了开锁操作,微控制器通过读取信号线的高低电平来判断门锁的状态。另外两线是微控制器通过驱动模块和门锁锁体的电机相连接,实现电机的正反转控制,拖动锁舌实现开关锁操作。主控电路原理图如图3所示。门锁采用 L7010R 马达控制
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