应用领域：智能家居

主控芯片：STM32F003；Nordic nrf51832

案概述

项目由来：雇主是一家做传统五金的机械锁厂，随着物联网的兴起，传统门锁已经满足不了客户的需求，一些带生物类识别的开锁方式已经出现在人们的生活当中，这也是机械锁发展的必然趋势。产品带指纹，密码，刷卡，甚至加上蓝牙功能已经势在必行，因此客户迫切希望能开发带这些功能的产品来迎合用户，力求发展。

开发内容：硬件主板，软件调试

主控芯片：STM32F003

开发周期：1个月

可供产品：产品的硬件板卡，按照用户需求结案后即可出货，后台和APP可根据用户的具体需求重新开发，周期短，另外针对国内客户可用微信小程序代替APP，这样重新开发将更减少周期，无线协议有蓝牙，WiFi，zigbee,可选。

功能简介：

设计一整套家用智能锁方案，包括带晟元半导体指纹头，虚拟数字密码解锁，IC刷卡解锁，带电动门铃，自动报警，电量低提示，另外可选择是否带蓝牙无线协议(蓝牙用Nordic nrf51832超低功耗芯片)等功能。用户管理和管理员可在带有OLED显示屏上操作，要求指纹头识别率高。另外加装蓝牙部分的方案，可以在APP上面直接做管理，更加便捷。并且还可以实现远程发密钥到手机端进行开门，连上智能网关后可以作为后续整个智能家居的入口，为后面智能家居的安全使用做下铺垫。

产品图片

项目点评

该方案是目前智能锁的一个标配应用，从用户体验的角度来设计产品，主要考虑到用户的安全(指纹头)，稳定，便捷，解决了钥匙丢失及不便于携带的苦恼。如加装使用无线蓝牙协议，又可使产品竞争力大大提升，还能让其成为整个智能家居的入口。但目前联网智能锁安全这块还需要下功夫。

方案商介绍

该服务商专注于ST MCU芯片开发，晟元半导体指纹模块运用，在蓝牙和Wifi协议上也有丰富开发经验和产品产出，拥有16人研发团队，能提供智能锁整套方案到后台软件的定制开发服务，在研发速度和产品质量上获得雇主好评。

【nRF51822】

蓝牙低功耗和 2.4GHz 专利 SoC

nRF51822 是功能强大、高灵活性的多协议 SoC，非常适用于 Bluetooth® 低功耗和 2.4GHz 超低功耗无线应用。 nRF51822 基于配备 256kB flash + 16kB RAM 的 32 位 ARM® Cortex™ M0 CPU 而构建。 嵌入式 2.4GHz 收发器支持蓝牙低功耗及 2.4GHz 操作，其中 2.4GHz 模式与 Nordic Semiconductor 的 nRF24L 系列产品无线兼容。

nRF51822 还具备丰富的模拟和数字周边产品，可以在无需 CPU 参与的情况下通过可编程周边产品互联 (PPI) 系统进行互动。 灵活的 31 引脚 GPIO 映射方案可使 I/O(例如串行接口、PWM 和正弦解调器)根据 PCB 需求指示映射到任何设备引脚。 这可实现完全的设计灵活性及引脚位置和功能。

nRF51822 支持 S110 蓝牙低功耗协议堆栈及 2.4GHz 协议堆栈(包括 Gazell)，这两种协议堆栈在 nRF518 软件开发套件中均免费提供。nRF51822 需要单独供电，如果供电范围在 1.8-3.6V 之间，用户可选择使用芯片上的线性整流器，如果供电范围在 2.1-3.6V 之间，可以选择直流 1.8V 模式和芯片上的 DCDC 变压器。DC-DC 变压器的使用可在工作期间动态控制，并使 nRF51822 工作期间的射频峰值电流低于 10 mA @ 3V 供电 (TX @ 0 dBm & RX)。

nRF51822 具有 6x6mm 48 引脚 QFN 封装和 3.5x3.8mm 64 球形晶片水平芯片级封装 (WLCSP)。

nRF51822 提供 256k 或 128kB Flash 容量的不同版本。

FEATURES

单芯片, 高灵活性, 2.4GHz 多协议设备

32 位 ARM Cortex M0 CPU 内核

256KB flash 16KB RAM

支持 S110 蓝牙低功耗协议堆栈

S110 需要 80 kB 内存空间

线程安全和运行时保护

事件驱动 API

与 nRF24L 系列无线兼容

3 种数据率 (2Mbps/1Mbps/250kbps)

+4dBm 输出功率

-92.5dBm 敏感度、蓝牙低功耗

用于最大化能源效率应用和代码简化的 PPI 系统

具备对每个周边产品进行自动能源管理的灵活能源管理系统

用于模拟和数字 I/O 的可配置 I/O 映射

APPLICATIONS

移动电话配件

PC 周边产品

消费电子 (CE) 遥控器

邻近/警报传感器

运动、健身和医疗保健传感器

智能 RF 标记

玩具和电子游戏

智能家用设备

工业和商用传感器

产品 简介

nRFS110 蓝牙低功耗堆栈

nRF51422 ANT 和 2.4GHz 专利 SoC

nRF8001 蓝牙低功耗连接 IC

nRF8002 蓝牙低功耗邻近 IC

nRF24LE1 自适应 Flash 变体

nRF24LU1+ 使用 Flash 和 USB 的 2.4GHz RF 系统级芯片

nRF24L01+ 超低功耗 2.4GHz RF 收发器 IC

【智能锁】

智能锁(外文名Intelligent Lock)是指区别于传统机械锁，在用户识别、安全性、管理性方面更加智能化的锁具。智能锁是门禁系统中锁门的执行部件。

现在的智能锁不同于以往的“先开启再扫描”的方式，扫描方式非常简单，将手指放在扫描处的上方由上至下的扫描就可以，无需将手指按在扫描处，扫描的方式更减少指纹残留，大大降低指纹被复制的可能性，安全独享。

简介

智能锁是指区别于传统机械锁，在用户识别、安全性、管理性方面更加智能化的锁具，门禁系统中锁门的执行部件。

智能锁区别于传统机械锁, 是具有安全性, 便利性, 先进技术的复合型锁具。

使用非机械钥匙作为用户识别ID的成熟技术，如：

指纹锁、指静脉锁、虹膜识别门禁(生物识别类，安全性高，不存在丢失损坏;但不方便配置，成本高)

磁卡、射频卡(非接触类，安全性较高，塑料材质，配置携带较方便，价格低廉)

TM卡(接触类，安全性很高，不锈钢材质，配置携带极为方便，价格较低)

在以下场所应用较多：银行，政府部门(注重安全性)，以及酒店，学校宿舍，居民小区(注重方便管理)

特点

便利性(convenience)

a.智能锁区别于一般的机械锁，具有自动电子感应锁定系统，他会自动感应到门处于关闭状态时，系统将自动上锁。智能锁可以通过指纹，触摸屏，卡开启门锁。

b.一般指纹锁在使用密码/指纹登记等功能时不方便，尤其是老人和小孩使用时，个别智能锁，可以开启它独特的语音提示功能，让使用者操作更简便易懂。

c.随着技术的发展，智能锁已不仅仅局限于指纹、密码、磁卡开锁，增加了手机APP开锁功能，能够通过手机远程操控家里的门锁。

安全性(Safety)

a. 一般的指纹密码锁具有密码泄露的危险。最近的智能锁还具有虚位密码功能技术，即在已登记的密码前面或后面，可以输入任意数字作为虚位密码，有效防止登记密码泄露，同时又可开启门锁。

b. 在普通小区安保环境下，一般门锁把手开启方式不能确保足够安全性能，可以很容易的从门外打钻小孔再用钢丝转动把手将门打开。很多智能锁具有专利技术保障，在室内的把手设置中增加了安全把手按钮，需要按住安全把手按钮转动把手门才能开启，带来更安全的使用环境。(同时按照使用者需求，通过简单操作，本功能可以选择性设置。)

c. 最近的智能锁手掌触摸屏幕会自动显示，3分钟会自动锁死。密码是否已经设置，门锁是否已经开启或者关闭，密码或门卡登记数量，还有电池更换提示，锁舌阻塞警告，遇到低电压等情况，屏幕上均有显示，智能智控。

保安性(security)

最近的智能锁不同于以往的“先开启再扫描”的方式，扫描方式非常简单，将手指放在扫描处的上方由上至下的扫描就可以，无需将手指按在扫描处，扫描的方式更减少指纹残留，大大降低指纹被复制的可能性，安全独享。

创造性(Creative)

传统的机械锁人们对它的外观没有特别的关心。智能锁不仅从外观的设计适合于人们的口味，甚至创造出了像苹果一样的智能感觉的智能锁具。智能化的锁具已经悄悄地上市了。

互动性(Interactive)

智能门锁内置嵌入式处理器和智能监控系统，具备与房客之间的任何时间的互通互动能力，可以主动汇报当天电视的访客情况。另一个方面访客甚至可以远程控制智能门锁为来访的客人开门。

技术原理

在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码锁代替传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的问世，出现了带微处理器的智能密码锁，它除具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化管理、专家分析系统等功能，从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性，应用日益广泛。本文介绍以51系列单片机为核心的智能密码锁，详细阐述了其工作原理、基本功能框图、关键设计技术及软件工作流程。

基本原理

智能密码锁的系统由智能监控器和电子锁具组成。二者异地放置，智能监控器供给电子锁具所需的电源并接收其发送的报警信息和状态信息。这里采用了线路复用技术，使电能供给和信息传输共用一根 二芯电缆，提高了系统的可靠性、安全性。

1.1 智能监控器的基本原理

智能监控器它由单片机、时钟、键盘、LCD显示器、存贮器、解调器、线路复用及监测、A/D转换、蜂鸣器等单元组成。主要完成与电子锁具之间的通信、智能化分析及通信线路的安全监测等功能。

智能监控器始终处于接收状态，以固定的格式接收电子锁具发来的报警信息和状态信息。对于报警信息，则马上通过LCD显示器及蜂鸣器发出声、光报警;对于状态信息，则存入内存，并与电子锁具在此时刻以前的历史状态进行比较，得出变化趋势，预测未来的状态变化，通过LCD显示器向值班人员提供相应信息，以供决策使用。智能监控器与电子锁具建立通信联系的同时，通过A/D转换器实时地监视流过通信线路的供电电流的变化，有效地防止人为因素造成的破坏，保证了通信线路的畅通。

1.2电子锁具基本原理

电子锁具它也是以51系列单片机为核心，配以相应硬件电路，完成密码的设置、存贮、识别和显示、驱动电磁执行器并检测其驱动电流值、接收传感器送来的报警信号、发送数据等功能。

单片机接收键入的代码，并与存贮在EEPROM中的密码进行比较，如果密码正确，则驱动电磁执行器开锁;如果密码不正确，则允许操作人员重新输入密码，最多可输入三次;如果三次都不正确，则单片机通过通信线路向智能监控器报警。单片机将每次开锁操作和此时电磁执行器的驱动电流值作为状态信息发送给智能监控器，同时将接收来自传感器接口的报警信息也发送给智能监控器，作为智能化分析的依据。

关键技术

为了提高智能密码锁的安全性、可靠性，本文除在器件选择上采取措施(如采用低功耗、宽温度范围的器件)外，在设计中还采用了一些关键技术。

2.1 线路复用技术

智能监控器和电子锁具异地放置。如果采用通信线路和供电线路分开的方式，势必要增加电缆芯数，安全隐患增加。本文采用了线路复用技术，仅用一根二芯电缆，实现了供电和信息的传输。原理图如图3所示。

在发送端，电子锁具通过脉冲变压器T将调制好的数据信号升压后发送出去;在接收端，脉冲变压器T将接收到的数据信号降压后送解调器，以减少载波信号在传输过程中的损耗。为了减少通信和供电之间的相互干扰，对扼流圈L、耦合电容C的选择要综合考虑。

设载波频率fo=400kHz，为了保证绝大部分信号能量传输到接收端，取L=33.7μH?C1=0.047μF。

2.2 电流监视技术

为了防止通信线路的人为破坏和电磁执行器因某种原因造成流过电磁线圈的电流过大而烧毁线圈，本文在智能密码锁设计中采用电流监视技术。

2.3数据通讯与预处理技术

智能监控器接收锁具发来的状态信息(其中包括锁具的开启、关闭、第一次密码错、第二次密码错、第三次密码错等)、流过电磁执行器线圈的电流值，并读取该时刻通讯线路的供电电流值，三者结合起来构成一个数据块，其中操作状态占1个字节，供电电流占2个字节，线圈电流占2个字节。智能监控器在与电子锁具通信过程中，始终处于接收状态。为了提高通信可靠性，本文在通信协议中采用重复发送的方式，电子锁具对每一组数据重复发送5次，智能监控器接收到这组数据后，采用大数译码定律纠错，保证了数据接收的准确性。另外为了节约内存需对接收到的数据采用预处理技术，即每接收到一个数据后，首先将该数据与设定的门限值比较，如果大于门限值，则发出超限报警;如果小于门限值，则将该数据与当日接收到的同类数据比较，保留较大者。这样每天存储的数据为同类数据中的最大值。

2.4 智能化分析

智能化分析与预测技术就是以每次接收到的数据块为依据，与此前同类数据的记录值作比较，分析该操作引起电流变化的大小及趋势，及时发现存在问题，并报告管理人员，从而提高了整个系统的可靠性。

系统软件

智能密码锁软件采用51系列单片机汇编语言对智能监控器和电子锁具分别编程。智能监控器软件包括键盘扫描和LCD显示程序、蜂鸣器驱动程序、时钟修改和读取程序、数据通信与预处理程序、智能化分析程序及线路监测程序等模块。电子锁具软件包括键盘扫描与译码程序、LCD显示程序、通信程序、电磁执行器驱动及检测程序、传感器接口程序等模块。软件设计过程中采用模块化设计方法，便于程序的阅读、调试和改进。

智能密码锁充分利用了51系统单片机软、硬件资源，引入了智能化分析功能，提高了系统的可靠性和安全性。通过在某型号保险柜安装使用，受到用户的欢迎。另外，智能密码锁在软、硬件方面稍加改动，便可构成智能化的分布式监控网络，实现某一范围内的集中式监控管理，在金融、保险、军事重地及其它安全防范领域具有广泛的应用前景。

智能锁常见种类

3.1智能锁的品种分类之遥控锁

当前常见的遥控锁首要有光遥控(遥控器等)和无线电遥控(蓝牙等)两类。

3.2智能锁的品种分类之密码锁

当前首要有键盘式电子暗码锁以及触控键盘密码码锁，前者用处广泛，对比有质感的按钮键位。后者是LED触控屏愈加漂亮。时至今日，在功使用上的开展都令人称道，能够设置多位数字密码、可任意更改、能够参加不规则数字维护密码、密码输错3次可主动锁死一段时间等等。

3.3智能锁的品种分类之感应卡锁

运用各种卡替代钥匙来刷卡开门是当前运用较为遍及的，公司职工、小区门禁、交通方面等用的较多，乃至还能够一卡多用，开门、坐车、花费等等。但运用感应卡锁和遥控式智能锁相同，需求保管好磁卡，丢掉了需求及时撤销卡的授权。

3.4智能锁的品种分类之生物特征防盗锁

因为生物特征技能开展迅速，所以使用人体指纹、双眼、声响等简直不行重复的特征，作为载体来开门。常见的如指纹锁、人脸辨认锁、声控锁等等。长处是"钥匙"自身随身携带，安全性更高，遍及受高端用户的喜爱和追捧。

当然，技能创新日益精进，智能锁的功用品种也是层出不穷，很多产品集上面多种功用于一身，可遥控开启、可密码开启、可刷卡开启、可指纹开启，主动反锁和侵略警报也是必备人性化功用，从安全性上来说愈加可靠。但是，从智能锁自身来说，其性能有时仍存有不稳定性，(电子锁)例如遇到高温、强磁冲击等恶劣的环境，有些智能锁可能会失灵，指纹锁指纹读头使用寿命等等。

随着技术发展，必然会有更多锁具出现，比如新出现的声纹锁、人脸识别锁、虹膜锁等等。