(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 212642369 U(45)授权公告日 2021.03.02
(21)申请号 202020405688.2(22)申请日 2020.03.26
(73)专利权人 吴霁
地址 710049 陕西省西安市西安交通大学
兴庆校区(72)发明人 吴霁
(74)专利代理机构 北京盛凡智荣知识产权代理
有限公司 11616
代理人 李朦(51)Int.Cl.
E05B 49/00(2006.01)E05B 47/00(2006.01)G07C 9/00(2020.01)
权利要求书1页 说明书6页 附图6页
(54)实用新型名称
一种基于STM32的电子密码锁
(57)摘要
本实用新型公开了一种基于STM32的电子密码锁，包括键盘，键盘通过数据线连接主板，主板上设有LCD显示屏，LCD显示屏的一侧设有电源，电源采用锂电池供电，LCD显示屏远离电源的一侧设有STM32单片机，STM32单片机的一侧设有报警器；一种基于STM32的电子密码锁的系统模块包括STM32，STM32上连接有LCD显示、开锁电路、报警模块和矩阵键盘，STM32单片机上还连接有蓝牙模块和红外感应模块。本实用新型与现有技术相比的优点在于：能够实现有人开机，没人关机，实现了节约用电，降低系统功耗的目的。手机端APP操控，接收报警，更加方便。电池盒独立供电。拥有以上功能就具有更加强大的续航能力，可以长时间的使用，减少了现在电子锁经常没电的问题，具有很大的市场前景。
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权 利 要 求 书
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1.一种基于STM32的电子密码锁，包括键盘(1)，其特征在于：所述键盘(1)安装在门上，所述键盘(1)通过数据线连接主板(2)，所述主板(2)上设有LCD显示屏(3)，所述LCD显示屏(3)的一侧设有电源(4)，所述电源(4)采用锂电池供电，所述LCD显示屏(3)远离电源(4)的一侧设有STM32单片机(5)，所述STM32单片机(5)的一侧设有报警器(6)；所述一种基于STM32的电子密码锁的系统模块包括STM32，所述STM32上连接有LCD显示、开锁电路、报警模块和矩阵键盘，所述STM32单片机上还连接有蓝牙模块和红外感应模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于STM32的电子密码锁，其特征在于：所述LCD显示为液晶屏控制芯片为ILI9341，3.2寸，240*320的分辨率，带TFT触摸屏，模块带SD卡座；可用于菜单、文字或控制输入使用。
3.根据权利要求1所述的一种基于STM32的电子密码锁，其特征在于：所述红外感应模块是基于红外线技术的自动控制模块HC-SR501。
4.根据权利要求1所述的一种基于STM32的电子密码锁，其特征在于：所述报警器采用有源蜂鸣器，通过STM32的GPIO口进行驱动。
5.根据权利要求1所述的一种基于STM32的电子密码锁，其特征在于：所述矩阵键盘采用的是4*4键盘，又称为行列式键盘，是单片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组。
6.根据权利要求1所述的一种基于STM32的电子密码锁，其特征在于：所述开锁电路上连接有舵机模块，所述舵机模块上设有直流电机、减速齿轮组、传感器和控制电路，通过发送信号，指定输出轴旋转角度。
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说 明 书
一种基于STM32的电子密码锁
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技术领域
[0001]本实用新型涉及电子锁领域，具体是指一种基于STM32的电子密码锁。
背景技术
[0002]人们从前使用的锁不但不方便，而且安全系数也比较低。随着社会进步和人们生活水平提高，老式机械锁已满足不了人们需求，况且人们对防盗的要求越来越高，特别对使用便捷性提出了更高的要求。因此近年新型电子密码锁应运而生，受到了人们的青睐。有报警功能的密码锁也为人们解决了不少问题。但是市面上大多数密码锁都是用于大型重要场合中，价格高昂，一般人难以接受。如果再设计和生产一种价格低廉、性能灵敏可靠的密码锁，必将受到更多普通人的欢迎。
[0003]密码锁是现代生活中常用到的工具之一，广泛应用于房门、宾馆、车库等。电子密码锁克服了传统机械锁的锁量少、安全性能不高的缺点，特别是使用单片机控制的电子密码锁，不但功能齐全，而且使用方便可靠。电子密码锁只需要记住一组密码，无需携带钥匙，甚至可以手机直接操控开锁，其便捷性必将受到越来越多人的喜爱。随着我国第三产业的迅速发展，电子密码锁在将来一定会得到广泛的应用。[0004]20世纪80年代后，随着电子锁专用集成电路出现，电子锁体积缩小，同时性能提高，成本也相应提高，所以只适用于安全性能要求较高的大型场合，且需要电源供电，使用还局限在一定范围内，难以普及，所以对密码锁的研究一直没有出现明显进展。到90年代，美国、意大利、德国、日本等国的微电子技术进步和通信技术的发展为密码锁提供了技术支持，从而推动密码锁大规模实际应用阶段。目前，在西方国家，电子密码锁相对先进、种类齐全，广泛应用于智能门禁系统中。
[0005]我国于90年代初期对电子密码锁进行初步探索。到目前为止，随着电子技术的发展，电子密码锁已发展的十分成熟。从目前市场认可和技术水平看，使用最广泛的是键盘式电子密码锁，主要用于房门、保险箱等场合。其它技术领域还有遥控电子密码锁、指纹电子密码锁等等。
实用新型内容
[0006]本实用新型要解决的技术问题是，针对以上问题提供一种能够感应门口是否有人并且进行开关机的电子锁。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：一种基于STM32的电子密码锁，包括键盘，所述键盘安装在门上，所述键盘通过数据线连接主板，所述主板上设有LCD显示屏，所述LCD显示屏的一侧设有电源，所述电源采用锂电池供电，所述LCD显示屏远离电源的一侧设有STM32单片机，所述 STM32单片机的一侧设有报警器；所述一种基于STM32的电子密码锁的系统模块包括STM32，所述STM32 上连接有LCD显示、开锁电路、报警模块和矩阵键盘，所述STM32单片机上还连接有蓝牙模块和红外感应模块。[0008]本实用新型与现有技术相比的优点在于：能够实现有人开机，没人关机，实现了节
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说 明 书
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约用电，降低系统功耗的目的。手机端APP操控，接收报警，更加方便。电池盒独立供电。拥有以上功能就具有更加强大的续航能力，可以长时间的使用，减少了现在电子锁经常没电的问题，具有很大的市场前景。[0009]作为改进，所述LCD显示为液晶屏控制芯片为ILI9341，3.2寸，240*320的分辨率，带TFT触摸屏，模块带SD卡座；可用于菜单、文字或控制输入使用。[0010]作为改进，所述红外感应模块是基于红外线技术的自动控制模块HC-SR501。[0011]作为改进，所述报警器采用有源蜂鸣器，通过STM32的GPIO口进行驱动。[0012]作为改进，所述矩阵键盘采用的是4*4键盘，又称为行列式键盘，是单片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组。[0013]作为改进，所述开锁电路上连接有舵机模块，所述舵机模块上设有直流电机、减速齿轮组、传感器和控制电路，通过发送信号，指定输出轴旋转角度。附图说明
[0014]图1是一种基于STM32的电子密码锁的结构示意图。[0015]图2是一种基于STM32的电子密码锁的系统结构图。
[0016]图3是一种基于STM32的电子密码锁的STM32单片机封装图。[0017]图4是一种基于STM32的电子密码锁的STM32单片机原理图。[0018]图5是一种基于STM32的电子密码锁的LCD显示屏原理图。[0019]图6是一种基于STM32的电子密码锁的复位电路原理图。[0020]图7是一种基于STM32的电子密码锁的蜂鸣器电路图。[0021]图8是一种基于STM32的电子密码锁的矩阵键盘原理图。[0022]如图所示：1、键盘，2、主板，3、LCD显示屏，4、电源，5、STM32单片机，6、报警器。具体实施方式
[0023]下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。[0024]本实用新型在具体实施时，一种基于STM32的电子密码锁，包括键盘1，所述键盘1安装在门上，所述键盘1通过数据线连接主板2，所述主板2上设有LCD显示屏3，所述LCD显示屏3的一侧设有电源4，所述电源4采用锂电池供电，所述LCD显示屏3远离电源4的一侧设有STM32单片机5，所述STM32 单片机5的一侧设有报警器6；所述一种基于STM32的电子密码锁的系统模块包括STM32，所述STM32 上连接有LCD显示、开锁电路、报警模块和矩阵键盘，所述STM32单片机上还连接有蓝牙模块和红外感应模块。所述开锁电路内部还包含复位电路。RESET按键用于系统硬件复位，当按下Reset键时，STM32、液晶等复位。[0025]STM32F107xx互联型系列使用高性能的CortexTM-M332位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器(高达256K字节的闪存和64K字节的SRAM)，丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设。所有型号的器件都包含标准的通信接口(2个I2C接口、3个SPI接口、2个I2S接口、1个 USB OTG全速接口、5个USART接口和2个CAN接口)，2个12位的ADC和4个通用16位定时器。STM32F107xx系列更包含以太网接口。
[0026]STM32F107xx互联型系列产品工作于-40℃至+105℃温度范围，供电电压为2.0V至3.6V。一系列的省电模式保证低功耗应用的要求。
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STM32F107xx互联型系列产品提供三种不同引脚封装：从64脚到100脚。不同封装
的产品内置了不同数量的外设，引脚图具体说明了本次使用的100脚封装的功能和外设配置。
[0028]表1STM32F107xx的功能和外设配置
[0029]
[0030]
LCD液晶屏：该系统所选用的液晶屏控制芯片为ILI9341，3.2寸，240*320的分辨
率，带TFT触摸屏，模块带SD卡座；可用于菜单、文字或控制输入使用。[0031]表2TFT LCD管脚定义
[0032]
管脚号
1 2 3 4 5 6-21 22 23 24-25 26-27 28 29 名称
CS RS WR RD RESET DB0-DB15 SDCS BL VCC GND VCC MISO 描述
液晶片选，低电平有效 命令/数据标志，0：读写命令；1：读写数据 写信号，低电平有效 读信号，低电平有效 液晶复位，低电平复位 数据端口
SD卡片选信号，低电平有效 背光控制端，0-关闭.1-开启 3.3V 地 3.3V
SPI总线MISO
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30 MOSI SPI总线MOSI 31 TP_PEN 触摸屏中断信号 32 MO 扩展FLASH片选信号 33 TP_CS 触摸芯片片选信号 34 SCLK SPI总线SCLK
[0033]从图中可知，TFT LCD模块显示屏16位并行总线与STM32的PD0～15连接。触摸屏接口为SPI 接口方式，与SPI2(PB)对应引脚相接，用于实现对液晶触摸屏的控制，数据线少，驱动简单。所选液晶屏带有独立的SD卡模块，方便存储图片等大容量数据，因此液晶屏22脚SDCS与PB9连接，可显示SD卡中的图片或数据。BL用于控制液晶屏的背光，RESET复位键同时也控制着液晶屏的复位，其他的控制信号与PC相连。LCD液晶屏的原理图中的三极管有人时红外传感器的输出信号使三极管导通，没人时三极管自动关断，能实现显示屏的自动开关，从而节约了电能，延长了续航时间和使用寿命。[0034]红外感应模块：HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块，采用德国原装进口LHI778探头设计，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备，尤其是干电池供电的自动控制产品。[0035]表3红外模块电气参数
工作电压范围 直流电压4.5-20V 静态电流 <50uA 电平输出 高3.3V，低0V 触发方式 L不可重复触发/H重复触发 延时时间 0.5-200S(可调)可制作范围零点几秒-几十分钟 封锁时间 2.5S(默认)可制作范围零点几秒-几十秒 电路板外形尺寸 32mm*24mm 感应角度 <100度锥角 工作温度 -15-+70度 感应透镜尺寸 直径：23mm(默认)
[0037]功能特点：
[0038]1)全自动感应：人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。[0039]2)光敏控制：可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。[0040]3)温度补偿：在夏天当环境温度升高至30～32℃，探测距离稍变短，温度补偿可作一定的性能补偿。
[0041]4)两种触发方式：(可跳线选择)[0042]a、不可重复触发方式:即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变成低电平；[0043]b、可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平(感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。
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5)具有感应封锁时间(默认设置:2.5S封锁时间)：感应模块在每一次感应输出后
(高电平变成低电平)，可以紧跟着设置一个封锁时间段，在此时间段内感应器不接受任何感应信号。此功能可以实现“感应输出时间”和“封锁时间”两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。(此时间可设置在零点几秒—几十秒钟)。
[0045]6)工作电压范围宽：默认工作电压DC4.5V-20V。[0046]7)微功耗:静态电流微安，特别适合干电池供电的自动控制产品。[0047]8)输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接。[0048]报警模块：采用了有源蜂鸣器，通过STM32的GPIO口进行驱动。由于STM32的GPIO口最大能提供25mA的电流，蜂鸣器的驱动电流是30mA左右，若直接使用IO口进行驱动，可能会导致其他GPIO不稳定。因此系统是通过一个三极管进行电流放大后，再驱动蜂鸣器，这样GPIO只需要很小的电流就可以驱动蜂鸣器了。[0049]在图中，使用9013三极管放大电流驱动蜂鸣器，可使用跳线帽与PE15口短接，即可通过PE15端口输出电平控制蜂鸣器，当为高电平时，蜂鸣器响，为低电平时，蜂鸣器不响，用于做报警声音提示。[0050]矩阵键盘：矩阵键盘又称为行列式键盘，是单片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组，由于电路设计时需要更多的外部输入，单独的控制一个按键需要浪费很多的IO资源，所以就有了矩阵键盘，常用的矩阵键盘有4*4和8*8,其中用的最多的是4*4。它是用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。这样键盘中按键的个数是4*4个。
[0051]这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。由于单片机IO端口具有线与的功能，因此当任意一个按键按下时，行和列都有一根线被线与，通过运算就可以得出按键的坐标从而判断按键键值。[0052]舵机模块：舵机(英文叫Servo)：它由直流电机、减速齿轮组、传感器和控制电路组成的一套自动控制系统。通过发送信号，指定输出轴旋转角度。舵机一般而言都有最大旋转角度(比如180度。)与普通直流电机的区别主要在，直流电机是一圈圈转动的，舵机只能在一定角度内转动，不能一圈圈转(数字舵机可以在舵机模式和电机模式中切换，没有这个问题)。普通直流电机无法反馈转动的角度信息，而舵机可以。用途也不同，普通直流电机一般是整圈转动做动力用，舵机是控制某物体转动一定角度用(比如机器人的关节)。[0053]舵机的伺服系统由可变宽度的脉冲来进行控制，控制线是用来传送脉冲的。脉冲的参数有最小值，最大值，和频率。一般而言，舵机的基准信号都是周期为20ms，宽度为1.5ms。这个基准信号定义的位置为中间位置。当舵机接收到一个小于1.5ms的脉冲，输出轴会以中间位置为标准，逆时针旋转一定角度。接收到的脉冲大于1.5ms情况相反。[0054]舵机的引线，一般为三线控制，红色为电源，棕色为地，黄色为信号。控制舵机的时候，需要不断的给PWM波才能使得舵机在某个角度有扭矩。[0055]本实用新型的工作原理：该系统由STM32F107VCT6作为主控芯片，结合外围的红外感应、LCD显示、矩阵键盘、蜂鸣器、舵机、蓝牙等电路模块，形成完整的电子密码锁系统。系统设计在Keil的开发环境下，用C语言对主控芯片的GPIO、定时器、串行通信模块等编写控制程序，完成显示时钟、输入密码、报警示错、开锁等基本功能。
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除此之外，使用红外模块实现有人开机、没人关机的功能，达到低功耗、节约用电；
利用APP Inventor 开发安卓手机客户端应用“开门大师”，能实现蓝牙遥控开锁，和非法闯入警报的功能。[0057]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具本的限定。[0058]在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。[0059]在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。[0060]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0061]尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
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