基于Arduino蓝牙电磁锁设计与制作

湖南商务职业技术学院毕业设计

目录

1产品功能分析...............................................................................................................1

1.1设计背景及内容................................................................................................1

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

2方案设计.......................................................................................................................1

2.1ArduinoUno的选择方案.................................................................................1

2.2电磁锁的方案选择............................................................................................2

2.3蓝牙模块的的选择............................................................................................2

2.4系统框图............................................................................................................3

3产品硬件设计.............................................................................................................3

3.1ArduinoUno产品介绍....................................................................................3

3.2ArduinoUno系统原理图设计.......................................................................5

3.3BT04-E02蓝牙模块电路设计...........................................................................6

3.4继电器电路设计................................................................................................8

4实验开发工具.............................................................................................................9

4.1开发工具介绍...................................................................................................10

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

4.3用Proteus仿真ArduinoUno最小系统...........................................................12

5程序设计...................................................................................................................13

6产品使用说明...........................................................................................................15

参考资料.........................................................................................................................16

附录1元器件清单........................................................................................................16

附录2电路原理图........................................................................................................17

附录3PCB设计图.........................................................................................................18

附录4作品实物照........................................................................................................19

附录5软件程序代码...................................................................................................21

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基于Arduino蓝牙电磁锁设计与制作

1产品功能分析

1.1设计背景及内容

在我们日常生活中，门锁是我们每个家庭都会安装的东西，能够很好的保

护家里的东西丢失掉，所以，安装高性能的门锁就成为了我们必须研究的一样

东西，所以本次产品我选择了这一项目进行研究，希望可以帮助更多的人，保

护好自己家的财务，首先必须搞清楚电磁锁的结构，需要哪些材料然后配合蓝

牙，制作出一套可以有效防盗的锁。

电磁锁，想要配合蓝牙进行操作，必须要用到通讯装备，所以我们结合实

际，利用我在物联网课上学到的知识，采取用ArduinoUno对蓝牙跟电磁锁进行

结合，使其能防止被破译的情况下，进行操作，做到用手机开门锁，达到所需

要的目的，完成本次毕业设计制作的内容！

（1）设计内容：

1）系统方案的选择；

2）硬件电路的组成及使用方法；

3）硬件、软件调试。

（2）设计要求及预期成果：

1）蓝牙功能：采用蓝牙通讯，可以做到手机开锁，非常方便；

2）应用功能：可以将电磁锁安装在自己家门内，可以起到很好的防盗效果；

1.2功能分析

设备的蓝牙和手机的蓝牙连接，如在手机软件的串口上连接发送对应的字

母，输出h，则电磁锁会开锁3秒，延时1秒，手机上会返回Ok的数值则开锁成

功，3秒后锁会自动锁上达到目的！

2方案设计

2.1ArduinoUno的选择方案

方案一:

1

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ARduinoNano是一种混合信号处理器。它性价比高、使用方便，通常用于各

种仪器仪表的智能管理和过程控制领域，但不符合设计要求且价格昂贵。

方案二:

主板控制器采用ArduinoUnoR3。它是一款具有高性能、低功耗设计的

ArduinoUno主板,具备多位控制器常用于检测数值设计。它符合设计要求且价格

实惠。

综上所述，故选择方案二。

2.2电磁锁的方案选择

方案一

可以使用wifi模块，wifi模块的好处在于，太覆盖的范围很广，连接操作

起来也很简单，但太容易被破解，遭到黑客的攻击防盗效果太差，所以本次我

选择的是后者。

方案二

使用蓝牙模块，虽然蓝牙模块他的使用范围很短，但是他具有良好的防盗

性，连接起来也很方便，使用起来很安全，结合实际，我选择蓝牙模块用于本

次的毕业设计。

综上所述，故选择方案二。

2.3蓝牙模块的的选择

方案一

采用了BT04-E06无线蓝牙模块,该款移动无线模块在问世以后它也将能被

用途更广泛主要更广泛地被认为它是一项可同时被广泛被用于各种中的长短程

距离的无线移动的长距离的无线蓝牙移动的无线蓝牙数据的蓝牙传送等业务领

域及各种中的短距离的移动无线移动的无线蓝牙数据传输的移动无线的蓝牙无

线传输等的无线业务领域。基本所有的蓝牙功能参数你就完全可以的轻松的实

现很方便简单的很快速的你就完全可以的直接轻松的实现和你PC机里所有的所

有以上的蓝牙设备的之间可以直接的进行所有蓝牙数据之间的直接相连的交换

也就是你可以的一次性轻松的完成的和你所有的两个或以上的两个蓝牙模块设

备之间的之间的对你所有的所有蓝牙数据之间直接相连的进行交换,很适合此

次设计的需要。

方案二

相比于BT04蓝牙模块，HC蓝牙模块虽然更好用，性能更好，但它很贵，相

2

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比起来我们的BT04蓝牙模块就很廉价，性价比很高，故选择方案一。

2.4系统框图

本设计由ArduinoUno+蓝牙模块电路+电磁锁电路+电源电路组成。

图1系统框图

3产品硬件设计

3.1ArduinoUno产品介绍

Arduino是由一个另有一个被称为欧洲的开发小组团队于在2005年的第一

个冬季中所进行的开发。其小组成员列表中还很可能会包括马西莫班齐、大卫

卡泰尔斯、汤姆伊戈、吉安卢卡马蒂诺、大卫梅利斯和尼古拉斯赞贝蒂。据说,

奥杜诺开发团队的负责人马西莫班齐(MassimoBanzi)教授曾经都是意大利和伊

夫雷亚一所高科技设计及培训的学校里的高级教师。他的手下的许多学生甚至

到了现在也仍经常有少数人还会经常为此问题抱怨为什么连他们自己都能找到

的出用不到的任何一款既便宜又简单易用而又轻易又好使用的微控制器。2005

年的第一个冬天,马西莫班齐与大卫卡蒂尔共同讨论研究过了这个问题。David

和cuartielles是一名编号是西班牙的芯片工程师,当时的他们已是一名来自该

校计算机系的一名高级访问学者。他们两个兄妹俩现在已经决定好要一起共同

来负责设计制造出这样一个能够由他们自己所能够开发设计出编程语言的电路

板,并将最终这个决定也要一起介绍给Banzi的其他每一个学生David和Mellis

一起共同负责去共同来为这个电路板开发设计制作出这样一种编程语言。两天

的时间过去后,David与和Mellis一同重新编写并完成了代码。三天多的准备时

3

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间工作结束了后,电路板的设计稿便可全部印刷完成了。内容简介这个样板名意

即为Arduino。几乎只要他们是所有人,即使你是有他们认为自己可能并不完全

懂的其他任何的一些计算机基础知识或者是编程,也已经可以或者已经完全可

以通过直接快速地使用这个Arduino板库来进行学习和设计并且快速制作或者

开发设计出了任何的一些你觉得看上去本来就可以很炫酷的一些新东西,比如

响应传感器、灯罩和控制电机现在,Arduino已经仅仅是一个完全免费并且开源

的项目。其提供的所有设计与技术资料皆均可通过免费方式在其的官方网站上

进行永久或免费在线下载及获取。严格地定义上来说,Arduino这是一名词应该

主要指的就应当主要是硬件、软件、开发的团队、设计的原则和对用户负责的

互助及创新精神。从这本书和作者个人的另一些实际工作学习或生活经历情况

比较来看,通常他们所说的使用的Arduino软件在百分之90%左右的实际开发情

况条件下应该基本上都是被用来代指Arduino软件的硬件开发板,这一点可能更

加明显。Arduino上的各种硬件开发板有很多种的型号。它其实也是单指是一种

单片的硅微机集成电路。它的内部构成的硬件电路核心单元主要的是组成一个

微型单片机。开发板上所集成的各种和许多其他单片机类似结构的可编程硬件

电路单元还有些可以被认为它们是用来专门处理用于处理在微型单片机电路内

部运行的供电过程的驱动与控制电路输出的入口和输出接口之间关系的信号或

者转换输出信号。官方授权发售的Arduino使用在了megaavr系列中的几乎是所

有的芯片,特别重要的一点是其中的包括使用了ATmega8、Atmega168、ATmega328、

ATmega1280等芯片和还有极小一部分芯片使用是ATmega2560,还有值得注意的

一点就是这其中使用的只有一小部分的芯片仅仅是被使用在进行设计了一些与

Arduino完全兼容的处理器。常见的Arduino主板包括ArduinoUNO。

图2（ArduinoUno开发板基于ATmega328）

ArduinoLeonard

4

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图3（ArduinoUno基于ATmega328ArduinoDue

（ArduinoUno基于ATmega328ArduinoD

3.2ArduinoUno系统原理图设计

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

它的同时又可为客户提供了一个包含有最多可达的最多达的14个数字模

拟数字输入端口/模拟数字输出端口的引脚(其中6个可用作PWM输出),6

个模拟数字输入,16万MHz的时钟频率的晶振时钟,USB总线端口之间的连

接,电源插孔,ICSP接头和复位按钮。只须你按照电脑自己的需要来进行分

别的操作通过你把上面这两根的USB数据线分别进行连接来分别的连接到

上下两台电脑的平板电脑上后平板电脑上就能来自动的保持正常电脑的正

常供电、程序运行就可以来自动的正常的进行上网和下载的一些软件使用

和来进行的一些的远程的数据通讯。

ArduinoUno系统原理图如下图4所示：

5

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图4ArduinoUnoR3系统原理图

本系统可以选择单相12V直流电源作为本系统工作总控制电源,为整个系统

工作供电,电路性能简单、稳定。

图55V电源原理图

3.3BT04-E02蓝牙模块电路设计

蓝牙模块无线网络通信。它成本低、体积小、灵敏度高并且支持串行接口。

（1）模块特点

支持蓝牙SPP串口协议

内置PCB天线

支持UART接口

蓝牙Class2

数据传输比BLE蓝牙更快、可同时达到8K字节每秒和以上的数据速率

6

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支持与从SPP的主从蓝牙模块之间直接进行连接通信的方式下进行的从蓝

牙模块通信(JDY-30为从SPP蓝牙模块)

支持与电脑SPP蓝牙通信

支持Android手机SPP通信

（2）产品应用范围

POS机

蓝牙打印机

蓝牙玩具

蓝牙高速数据传输产品应用

小家电

汽车电子

（3）模块技术参数

工作电压：3.3V-6V

工作温度：-40℃-85℃

天线：PCB板载天线

功耗：19mA

（4）模块接口说明

RXD是一款串口输入,电平范围为TTL电平

TXD是一种串口的输出,电平范围为TTL电平

GND接GND

VCC接3.3V-6V

蓝牙模块接口电路图如下图6所示：

图6BT04蓝牙模块电路原理图

蓝牙模块实物图如下图7所示：

7

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图7蓝牙模块实物图

3.4继电器电路设计

继电器连接电源后，通过程序控制电磁锁的开关，高电平收缩，低电平伸

出。它的电路原理图如图8所示：

图8继电器电路原理图

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4实验开发工具

1.ArduinoIDE简介ArduinoIDE是由一套专门为用于为嵌入式产品Arduino开

发板设计量身专门打造的定做的嵌入式硬件集成开发设计环境。

图9开发平台

2.Proteus

Proteus软件是国内一套在世界上目前比较有著名口碑的嵌入式单片机EDA

集成调试集成工具系统(仿真软件)系列之一,从单片机原理图布图、代码设计调

试到嵌入式单片机的内部仿真与单片机系统外围电路仿真的全面协同分析和实

时仿真,一键从快速菜单切换设计到完整产品的PCB板设计,真正地实现了到完

成了单片机产品的从简单设计的概念到对完整的产品功能模块的全方位的完整

仿真设计。是目前国内乃至目前国际甚至目前世界上有的唯一的可以提供将电

路模型分析和仿真建模软件、PCB设计软件和虚拟仿真电路模型设计及电路仿真

和分析建模软件等实现三合一的应用平台的专业集成电路设计技术平台。

图10仿真平台

9

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4.1开发工具介绍

1.ArduinoIDE简介ArduinoIDE是由一套专门为用于为嵌入式系统Arduino开发

板而量身特别打造并定做的嵌入式硬件集成开发环境。

4.2Arduino如何用Proteus仿真

本作品以ArduinoUnoR3为例，仿真时一般选用ATMEGA328P单片机，仿真

其他板时，选择对应的单片机即可，大体原理相似。

其实现基本的硬件程序的编写基本步骤和实现一个基本完整的硬件工作功

能模块的全部过程都大致或可说大致可分别可以被简单看做理解为分别是:软

件模块可以通过在任何一个基于Arduino接口的IDE自动编程软件模块里进行

直接或自动手工编程从而完成硬件程序的编写,硬件模块甚至还包括可通过实

现在任一个ProteusISIS软件模块里进行直接绘图或实现通过直接手工来绘制

的电气原理图而完成实现建立。程序文件的正确编写路径和使用方法运行和安

装编写加载完程序文件后,选择ArduinoIDE编程界面菜单栏上的最靠底下方的

Tools菜单项,再用鼠标右键或者鼠标右键点击选择Board→Arduino

Duemilanovew/ATmega328,也可以就这样你现在就又可以了直接鼠标点击选择

Board→ArDuinoUno,然后你就需要再用右键点击编译按钮,生成就出了下一个

HeX文件(二进制机器码文件)了。有个下载完了的该单片机的Hex的文件,接着

转到了Proteus的电气原理图,双击了该电气原理图文件中显示的芯片所要显

示的出来的是芯片型号为的ATMEGA328P的单片机芯片,出现的如下这样的这样

是一个对话框,通过文件目录进行浏览的用这种浏览方法首先我们就可以通过

先点击来先确定查看一下在双击该单片机的Hex文件的文件目录中要显示出的

是芯片的存储位置的正确设置的正确位置,并还可来这里进行查看了解一下在

这里面其中还包含了的以及其他的一些单片机芯片的一些正常的工作方式参数

设置及状态参数的设定等的各种参数设置的及各种功能的设置等等的一些设置,

最后的用户也是还可再通过直接的点击在ProteuSISIS软件界面中的轻一按或

左键击一下屏幕最下方的播放按钮,就是可以了已经也是可以操作十分简单方

便清楚直观真实的看到使用了Arduino单片机模块在Proteus仿真模拟软件环

境条件下在进行的工作环境过程中实现出的各种实时的仿真和模拟软件的运行

状态的工作方式过程和模拟效果。

Arduino程序编译安装成功了之后,Hex文件也将会随之被系统自动的删除,

而此时在一个Proteus仿真的Arduino单片机环境中,需要自动取出在使用编

译完了Arduino软件时自动产生了下来的这个Hex文件,可是,Arduino单片机

的IDE环境在默认的在使用编译完安装了这个Hex文件之后也会随之被系统自

动的删除掉了的,所以取不到这个Hex文件,为了方便快速地取出那个Hex文件,

加载到PortEus中的单片机为ATMEGA328P,需要修改的参数列表如下:

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图11编译平台

然后就可以获得hex文件的地址了。

确定你删除掉了Hex文件,还有一条就是以下有这三个参数项很有可能你

是要对系统做了重新的参数修订,一说你是要对系统把"CLKDIV8(Divideclock

by8)"的这个参数项重新的修改为"Unprogrammed"的;二是把"CKSELFuses"的参

数项修改为"(1111)Ext.Crystal8.0-MHz点击";三是AdvancedProperties的

ClockFrequency参数项设为16Mhz。最后点击编辑对话框的"确定"的按钮,然后

就又可以继续进行仿真了如图:(双击ATMEGA328P）

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图12仿真设计

4.3用Proteus仿真ArduinoUno最小系统

1.ATMEGA328P-PU引脚图

图13ATMEGA328P-PU引脚图

此外，还需振荡电路，将AVCC和AREF接+5v。

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

端口。

然后按下图连线：

12

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图14连线图

即得到ArduinoUno的最小系统。

我采用将ArduinoUno的最小系统导出区域，这样下次用的时候可以直接引进来。

5程序设计

代码如下：

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);

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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);

}

仿真图如下：

图15仿真图

直接将前面最小系统引入，然后在digitalpin13口加电阻（1k），LED即可。

仿真过程：

编译完毕后，下方窗口显示如下：

.hex即为我们要用到的hex文件。直接复制地址，然后粘贴到ProgramFile处，点确定:

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然后点右下角三角开始仿真，仿真结果如下，开始输出SOS信号：

图16仿真效果图

6产品使用说明

（1）使用前检查产品是否完好安全，准备好相关的材料。

（2）打开产品开关，连接线路，把线连接好后，打开蓝牙跟定位系统，然

后进入串口app软件，进行连接，发送指令，然后进行开锁，如果打不开，及时

切断电源，防止电路被烧坏，然后进行检查，把问题找到，然后进行修改，修

改完成，重新打开软件进行调试，当我们发送串口指令，门锁会自动打开3秒，

然后关闭，所以我们进门尽量快点，避免门锁卡主，然后关闭软件！

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参考资料

[1]盛颖.基于蓝牙技术的智能传感器的研究[EB/OL].20070301[20211215].网站

[2]将贵龙.基于蓝牙技术的心电动态监护系统研究[EB/OL].20040818[20211206].网站.

[3]韦奋.蓝牙无线通讯模块设计[EB/OL].20080101[20211215].百度.

[4]付蔚，童世华，唐明，王蓉.基于蓝牙芯片的无线通信模块设计与开发[EB/OL].

20090101[20211215].网站.

[5]李小齐.基于ArduinoUno的研究与开发[EB/OL].20020205[20211218].qq网站.

[6]王龙.基于蓝牙的环境监测系统设计[EB/OL].20090808[20211221].火狐网站.

附录1元器件清单

（吕浩博）毕业设计基于Arduino蓝牙电磁锁设

计与制作元器件清单

序号名称型号规格数量

1主板