2019年校级大学生更始锻练项目（CX2019189）；得回“广东省大学生电子安排竞赛”-2020年“5G-AI”专题广东省一等奖
作家简介：梁友槟（1999—），男，苛重从事 FPGA 异构加快与嵌入式开采的练习。
摘要：跟着物联网时间的降临，越来越众的智能修筑走进人们的生存，万物互联将会是异日成长的大趋向。跟着90后与00后的发展，人们对智能修筑的授与水准将大大擢升，智能家居的普及率将迎来一波新海潮。而智能门锁行动智能家居的一大切入点，将对人们授与智能家居产物起到紧急感化。然则，目前墟市上智能门锁的众种开锁体例导致其价值居高不下，守旧钥匙开锁的保存也导致其刻板布局愈加繁复[3]。但实质上操纵智能门锁的用户险些已不再操纵钥匙开锁的体例。所以研发一款高性价比的智能门锁具有紧急意思。本文基于NB-IoT通讯体例，以STM32L431RC行动主控MCU安排了一款暗码开锁，手机APP开锁两种开锁体例的智能门锁。
本体裁系主控芯片为STM32L431 单片机，杀青门锁体系的集体节制及新闻交互。本体裁系的三大效力模块分辨为基于NB-IoT 通讯体例的挪动端长途监测节制效力和基于4×4 矩阵键盘的暗码开锁效力模块，以及基于JR6001 语音节制芯片的语音播报效力模块。体系硬件构成如图1 所示。根本布局必不行少，锁体布局安排苛重通过节制微舵机的转动驱动锁体的开闭。为保障全数体系的美满性，本体系分辨有电源模块保障全数体系的平常供电从而安静运转，基于OLED12864 液晶显示屏模块用于人机交互，擢升用户的操纵体验。用户可操纵手机，电脑等挪动修筑或通过矩阵键盘输入确切的暗码实行身份验证与体系交互，得回权限后可对门锁实行节制或操纵修削暗码等供职。
电源节制模块是基于RT8059GJ5 的高成果DC-DC转换器安排的，实用于由简单锂电池供电的电子修筑，且其输出电压从2.8 V 至VIN 可调，为STM32L431 单片机机械外延电道供应安静的直流电，保障体系的平常运作。分别模块对待供电电压有分别的需求，所以正在硬件电道安排上操纵大容量5 V 锂电池外部输入供电，再经稳压芯片RT8059GJ5 转换为3.3 V 的电压[4]。电源节制模块电道如图2 所示。输出的3.3 V 电压行动按键解锁模块的安静供电，输入的5 V 电压同时为JR6001 语音节制模块的语音播报模块的供电体系，输出的3.3 V 电压行动主控芯片STM32L431、基于LED12864 的显示模块以及微舵机驱动电道的供电体系。当EN 脚位为低电位时，进入闭机形式，打发电流小于0.1 μA。
微舵机驱动锁体模块苛重由SG90 舵机和根本锁体构成如图3 所示。舵机节制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号，当方波的脉冲宽度更改时，舵机的转动角度就会产生更改。SG90 舵机的转动角度与脉冲宽度成正比。所以，用STM32L431 单片机通过PWM 节制体例节制舵机的转动角度，从而发动锁体的转动竣事开闭锁的根本操作。
OLED 液晶屏显示模块苛重由一块0.96 英寸（注：1 英寸=2.54 cm）的OLED12864 构成，因为其较小的尺寸和比拟高的差别率，让它有很好的显示成效和便携性。OLED 内部集成OLED 液晶显示屏、SSH1106 驱动模块和偏置电压出现电道，单片机可通过IIC 制定节制其显示相应的实质。诈欺中文字库和图形库，可配合STM32L431 单片机，使其显示大肆的实质，组成友谊的人机交互界面，即STM32L431 通过SDA 和SCL 两条节制线对OLED 显示屏显示相应的英文、汉字或图形。OLED12864 显示电道如图4 所示。其苛重的安排主意是指引用户和门锁体系更好地实行人机交互。
本体裁系的采用的NB-IoT 通讯模组为上海移远通讯手艺股份有限公司（Quectel）的BC35-G 系列。NB-IoT 通讯模组指的是将Baseband（基带）芯片，RF芯片和NB-IoT 制定栈等组合正在一块PCB 上，而且向外供应硬件管脚和软件接口的模组。正在目前NB-IoT 通讯模组的墟市上，利用比拟渊博的是移远通讯的BC95和BC35-G 两大系列。BC35-G 系列是BC-95 系列的巩固型，优化了定位、挪动性、功耗、数据传输速度等模组机能，而且巩固了体系的安然性。其它，BC35-G尺寸小巧，功耗极低，办事温度局限极宽，被以为是IoT 利用周围的理念遴选，常被用于长途抄外、聪敏都会、智能道灯、农业和情况监测等周围[2]，用以供应美满的短信和数据传输供职。所以，本体裁系选用移远通讯的BC35-G 系列的通讯模组。BC35-G 模组可通过AT 夂箢节制，AT 夂箢行动一种接口法式，他有确定的夂箢形式与相应的返回值。AT 夂箢的夂箢集大凡都是以AT肇端，以回车键收场。无论AT 夂箢能否得胜实施，都应有相应的返回值。操纵软件对STM32L431 实行编程，扶植串口通讯波特率为9600 bit/s，STM32L431 通过发送AT 夂箢，可能很容易地对BC35-G 模组实行节制。
按键解锁模块用于暗码输入、暗码修削等，采用4×4 矩阵队伍式键盘。4×4 矩阵键盘有4 行4 列按键，操纵STM32L431 的8 个I/O 口分辨连合键盘的行线和列线，通过检测电平变动，推断是哪个按键按下。16 个键值分辨是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、*、#、A、B、C、D。STM32L431 读出输入的4 位键值，与提前贮存正在EEPROM 中的暗码实行结婚，结婚得胜后单片机驱动微舵机节制门锁的掀开。的确操纵体例为先输入“#”进入暗码输入形式，输入4 位暗码后正在按“#”收场，暗码确切或舛错都将有语音提示，确切即可掀开门锁，修削暗码的步骤为先输入“*”进入暗码修削形式，修削暗码须要先输入确切的暗码后再输入须要修削的暗码，修削得胜后新暗码将笼罩原暗码贮存进EEPROM 中且会有语音提示。键值输入的流程也会通过OLED12864 实行闭联显示。
语音播报模块用于人机交互，对用户的闭联操作实行语音提示，同时正在用户闭锁时实行语音提示。本体裁系采用的语音节制芯片为JR6001 语音模块，该模块援助MP3、WAV 高品格音频形式，声响美好，24 位DAC输出，动态局限援助90 dB，信噪比85 dB，援助AT 夂箢节制，节制体例简略，同时援助USB 更新语音文献，可轻松对存储芯片中的语音实行更新。
NB-IoT 智能门锁终端操纵C 言语编写开采秩序，而且正在Keil uVision5 下实行编译和调试。Keil uVision5窗口治理体系的圆活性很好。本体裁系采用的开采软件是Keil MDK-ARM，它的编译器和调试用具均与ARM器件杀青了最完备的结婚。通过Keil uVision5 开采情况援助的硬件调试器，开采职员可能轻易地探访被调试管制器的悉数外围修筑，通过STLINK-V2 还可能直接烧录下载秩序。
软件的杀青苛重为竣事模组初始化、参数扶植、BC35-G 初始化检讨与数据收发等办事。软件实施流程如图5 所示。体系上电后，起首初始化终端模块；初始化竣事后，调试软件办事参数，如IP 所在、端标语及模块频率等；参数扶植竣事后，检讨BC35-G 模组的初始化状况，如收集信号、信号新闻等。当检讨竣事后，即可与基站实行数据传输。通过实施AT（Attention）夂箢，门锁终端对BC35-G 实行操控。秩序苛重杀青的效力是以华为云IoT 供职器为序言，挪动端修筑发送新闻给华为云IoT 云供职器，供职器给与到新闻后发送相应的新闻给NB-IoT 模块，NB-IoT 模块给与新闻后发送给STM32L431 单片机，单片机遵照给与到的指定的新闻运转指定的秩序。软件办事流程图如图6 所示。通过华为云物联网平台集成开采，可能将门锁终端、华为云IoT 供职器平台和挪动端APP 三部门实行连合，随便杀青挪动修筑对门锁的节制。
针对守旧门锁体系存正在的坏处以及智能家居修筑走进人们生存的时间成长配景，本文安排了一款以STM32L431 为主控芯片，以基于NB-IoT 通讯体例的挪动端长途节制和暗码按键为解锁形式的智能门锁体系。该体系还包含由NB-IoT 通讯模块、基于4×4 矩阵键盘的暗码解锁模块、基于JR6001 语音节制芯片的语音播报模块、微舵机SG90 驱动锁体布局模块，以及基于RT8059GJ5 高成果DC-DC 转换器的电源电压适配模块、OLED12864 显示模块构成的硬件体系，通过软件编程对硬件体系践诺节制，最终杀青智能解锁等苛重效力。通过实质验证，本体系能知足实质利用中对门锁正确率的央浼，同时为用户带来了优异的体验。智能门锁集体布局如图7 所示。
[2] 胡栋辉.基于MSA和NB-IoT的高校睡房智能门锁体系的安排与杀青[D].安徽大学,2020.
