论文总字数：37684字

摘 要

伴随着科技的发展，美国房产中介市场开始增添遥控锁（如GE 红外密码锁），能够解决传统钥匙的问题，但是房产经纪人间需要进行红外钥匙的传递，耗时耗力。一段时间之前，GE公司研发了升级产品蓝牙密码锁，但是对于不会APP的老年房产经纪人需要单独配备一个专用遥控器(密码终端)，成本高也不方便。为了改进这个问题，本文提出了使用脱机联网双模式密码锁的解决方案。

脱机联网双模式密码锁的核心实现是利用单片机外接键盘模块和蓝牙模块接收外界信息，并控制电机运作实现开锁与堵转。由于蓝牙模块普遍耗电量较大，本文在方案探讨之后从STM32 CC2541与CC2640之中最终选择了后者。由于CC2640是TI的最新技术，CC2640不仅有自己的RTOS（实时操作系统），还配有自己的协议栈，功能强大但较为复杂，在编写嵌入式工程文件时难点较多，反而CC2640集成度较高的模块化设计，使得绘制电路原理图与制版的过程中较为顺利。信息安全方面本文采用了以手持终端的系统时间为种子所生成的动态密码，与传统的密码盘固定密码的双重结合方案，这使得密码锁的性能方面较为可靠。

关键词：CC2640，锁具，I2C，BLE，蓝牙，堵转

THE DESIGN AND IMPLEMENTATION

OF HARDWARE AND SOFTWARE FOR OFF LINE PASSWORD LOCK

Abstract

Along with the development of science and technology, the US. property intermediary market began to add remote control lock (such as GE infrared password lock), to solve the problem of traditional keys, but estate brokerage man needs to transfer infrared key from one to another, which is time-consuming consumption. A period of time, GE company developed the upgrade product Bluetooth password lock, but for the elders who will not use the APP need to be equipped with a special remote controller (password terminal), the cost of which is neither cheap nor convenient. In order to improve this problem, this paper presents the offline networking dual mode lock solution.

The core implementation of the off-line networking dual mode cipher lock is to receive outside information by using the external keyboard module and the Bluetooth module, and to control the operation of the motor to realize the unlocking and blocking. Due to the large power consumption of Bluetooth module,this paper finally chose the latter solution from the STM32 CC2541 and CC2640 after the program was discussed. Due to the latest technology of Ti, CC2640 not only have own RTOS (real-time operating system), with its own stack of protocols, powerful but more complex, in embedded in the project file to be written in the more difficulties,but modular design of CC2640 a high degree of integration,the drawing of the circuit principle diagram and plate making process more smoothly. Information security in this paper using the dynamic password to hand-held terminal system time for seed generated, and the traditional password password of the fixed disk combination scheme, which makes the password lock performance more reliable.

KEYWORDS: CC2640，lock，I2C，BLE，Bluetooth，block

目录

脱机密码锁软硬件的设计与实现 I

摘 要 I

Abstract 1

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 国内外房地产密码锁研究现状 1

1.2.1机械式密码锁 1

1.2.2键盘式电子密码锁 2

1.2.2随机键盘式密码锁 2

1.2.2其他密码锁 2

1.3 BLE低功耗蓝牙技术 4

1.3.1基于TI新一代蓝牙技术CC2640的设计方案 4

1.3.2 BLE的优势 4

1.3.3 BLE在国内外的应用 4

1.4论文主要内容与结构设计目标及方案论证 4

1.4.1脱机密码锁系统设计目标 4

1.4.2方案论证 4

第2章 总体设计 7

2.1 功能需求分析 7

2.2 系统整体结构设计 8

2.2.1锁具部分硬件总体设计 8

2.2.2软件总体设计 9

2.3 模块选型 11

2.3.1主控/蓝牙CC2640 11

2.3.2 MPR121键盘模块 12

2.3.3 90字头电机 13

2.4 本章小结 13

第3章 硬件系统设计 14

3.1 硬件系统设计原则 14

3.2 硬件电路设计 17

3.2.1 CC2640外围电路设计 17

3.2.2 MPR121通信设计 21

3.3 本章小结 21

第4章 软件系统设计 22

4.1 软件系统设计原则 22

4.2 软件方案设计 23

4.2.1 CC2640 RTOS与协议栈 23

4.2.2软件总体设计流程图 26

4.3 初始化与键盘模块软件设计 28

4.3.1资源初始化 30

4.3.2蓝牙通信初始化 32

4.4 通信模块软件设计 32

4.4.1 GAP 32

4.4.2 GATT 32

4.5 本章小结 35

第5章 Android APP设计开发 36

5.1 Android BLE APP主体设计 36

5.1.1 BLE 开发配置流程 37

5.1.2密码序列传输功能 37

5.2 本章小结 40

第6章 调试与运行 41

6.1 测试主体 41

6.2 键盘开锁测试 41

6.3 蓝牙通信测试 42

6.4 本章小结 42

第7章 总结与展望 43

参考文献 44

致谢 46

绪论

引言

锁具名曰“必须用钥匙方能开脱的封缄器”，一般来说私人物品的门禁一定会有它，它也是日常生活与社会活动必不可少的商品^[2]。现代生活中，锁具除用传统的钥匙开锁外，还可以用光、磁、声以及指纹等方式开启。锁具已不单单是防护用品，还具有了“管理”和“装饰”的功效。在国际交往中也存在一种礼仪，用赠送象征性的“钥匙”作为友好的表达。目前门锁的主要用锁为弹子锁，这造成了一种现象就是钥匙很容易丢失；而保险箱主要使用机械密码锁，虽然构造复杂不易破解，但对制造精度有严苛的要求，成本高昂，且容易故障。

由于房地产业经营方面的需要，本课题任务是脱机联网双模式密码锁软硬件的设计与实现。房产经纪人通过日常生活中随身携带的手机设备去开启密码锁锁，对于不会APP的老年房产经纪人无需密码器，用锁上的按键即可开锁，而且由于锁设计成脱机工作机制，对于没有网络的房产也可以进行开锁看房。这种新式密码锁简单耐用，成本不高，适合量产，值得推广，尤其在房地产售前等方面的应用中具有良好的预期，值得普及开来。

国内外房地产密码锁研究现状

据调查，电子密码锁的研究始于20世纪30年代，如军方等一些相关部门，早已普及开来。这种锁通常是通过键入准确的一组暗码，来打开门禁。最初是为了克服机械锁较差的安全性，人们才着手开发这种新型锁。电子锁不需要钥匙，并且由于预期密码量较大，安全性能也有保障。其只需简单地记忆或记下密码，并不需要其他开锁物品即可开锁，免除了大家平时携带金属钥匙的麻烦，其特性正被越来越多的利益相关方所欣赏。电子密码锁的种类不少，市面上也因各有优势而互有份额，但较为合用也被普及使用的还是按键式密码锁。

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