智能无钥匙门锁：Arduino + Android 蓝牙密码控制舵机开锁

项目简介

本项目实现一款**安装在门内侧**的智能门锁，通过 HC-05 蓝牙模块与手机 App 通信，输入密码经 Arduino 校验后驱动 MG996R 舵机转动机械结构开/关锁。锁体完全隐藏门内，外部无破坏入口，安全性大幅提升。配套 Android App 基于 MIT App Inventor 2 无代码开发，提供基础版与进阶版两套源码。

硬件清单

• Arduino UNO ×1
• HC-05 蓝牙模块 ×1
• MG996R 金属齿轮舵机 ×1 — 扭矩大，驱动 3D 打印齿条结构
• 3D 打印锁体组件 — 源自 Thingiverse ridercz 设计，含 LT 轻量版
• 5V/1A 电源适配器 ×1 — 供电稳定
• 跳线、面包板/焊板 若干

软件工具

• Arduino IDE
• MIT App Inventor 2 — 可视化 App 开发，无需编程基础

机械结构组装

1. 从 Thingiverse 下载 STL，建议打印 LT 版（耗材少、强度够用）
2. 按图纸顺序组装齿条、齿轮、舵机固定座、锁舌等部件
3. 四颗螺丝锁紧，确保齿条滑动顺滑无卡顿
4. 舵机安装在锁体底部，输出轴连接齿轮带动齿条直线运动

电路连接

• HC-05：TX→Arduino RX (D0)，RX→Arduino TX (D1) **经分压电阻 2k/3.3k 降至 3.3V**，VCC→5V，GND→GND
• 舵机：信号线→D9，VCC→5V（外接电源适配器），GND 共地
• **注意**：上传代码前需拔掉蓝牙模块 TX/RX，否则占用串口导致上传失败

通信协议设计

App 发送格式：COMMAND=PASSWORD\n

• OPEN=xxxxxx — 开锁指令
• CLOSE=xxxxxx — 关锁指令
• = 作为命令与密码分隔符，密码可含数字/字母/符号，**但不能含 '='**

Arduino 端按 '=' 分割，先校验密码（默认 arduPi，可修改），再判断命令执行开/关锁，并回传 OPEN/CLOSE/WRONG 供 App 显示状态。

Arduino 固件要点

• 使用 SerialEvent() 非阻塞接收串口数据，遇 '\n' 或 '\r' 置标志位
• String.reserve(50) 预分配内存，防止碎片
• 舵机角度：openDoor() → 0°，closeDoor() → 65°（需根据实测微调）
• 密码比较用 password.compareTo(value) == 0

App Inventor 开发步骤（进阶版亮点）

1. **UI 组件**：ListPicker（蓝牙配对）、PasswordTextBox、两个 Button（开/关）、Label（状态显示）、BluetoothClient（不可见）
2. **Blocks 逻辑**：
   • 启动时检测蓝牙开启状态，未开则弹窗引导
   • ListPicker.BeforePicking 设置设备列表，AfterPicking 连接选中设备
   • 按钮点击时拼接 OPEN= 或 CLOSE= + 密码框内容 + 换行符，发送
   • 接收 Arduino 回传文本，更新状态标签：开锁成功/关锁成功/密码错误/连接断开
3. **生成 APK**：Build → App (save .apk to my computer)
4. **进阶版 (BTcontrol.aia)**：含连接状态显示(MAC/名称)、密码错误提示、自动重连、Google Play 上架版本

安装部署

1. Arduino 烧录固件，按原理图接线，上电测试舵机转动、蓝牙通信
2. 将锁体用 4 颗螺丝固定在门内侧合适位置，锁舌对准门框锁孔
3. 蓝牙模块热熔胶固定于锁体预留槽位，Arduino 置于锁体底部
4. 接入 5V 电源适配器，整理走线
5. 手机安装 APK，配对 HC-05（默认密码 1234/0000），连接测试

安全与改进建议

• **密码存储**：当前明文硬编码，建议改用 EEPROM 存储哈希值，App 端支持修改密码
• **防重放攻击**：引入时间戳/随机数机制
• **低压报警**：监测电源电压，App 推送更换电池提醒
• **机械应急**：保留机械钥匙应急开锁结构
• **升级 ESP32**：内置 BLE/WiFi，支持远程开锁、指纹/人脸识别模块扩展

项目资源

• Arduino 完整代码（含注释）
• App Inventor 源文件：door-lock_android_source.aia
• 可直接安装 APK：door-lock_android_app.apk 或 Google Play 下载
• 3D 打印文件：Thingiverse #2350856
• Fritzing 原理图