首页 >
论文范文 >
自然科学论文 >
物理学论文 >
电磁学论文 >
探讨手机遥控电磁锁设计中ARM9和WIFI的应用
摘要：鉴于传统的机械钥匙占用空间较大、随身携带易丢失的问题，设计一种基于ARM9和WIFI的手机遥控电磁锁十分必要。该系统主要由控制硬件和手机遥控APP两部分构成。手机遥控APP部分由AndroidStudio设计完成；控制硬件部分是用ARM9作为主控芯片，使用ESP8266WIFI模块来建立热点来传输控制指令，使用继电器模块来控制电磁锁的打开与关闭。经测试表明，该系统很好地完成了手机APP通过WIFI对电磁锁的控制。
加入收藏
随着指纹锁和密码锁等新产品的出现，传统机械锁已经开始逐渐被指纹锁和密码锁替代。目前，中国智能手机用户数量将达到13亿人次[1]。为了提高用户的安全性和方便性，可以通过手机APP来控制门锁的开启和关闭。在此背景下进行了基于ARM9和WIFI的遥控电磁锁设计。该系统的手机控制端APP采用AndroidStudio开发软件来设计。该设计的控制核心采用ARM9，并使用ESP8266WIFI模块进行数据传输，从而实现手机与ARM的数据传输以此来控制电磁锁的开关[2,3]。
1、遥控电磁锁系统基本原理
电磁锁和电磁铁一样[12]，是利用电生磁的原理[4]，当电流通过硅钢片时[11]，电磁锁会产生强大的吸力紧紧地吸住吸附铁板达到锁门的效果[5]，只要小小的电流电磁锁就会产生很大的磁力[14,16]。
本设计使用的ARM9对电磁锁进行控制。在控制板上电后，ESP8266WIFI模块会建立WIFI热点，通过Android手机上的遥控APP打开手机的WIFI功能后，搜索并连接ESP8266WIFI模块所建立的热点。ESP8266WIFI模块通过串口传输将接收到的手机端发出的控制指令发送到ARM9中，之后ARM9会通过已经写好的判断程序进行判断，执行对应的开锁程序或者关锁程序，以此来控制电磁锁的开启与关闭。
图1系统结构框图
2、ARM9控制端板设计
2.1ARM与WIFI模块的配置
控制板的ARM芯片是采用三星公司的基于ARM920T为内核的s3c2440芯片[6]。ARM与WIFI模块按照下述方式配置[7]。
1)WIFI模块会传递一个带有“+IPD”标识的数据，ARM接收到从WIFI模块TXD引脚发送的数据后，会判断此数据是否带有“+IPD”。若有“+IPD”标识，则为有效数据，进行后续操作，若无，则对其不做出反应。
2）关闭WIFI模块的电源后，其许多设置的参数都会被还原，如其中的“AT+CIPMUX=1”和“AT+CIPSERVER=1,5000”，而这些参数是WIFI模块正常工作所不可取少的。所以为了系统正常运行，ARM主控模块会在上电的时候会发送设置好的AT指令给WIFI模块的RXD引脚，使WIFI模块可以正常工作。
3)ARM主控模块在收到手机APP所发出的指令后，会进行相关的操作，如控制外围继电器的吸合或者释放，从而实现控制电子锁的开启或关闭。
WIFI模块和ARM9之间的连接图如图2所示。其中ARM的GPH3/RXD为接收数据的引脚，与WIFI模块的发送数据引脚TXD相连接，实现对手机遥控端发送的控制指令的获取，ARM会对WIFI模块所传来的数据与之前在ARM中写好的程序进行判断。如若输入的密码与之前的程序中设置的密码匹配，则进行下一步的操作，若密码不匹配则对其不做出反应。收到开锁信号时，ARM会通过GPA12引脚控制继电器的触点来控制与之相连的电磁锁。若密码错误次数超过ARM中的指定次数，则蜂鸣器会进行报警。
图2ARM与WIFI模块连接图
2.2继电器模块设计
继电器模块和ARM之间的连接如图3所示[8]。本设计所用的继电器模块触发电流为5mA，采用光耦隔离[9]。继电器模块设置为高电平触发[15]。电磁锁的安全类型为通电缩回，断电弹出。电磁锁接到继电器模块的COM端和NO端。当手机遥控端发出控制继电器的指令被WIFI模块接收到后，WIFI模块将这一指令通过串口传输给ARM,ARM的GPA12引脚输出高电平控制信号给继电器模块，继电器模块的NO端闭合，电磁锁通电缩回，开锁成功。当继电器模块的IN端为低电平时，NO端断开，电磁锁断电弹出，上锁成功。
图3ARM与继电器模块连接图
2.3WIFI模块收发数据设计
ESP8266WIFI模块使用的是3.3V的直流电源，占用空间小，以及功耗和成本较低。利用ESP8266的软路由模式，完成服务器在ARM9上建立，实现Android手机上的APP终端能和ARM9进行数据交换。软路由模式下，ESP8266可以建立一个WIFI热点，然后由使用者可自行对热点的名称、密码、端口号以及IP地址进行设定。
ARM程序中将已经设置好的ESP8266的相关WIFI参数和AT指令程序通过ARM的GPH2/TXD引脚发送给ESP8266模块的RXD接收引脚，在WIFI模块获取了手机控制端的数据后可以通过它的TXD发送引脚发送到ARM的GPH3/RXD接收引脚，在手机连接WIFI后，ARM就可以与手机进行相互的数据传输。
3、手机WIFI遥控端设计
手机遥控APP运行界面图如图4所示，用户在对应的可编辑文本框中输入对应的IP地址以及对应的端口号，点击“连接”之后，如若连接成功则手机APP上带的“连接”变为“断开”；如若没有发生变化则表示未与WIFI连接成功[10]。连接成功后再输入个人密码点击“开锁”，ARM会与收到密码与之前设定好的密码进行匹配，如若匹配成功则开锁；匹配失败则不做出反应。若匹配不成功次数到达4次，则ARM发送数据会让蜂鸣器报警5秒。点击“修改密码”后，便可进行密码修改，该控件具有修改密码的功能。
图4手机APP界面图
本文具体的手机遥控端工作流程图如图5所示。
图5手机遥控端工作流程图
4、系统检验
为了检验系统的可行性，在硬件电路完成后，在手机APP连接上创建好的WIFI热点，并输入正确的IP地址、端口号以及密码。点击“开锁”，手机APP能够正确的将电磁锁打开。解锁成功后，“解锁”将变为“关锁”。在连续四次密码错误后蜂鸣器会进行报警并响铃5秒。该设计的WIFI有效距离约为8米左右。在测试中发现以下几点：APP程序在各种主流品牌的Android手机上都可以稳定运行。该设计可以支持多部手机同时接入，但不支持多部手机同时进行开锁。多人同时点击“开锁”将无法解锁成功。解锁成功如图6所示，密码修改成功如图7所示。
图6解锁成功图
图7密码修改成功图
5、结束语
针对传统钥匙携带不方便、易丢失、安全性能低的问题，文中提出了一种基于ARM、WIFI和手机APP的遥控锁。本文提出的系统具有一定的稳定性、实用性、功耗小、可靠性高、有一定商业价值的特点，为实现通过WIFI控制电磁锁的开关提供了一个有效的解决方案。如若需要进一步加强安全性可在手机和WIFI模块传输之间进行加密传输。
参考文献：
[1]何家敏.我国智能手机市场现状及发展趋势[J].赤子,2017(18):160.
[2]张怀凯.基于LAMP的嵌入式视频点播系统设计与实现[D].西安:长安大学,2017.
[3]谭伟平.物资仓库嵌入式远程监控系统研究[D].武汉:武汉理工大学,2010.
[4]石蕊,郑庭海,郑隆举.高校公共学习场所智能手机存放柜的设计与实现[J].自动化与仪器仪表,2016(4):241-242.
[5]许长志,孙丽艳,靳聪.6kV封闭式干式变压器箱门实现联锁功能的研讨[J].煤矿安全,2011,42(5):157-160.
[6]叶刚.基于WINCE的短距离无线通讯系统的设计[D].武汉:华中科技大学,2007.
[7]童锐.基于S3C2440的远程视频监控系统及烟雾探测系统的设计[D].成都:成都理工大学,2012.
[8]张凤岭.基于ARM和Zigbee的小区智能家居系统[D].天津:天津理工大学,2015.
[9]徐少承.嵌入式植物工厂智能监控系统的设计与开发[D].广州:华南理工大学,2017.
[10]李蓓.基于.NET的超声波定位系统的开发[J].网络与信息,2009,23(5):50-52.
[11]王亮.基于微信平台的高校实训室智能门禁系统的设计与实现[J].数字技术与应用,2018,36(4):133-135.
[12]张雅,胡建军,王青.出入口控制系统--电控锁具的应用与研究[J].智能建筑电气技术,2014,8(3):100-104.
[13]张立志.一种汽车后驱动模块的装配控制系统[J].江苏科技信息,2018,35(20):44-48,52.
[14]谢伟.电厂门禁考勤系统的研究与设计[D].沈阳:东北大学,2012.
[15]刘岩.AXIe接口技术研究及实现[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2014.
[16]申书军.某高职院校实验室管理系统设计与实现[D].济南:山东大学,2013.
秦吕,王腾飞,胡星星.基于ARM9和WIFI的手机遥控电磁锁设计[J].电子设计工程,2020,28(12):153-156.
分享：
太赫兹技术在未来的通信中具有广阔的应用前景， 太赫兹波束的柔性操纵， 特别是波束形成和波束控制, 已经成为研究热点。 超表面是由具有亚波长尺度的二维单元阵列组成的平面人工超材料, 通过对设计单元的几何参数引入不连续的传输相位调控， 可以在操纵电磁波的振幅、 相位和偏振状态等方面表现出极大的灵活性。
2024-07-10
瞬变电磁法（TEM）利用电磁感应原理，是勘查工程中常用的一种探测方法，具有反应速度快、针对性强、探测范围广等优点。该方法起源于国外，典型设备代表方有加拿大凤凰公司、美国ZONGE公司和德国Metronix公司。凤凰V8采用直流电压并联加大电流，串联提高电压的方式；
2023-11-02
高分辨核磁共振（nuclearmagneticresonance,NMR）定域谱是一种重要的分析工具，它能提供精细的分子尺度信息，如化学位移、J耦合等，广泛应用于化学、生物、医学等领域，但是磁场的不均匀性会导致谱线增宽、信号重叠，而混叠的NMR谱图会影响数据分析．因此如何在不均匀磁场下获取高分辨谱是一个非常重要的研究课题．已有多种技术被应用于在不均匀磁场下获得高分辨NMR谱。
2020-12-11
在很多电磁装置中,需要计算媒质所受的磁场力和磁力矩,进而分析受力体的形变或运动.求解磁力[矩]的常用方法有:1)安培力定律——根据媒质的电流和磁场分布计算磁力[矩],对于较复杂的系统用该方法求解困难;2)虚位移法[1,2]——通过磁场能量公式和媒质的假想位移计算总磁力[矩],可用于较复杂的系统,但当系统中含有非线性磁介质时,磁场能难以计算。
2020-12-08
随着微波器件的飞速发展，大功率微波功率器件逐渐从硅双极管、砷化镓(GaAs)场效应晶体管向能够输出更高功率的氮化镓(GaN)芯片技术过度，氮化镓有源组件以其高功率、高效率、高可靠性等优点，近年来在国内外的雷达系统中广泛应用。同时为了实现有源相控阵雷达天线阵面小型化、轻量化和高可靠性的目标，氮化镓芯片集成度越来越高，芯片尺寸越来越小的同时，热耗和热流密度急剧增大。
2020-12-05
甚低频(VLF,VeryLowFrequency)波主要是指频率在3～30kHz的电磁波,这类波的波长范围为100～10km.甚低频波主要来源于两个方面:(1)自然界中一些自然现象辐射出的甚低频波,比如闪电放电(Parrotetal.,2008)、地磁暴和亚暴(Zhimaetal.,2014;Goldenetal.,2009)等;(2)人工发射台站发射的电磁波.
2020-12-04
吸收球装置是第四代核电高温气冷堆的故障保护单元，正常运行时落球阀关闭;关键部件失效时或人工停堆时落球阀打开，让贮球罐内吸收球下落到反应堆堆心，吸收反应产生的中子从而实现冷停堆。这要求驱动部件在正常工作时输出保持力矩，维持落球阀关闭;在掉电或故障时可使落球阀打开。
2020-11-25
永磁同步电机调速方便，效率高，体积小，适用于高速运转，因此永磁同步电机在高速领域应用比较广泛。然而，高速永磁电机在运行过程中和常规电机相比主要有以下特点[1]:高速电机的定子铁损将远大于常规电机的定子铁损，造成电机总损耗增加，效率降低;过高的损耗也使电机发热严重，影响永磁体的性能。
2020-11-25
随着传统型能源消耗急剧增加和环境污染问题的愈演愈烈，风能作为清洁无污染可再生能源，已不再是可有可无补充型能源，而在能源结构中扮演着重要角色[1]。永磁同步发电机与其他类型的风力发电机相比，因其无励磁绕组，从而具有效率高、温升低、噪声小、质量轻、结构简单、维护容易等优点。
2020-11-25
开关磁阻电机(以下简称SRM)具有较宽的调速范围，电机可长时间低速运行。不同的运行工况与控制策略条件下，由于SRM电流波形的变化与磁路的非线性，相绕组电流波形与铁心内的磁密波形会有很大不同，电机的损耗也会有很大的不同。SRM的运行工况与控制策略是影响电机损耗的重要因素。因此，有必要探索一种充分考虑电机运行工况与控制策略的损耗计算方法。
2020-11-25
人气：4505
人气：3466
人气：3267
人气：1262
人气：934
我要评论
期刊名称：物理实验
期刊人气：1883
主管单位：中华人民共和国教育部
主办单位：东北师范大学
出版地方：吉林
专业分类：科学
国际刊号：1005-4642
国内刊号：22-1144/O4
邮发代号：12-44
创刊时间：1980年
发行周期：月刊
期刊开本：大16开
见刊时间：7-9个月
影响因子：0.735
影响因子：0.645
影响因子：1.369
影响因子：0.874
影响因子：0.385
科普杂志阅读、期刊信息查询、论文下载、文献查询、原创文章检测等多项服务。
服务热线
您的论文已提交，我们会尽快联系您，请耐心等待！
你的密码已发送到您的邮箱，请查看！
2020-06-16
436
上传者：管理员
