基于Arduino藍牙電磁鎖設計與制作

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

目錄

1產品功能分析...............................................................................................................1

1.1設計背景及內容................................................................................................1

1.2功能分析............................................................................................................1

2方案設計.......................................................................................................................1

2.1ArduinoUno的選擇方案.................................................................................1

2.2電磁鎖的方案選擇............................................................................................2

2.3藍牙模塊的的選擇............................................................................................2

2.4系統(tǒng)框圖............................................................................................................3

3產品硬件設計.............................................................................................................3

3.1ArduinoUno產品介紹....................................................................................3

3.2ArduinoUno系統(tǒng)原理圖設計.......................................................................5

3.3BT04-E02藍牙模塊電路設計...........................................................................6

3.4繼電器電路設計................................................................................................8

4實驗開發(fā)工具.............................................................................................................9

4.1開發(fā)工具介紹...................................................................................................10

4.2Arduino如何用Proteus仿真......................................................................10

4.3用Proteus仿真ArduinoUno最小系統(tǒng)...........................................................12

5程序設計...................................................................................................................13

6產品使用說明...........................................................................................................15

參考資料.........................................................................................................................16

附錄1元器件清單........................................................................................................16

附錄2電路原理圖........................................................................................................17

附錄3PCB設計圖.........................................................................................................18

附錄4作品實物照........................................................................................................19

附錄5軟件程序代碼...................................................................................................21

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基于Arduino藍牙電磁鎖設計與制作

1產品功能分析

1.1設計背景及內容

在我們日常生活中，門鎖是我們每個家庭都會安裝的東西，能夠很好的保

護家里的東西丟失掉，所以，安裝高性能的門鎖就成為了我們必須研究的一樣

東西，所以本次產品我選擇了這一項目進行研究，希望可以幫助更多的人，保

護好自己家的財務，首先必須搞清楚電磁鎖的結構，需要哪些材料然后配合藍

牙，制作出一套可以有效防盜的鎖。

電磁鎖，想要配合藍牙進行操作，必須要用到通訊裝備，所以我們結合實

際，利用我在物聯網課上學到的知識，采取用ArduinoUno對藍牙跟電磁鎖進行

結合，使其能防止被破譯的情況下，進行操作，做到用手機開門鎖，達到所需

要的目的，完成本次畢業(yè)設計制作的內容！

（1）設計內容：

1）系統(tǒng)方案的選擇；

2）硬件電路的組成及使用方法；

3）硬件、軟件調試。

（2）設計要求及預期成果：

1）藍牙功能：采用藍牙通訊，可以做到手機開鎖，非常方便；

2）應用功能：可以將電磁鎖安裝在自己家門內，可以起到很好的防盜效果；

1.2功能分析

設備的藍牙和手機的藍牙連接，如在手機軟件的串口上連接發(fā)送對應的字

母，輸出h，則電磁鎖會開鎖3秒，延時1秒，手機上會返回Ok的數值則開鎖成

功，3秒后鎖會自動鎖上達到目的！

2方案設計

2.1ArduinoUno的選擇方案

方案一:

1

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ARduinoNano是一種混合信號處理器。它性價比高、使用方便，通常用于各

種儀器儀表的智能管理和過程控制領域，但不符合設計要求且價格昂貴。

方案二:

主板控制器采用ArduinoUnoR3。它是一款具有高性能、低功耗設計的

ArduinoUno主板,具備多位控制器常用于檢測數值設計。它符合設計要求且價格

實惠。

綜上所述，故選擇方案二。

2.2電磁鎖的方案選擇

方案一

可以使用wifi模塊，wifi模塊的好處在于，太覆蓋的范圍很廣，連接操作

起來也很簡單，但太容易被破解，遭到黑客的攻擊防盜效果太差，所以本次我

選擇的是后者。

方案二

使用藍牙模塊，雖然藍牙模塊他的使用范圍很短，但是他具有良好的防盜

性，連接起來也很方便，使用起來很安全，結合實際，我選擇藍牙模塊用于本

次的畢業(yè)設計。

綜上所述，故選擇方案二。

2.3藍牙模塊的的選擇

方案一

采用了BT04-E06無線藍牙模塊,該款移動無線模塊在問世以后它也將能被

用途更廣泛主要更廣泛地被認為它是一項可同時被廣泛被用于各種中的長短程

距離的無線移動的長距離的無線藍牙移動的無線藍牙數據的藍牙傳送等業(yè)務領

域及各種中的短距離的移動無線移動的無線藍牙數據傳輸的移動無線的藍牙無

線傳輸等的無線業(yè)務領域。基本所有的藍牙功能參數你就完全可以的輕松的實

現很方便簡單的很快速的你就完全可以的直接輕松的實現和你PC機里所有的所

有以上的藍牙設備的之間可以直接的進行所有藍牙數據之間的直接相連的交換

也就是你可以的一次性輕松的完成的和你所有的兩個或以上的兩個藍牙模塊設

備之間的之間的對你所有的所有藍牙數據之間直接相連的進行交換,很適合此

次設計的需要。

方案二

相比于BT04藍牙模塊，HC藍牙模塊雖然更好用，性能更好，但它很貴，相

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比起來我們的BT04藍牙模塊就很廉價，性價比很高，故選擇方案一。

2.4系統(tǒng)框圖

本設計由ArduinoUno+藍牙模塊電路+電磁鎖電路+電源電路組成。

圖1系統(tǒng)框圖

3產品硬件設計

3.1ArduinoUno產品介紹

Arduino是由一個另有一個被稱為歐洲的開發(fā)小組團隊于在2005年的第一

個冬季中所進行的開發(fā)。其小組成員列表中還很可能會包括馬西莫班齊、大衛(wèi)

卡泰爾斯、湯姆伊戈、吉安盧卡馬蒂諾、大衛(wèi)梅利斯和尼古拉斯贊貝蒂。據說,

奧杜諾開發(fā)團隊的負責人馬西莫班齊(MassimoBanzi)教授曾經都是意大利和伊

夫雷亞一所高科技設計及培訓的學校里的高級教師。他的手下的許多學生甚至

到了現在也仍經常有少數人還會經常為此問題抱怨為什么連他們自己都能找到

的出用不到的任何一款既便宜又簡單易用而又輕易又好使用的微控制器。2005

年的第一個冬天,馬西莫班齊與大衛(wèi)卡蒂爾共同討論研究過了這個問題。David

和cuartielles是一名編號是西班牙的芯片工程師,當時的他們已是一名來自該

校計算機系的一名高級訪問學者。他們兩個兄妹倆現在已經決定好要一起共同

來負責設計制造出這樣一個能夠由他們自己所能夠開發(fā)設計出編程語言的電路

板,并將最終這個決定也要一起介紹給Banzi的其他每一個學生David和Mellis

一起共同負責去共同來為這個電路板開發(fā)設計制作出這樣一種編程語言。兩天

的時間過去后,David與和Mellis一同重新編寫并完成了代碼。三天多的準備時

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間工作結束了后,電路板的設計稿便可全部印刷完成了。內容簡介這個樣板名意

即為Arduino。幾乎只要他們是所有人,即使你是有他們認為自己可能并不完全

懂的其他任何的一些計算機基礎知識或者是編程,也已經可以或者已經完全可

以通過直接快速地使用這個Arduino板庫來進行學習和設計并且快速制作或者

開發(fā)設計出了任何的一些你覺得看上去本來就可以很炫酷的一些新東西,比如

響應傳感器、燈罩和控制電機現在,Arduino已經僅僅是一個完全免費并且開源

的項目。其提供的所有設計與技術資料皆均可通過免費方式在其的官方網站上

進行永久或免費在線下載及獲取。嚴格地定義上來說,Arduino這是一名詞應該

主要指的就應當主要是硬件、軟件、開發(fā)的團隊、設計的原則和對用戶負責的

互助及創(chuàng)新精神。從這本書和作者個人的另一些實際工作學習或生活經歷情況

比較來看,通常他們所說的使用的Arduino軟件在百分之90%左右的實際開發(fā)情

況條件下應該基本上都是被用來代指Arduino軟件的硬件開發(fā)板,這一點可能更

加明顯。Arduino上的各種硬件開發(fā)板有很多種的型號。它其實也是單指是一種

單片的硅微機集成電路。它的內部構成的硬件電路核心單元主要的是組成一個

微型單片機。開發(fā)板上所集成的各種和許多其他單片機類似結構的可編程硬件

電路單元還有些可以被認為它們是用來專門處理用于處理在微型單片機電路內

部運行的供電過程的驅動與控制電路輸出的入口和輸出接口之間關系的信號或

者轉換輸出信號。官方授權發(fā)售的Arduino使用在了megaavr系列中的幾乎是所

有的芯片,特別重要的一點是其中的包括使用了ATmega8、Atmega168、ATmega328、

ATmega1280等芯片和還有極小一部分芯片使用是ATmega2560,還有值得注意的

一點就是這其中使用的只有一小部分的芯片僅僅是被使用在進行設計了一些與

Arduino完全兼容的處理器。常見的Arduino主板包括ArduinoUNO。

圖2（ArduinoUno開發(fā)板基于ATmega328）

ArduinoLeonard

4

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圖3（ArduinoUno基于ATmega328ArduinoDue

（ArduinoUno基于ATmega328ArduinoD

3.2ArduinoUno系統(tǒng)原理圖設計

ArduinoUno是一款基于ATmega328P芯片架構的嵌入式微控制器主板。

它的同時又可為客戶提供了一個包含有最多可達的最多達的14個數字模

擬數字輸入端口/模擬數字輸出端口的引腳(其中6個可用作PWM輸出),6

個模擬數字輸入,16萬MHz的時鐘頻率的晶振時鐘,USB總線端口之間的連

接,電源插孔,ICSP接頭和復位按鈕。只須你按照電腦自己的需要來進行分

別的操作通過你把上面這兩根的USB數據線分別進行連接來分別的連接到

上下兩臺電腦的平板電腦上后平板電腦上就能來自動的保持正常電腦的正

常供電、程序運行就可以來自動的正常的進行上網和下載的一些軟件使用

和來進行的一些的遠程的數據通訊。

ArduinoUno系統(tǒng)原理圖如下圖4所示：

5

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圖4ArduinoUnoR3系統(tǒng)原理圖

本系統(tǒng)可以選擇單相12V直流電源作為本系統(tǒng)工作總控制電源,為整個系統(tǒng)

工作供電,電路性能簡單、穩(wěn)定。

圖55V電源原理圖

3.3BT04-E02藍牙模塊電路設計

藍牙模塊無線網絡通信。它成本低、體積小、靈敏度高并且支持串行接口。

（1）模塊特點

支持藍牙SPP串口協(xié)議

內置PCB天線

支持UART接口

藍牙Class2

數據傳輸比BLE藍牙更快、可同時達到8K字節(jié)每秒和以上的數據速率

6

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支持與從SPP的主從藍牙模塊之間直接進行連接通信的方式下進行的從藍

牙模塊通信(JDY-30為從SPP藍牙模塊)

支持與電腦SPP藍牙通信

支持Android手機SPP通信

（2）產品應用范圍

POS機

藍牙打印機

藍牙玩具

藍牙高速數據傳輸產品應用

小家電

汽車電子

（3）模塊技術參數

工作電壓：3.3V-6V

工作溫度：-40℃-85℃

天線：PCB板載天線

功耗：19mA

（4）模塊接口說明

RXD是一款串口輸入,電平范圍為TTL電平

TXD是一種串口的輸出,電平范圍為TTL電平

GND接GND

VCC接3.3V-6V

藍牙模塊接口電路圖如下圖6所示：

圖6BT04藍牙模塊電路原理圖

藍牙模塊實物圖如下圖7所示：

7

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圖7藍牙模塊實物圖

3.4繼電器電路設計

繼電器連接電源后，通過程序控制電磁鎖的開關，高電平收縮，低電平伸

出。它的電路原理圖如圖8所示：

圖8繼電器電路原理圖

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4實驗開發(fā)工具

1.ArduinoIDE簡介ArduinoIDE是由一套專門為用于為嵌入式產品Arduino開

發(fā)板設計量身專門打造的定做的嵌入式硬件集成開發(fā)設計環(huán)境。

圖9開發(fā)平臺

2.Proteus

Proteus軟件是國內一套在世界上目前比較有著名口碑的嵌入式單片機EDA

集成調試集成工具系統(tǒng)(仿真軟件)系列之一,從單片機原理圖布圖、代碼設計調

試到嵌入式單片機的內部仿真與單片機系統(tǒng)外圍電路仿真的全面協(xié)同分析和實

時仿真,一鍵從快速菜單切換設計到完整產品的PCB板設計,真正地實現了到完

成了單片機產品的從簡單設計的概念到對完整的產品功能模塊的全方位的完整

仿真設計。是目前國內乃至目前國際甚至目前世界上有的唯一的可以提供將電

路模型分析和仿真建模軟件、PCB設計軟件和虛擬仿真電路模型設計及電路仿真

和分析建模軟件等實現三合一的應用平臺的專業(yè)集成電路設計技術平臺。

圖10仿真平臺

9

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4.1開發(fā)工具介紹

1.ArduinoIDE簡介ArduinoIDE是由一套專門為用于為嵌入式系統(tǒng)Arduino開發(fā)

板而量身特別打造并定做的嵌入式硬件集成開發(fā)環(huán)境。

4.2Arduino如何用Proteus仿真

本作品以ArduinoUnoR3為例，仿真時一般選用ATMEGA328P單片機，仿真

其他板時，選擇對應的單片機即可，大體原理相似。

其實現基本的硬件程序的編寫基本步驟和實現一個基本完整的硬件工作功

能模塊的全部過程都大致或可說大致可分別可以被簡單看做理解為分別是:軟

件模塊可以通過在任何一個基于Arduino接口的IDE自動編程軟件模塊里進行

直接或自動手工編程從而完成硬件程序的編寫,硬件模塊甚至還包括可通過實

現在任一個ProteusISIS軟件模塊里進行直接繪圖或實現通過直接手工來繪制

的電氣原理圖而完成實現建立。程序文件的正確編寫路徑和使用方法運行和安

裝編寫加載完程序文件后,選擇ArduinoIDE編程界面菜單欄上的最靠底下方的

Tools菜單項,再用鼠標右鍵或者鼠標右鍵點擊選擇Board→Arduino

Duemilanovew/ATmega328,也可以就這樣你現在就又可以了直接鼠標點擊選擇

Board→ArDuinoUno,然后你就需要再用右鍵點擊編譯按鈕,生成就出了下一個

HeX文件(二進制機器碼文件)了。有個下載完了的該單片機的Hex的文件,接著

轉到了Proteus的電氣原理圖,雙擊了該電氣原理圖文件中顯示的芯片所要顯

示的出來的是芯片型號為的ATMEGA328P的單片機芯片,出現的如下這樣的這樣

是一個對話框,通過文件目錄進行瀏覽的用這種瀏覽方法首先我們就可以通過

先點擊來先確定查看一下在雙擊該單片機的Hex文件的文件目錄中要顯示出的

是芯片的存儲位置的正確設置的正確位置,并還可來這里進行查看了解一下在

這里面其中還包含了的以及其他的一些單片機芯片的一些正常的工作方式參數

設置及狀態(tài)參數的設定等的各種參數設置的及各種功能的設置等等的一些設置,

最后的用戶也是還可再通過直接的點擊在ProteuSISIS軟件界面中的輕一按或

左鍵擊一下屏幕最下方的播放按鈕,就是可以了已經也是可以操作十分簡單方

便清楚直觀真實的看到使用了Arduino單片機模塊在Proteus仿真模擬軟件環(huán)

境條件下在進行的工作環(huán)境過程中實現出的各種實時的仿真和模擬軟件的運行

狀態(tài)的工作方式過程和模擬效果。

Arduino程序編譯安裝成功了之后,Hex文件也將會隨之被系統(tǒng)自動的刪除,

而此時在一個Proteus仿真的Arduino單片機環(huán)境中,需要自動取出在使用編

譯完了Arduino軟件時自動產生了下來的這個Hex文件,可是,Arduino單片機

的IDE環(huán)境在默認的在使用編譯完安裝了這個Hex文件之后也會隨之被系統(tǒng)自

動的刪除掉了的,所以取不到這個Hex文件,為了方便快速地取出那個Hex文件,

加載到PortEus中的單片機為ATMEGA328P,需要修改的參數列表如下:

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圖11編譯平臺

然后就可以獲得hex文件的地址了。

確定你刪除掉了Hex文件,還有一條就是以下有這三個參數項很有可能你

是要對系統(tǒng)做了重新的參數修訂,一說你是要對系統(tǒng)把"CLKDIV8(Divideclock

by8)"的這個參數項重新的修改為"Unprogrammed"的;二是把"CKSELFuses"的參

數項修改為"(1111)Ext.Crystal8.0-MHz點擊";三是AdvancedProperties的

ClockFrequency參數項設為16Mhz。最后點擊編輯對話框的"確定"的按鈕,然后

就又可以繼續(xù)進行仿真了如圖:(雙擊ATMEGA328P）

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圖12仿真設計

4.3用Proteus仿真ArduinoUno最小系統(tǒng)

1.ATMEGA328P-PU引腳圖

圖13ATMEGA328P-PU引腳圖

此外，還需振蕩電路，將AVCC和AREF接+5v。

用到的元器件有：CRYSTAL、22pF電容、ATMEGA328P、POWER端口、GROUND

端口。

然后按下圖連線：

12

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圖14連線圖

即得到ArduinoUno的最小系統(tǒng)。

我采用將ArduinoUno的最小系統(tǒng)導出區(qū)域，這樣下次用的時候可以直接引進來。

5程序設計

代碼如下：

intledPin=13;

voidsetup(){

pinMode(ledPin,OUTPUT);

}

voidloop(){

for(inti=0;i<3;i++){

digitalWrite(ledPin,HIGH);

delay(300);

digitalWrite(ledPin,LOW);

delay(600);

}

delay(2100);

for(inti=0;i<3;i++){

digitalWrite(ledPin,HIGH);

13

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delay(900);

digitalWrite(ledPin,LOW);

delay(600);

}

delay(2100);

for(inti=0;i<3;i++){

digitalWrite(ledPin,HIGH);

delay(300);

digitalWrite(ledPin,LOW);

delay(600);

}

delay(2100);

}

仿真圖如下：

圖15仿真圖

直接將前面最小系統(tǒng)引入，然后在digitalpin13口加電阻（1k），LED即可。

仿真過程：

編譯完畢后，下方窗口顯示如下：

.hex即為我們要用到的hex文件。直接復制地址，然后粘貼到ProgramFile處，點確定:

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然后點右下角三角開始仿真，仿真結果如下，開始輸出SOS信號：

圖16仿真效果圖

6產品使用說明

（1）使用前檢查產品是否完好安全，準備好相關的材料。

（2）打開產品開關，連接線路，把線連接好后，打開藍牙跟定位系統(tǒng)，然

后進入串口app軟件，進行連接，發(fā)送指令，然后進行開鎖，如果打不開，及時

切斷電源，防止電路被燒壞，然后進行檢查，把問題找到，然后進行修改，修

改完成，重新打開軟件進行調試，當我們發(fā)送串口指令，門鎖會自動打開3秒，

然后關閉，所以我們進門盡量快點，避免門鎖卡主，然后關閉軟件！

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參考資料

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[2]將貴龍.基于藍牙技術的心電動態(tài)監(jiān)護系統(tǒng)研究[EB/OL].20040818[20211206].網站.

[3]韋奮.藍牙無線通訊模塊設計[EB/OL].20080101[20211215].百度.

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20090101[20211215].網站.

[5]李小齊.基于ArduinoUno的研究與開發(fā)[EB/OL].20020205[20211218].qq網站.

[6]王龍.基于藍牙的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計[EB/OL].20090808[20211221].火狐網站.

附錄1元器件清單

（呂浩博）畢業(yè)設計基于Arduino藍牙電磁鎖設

計與制作元器件清單

序號名稱型號規(guī)格數量

1主板