單片機(jī)與串行通信的電子密碼鎖設(shè)計(jì)

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)科技的發(fā)展，研究基于單片機(jī)與串行通信的電子密碼鎖設(shè)計(jì)有了更加重要的意義。筆者通過(guò)分析傳統(tǒng)電子密碼鎖和基于單片機(jī)與串行通信的電子密碼鎖的基本功能，探討基于單片機(jī)與串行通信的電子密碼鎖的設(shè)計(jì)方案。分析研究電子密碼鎖的系統(tǒng)研發(fā)，為電子密碼鎖的研究設(shè)計(jì)提供參考資料。

關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)電子密碼鎖；單片機(jī)；串行通信；電子密碼鎖；設(shè)計(jì)方案；系統(tǒng)研發(fā)

本文是2012年院級(jí)教改課題《基于Proteus的“單片機(jī)原理”虛擬數(shù)學(xué)平臺(tái)的研究與應(yīng)用》（JY1208）的階段性成果之一。

系統(tǒng)研發(fā)和機(jī)械密碼鎖相比，電子密碼鎖具備較高可靠性的優(yōu)勢(shì)，也便于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化的控制和智能化的管理，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的過(guò)程較為簡(jiǎn)單，密碼的設(shè)定靈活多變，其制造的成本費(fèi)用較低。電子密碼的市場(chǎng)價(jià)值在不斷提高。本文針對(duì)基于單片機(jī)與串行通信的電子密碼鎖設(shè)計(jì)進(jìn)行分析研究，為電子密碼系統(tǒng)的研發(fā)提供科學(xué)的依據(jù)，從而便于單型機(jī)或聯(lián)網(wǎng)的使用。

1 傳統(tǒng)電子密碼鎖和基于單片機(jī)的基本功能

傳統(tǒng)電子密碼鎖和基于單片機(jī)的設(shè)計(jì)原理：一定的密碼位數(shù)和取值范圍，密碼的位數(shù)直接影響了鎖體的健壯情況；用戶自行設(shè)置和更改密碼；按鍵過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)相關(guān)提示信息，當(dāng)用戶輸入的密碼錯(cuò)誤時(shí)，用戶需要另行處理；開鎖密碼輸入錯(cuò)誤的次數(shù)不能超過(guò)規(guī)定的限制范圍，一旦超出則會(huì)出現(xiàn)警示信號(hào)；輸入準(zhǔn)確的開鎖密碼之后才能開鎖；硬件成本費(fèi)用偏低，軟件可靠性高，便于批量化生產(chǎn)。

2 基于單片機(jī)與串行通信的電子密碼鎖的基本功能

基于單片機(jī)與串行通信的電子密碼鎖設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原理：功能的多樣性；計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，使得智能型電子鎖的功能不斷地拓寬；和智能型現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備或中央監(jiān)控設(shè)備相連接；模塊的高度集成，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、可靠性更高，操作過(guò)程簡(jiǎn)單；人機(jī)界面的智能化、自動(dòng)化和友善化；能夠智能判斷系統(tǒng)，提高了信號(hào)的提取技術(shù)?；趩纹瑱C(jī)與串行通信的電子密碼鎖設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)電子密碼鎖的基本功能，并引用了嵌入型技術(shù)；在設(shè)計(jì)方面減少了電子密碼鎖周邊的元器件，使得電子鎖硬件更加簡(jiǎn)單?；趩纹瑱C(jī)與串行通信的電子密碼鎖設(shè)計(jì)，使得電子密碼鎖不斷朝著網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展，密碼鎖具備了較強(qiáng)的可拓展性能。此外，利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)的電子密碼，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)性管理。同時(shí)基于單片機(jī)與串行通信的電子密碼鎖還具備報(bào)警處理等延伸型功能。

3 基于單片機(jī)與串行通信的電子密碼鎖設(shè)計(jì)方案的研究

3.1 電子密碼鎖設(shè)計(jì)方案和軟硬件開發(fā)平臺(tái)

電子密碼鎖設(shè)計(jì)方案利用兩級(jí)控制、主從形式結(jié)構(gòu)、總線型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。鍵盤利用4*3的矩陣形式進(jìn)行排列，主控芯片利用ATM EL89C52，鍵盤的掃描電路以行的形式進(jìn)行掃描，按鍵利用機(jī)械形式的電子開關(guān)結(jié)構(gòu)，所有的按鍵具有相應(yīng)的基本功能，可以分為數(shù)字型按鍵和功能型按鍵。單片機(jī)進(jìn)行密碼的輸入與上傳工作，PC機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析整理，設(shè)立完整的數(shù)據(jù)庫(kù)，并形成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。利用串行通信，使得電子密碼鎖的傳輸距離不斷加長(zhǎng)、連接方式更加簡(jiǎn)單、操作更為靈活、數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)目煽啃阅懿粩嗵岣?。軟件利?1系列的C編譯器；硬件利用89系列的C52單片機(jī)。單片機(jī)的開發(fā)平臺(tái)由嵌入型系統(tǒng)C編譯器和仿真器組合而成。

3.2 通信協(xié)議

總線通信的接口電路利用的是靈活性較強(qiáng)的串行通信方法，肩負(fù)著管理和傳輸數(shù)據(jù)、編碼、主控微機(jī)和電子密碼鎖控制部件之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙ぷ魅蝿?wù)。總線控制部件利用的是ATMEL89C52單片機(jī)，在互鎖停止通信的基礎(chǔ)上，利用主動(dòng)型申請(qǐng)方法傳輸密碼和發(fā)布命令。

3.3 人機(jī)式交互界面

把鍵盤以4行、3列的矩陣形式排列開來(lái)，利用4條I/O線作為行線，3條I/O線為列線，在所有交叉處設(shè)置按鍵。將行線逐行設(shè)置成低電平，檢測(cè)列的輸入實(shí)際情況，明確按鍵是否按下，對(duì)按鍵進(jìn)行譯碼。利用WM-C1602N型的液晶顯示模塊，體現(xiàn)人機(jī)式交互界面友好。雙層通信協(xié)議，每層協(xié)議相互獨(dú)立獨(dú)立，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通信雙方利用RS-232C接口對(duì)單片機(jī)的輸出引腳TXD和RXD定時(shí)的輸出高、低電平來(lái)實(shí)現(xiàn)雙方數(shù)據(jù)信息的通信。

3.4 密碼信息的存儲(chǔ)能力

52型單片機(jī)無(wú)在線型可寫入的斷電保持設(shè)備，保障用戶在斷電后保存用戶密碼，選取T28C17作為輔助型存儲(chǔ)設(shè)備。AT28C17 EEPROM具備以下特點(diǎn)：硬件沒有任何特殊性要求、操作過(guò)程簡(jiǎn)單、單片機(jī)內(nèi)設(shè)置了高電壓脈沖能夠自行產(chǎn)生電路、不需要增設(shè)編程電路和編程脈沖即可自行進(jìn)行寫入處理等基本優(yōu)勢(shì)。此外，外部的數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)空間和電子密碼的程序存儲(chǔ)空間進(jìn)行了合并，并采用查詢手段操作和控制AT28C17。在擦寫的過(guò)程中，RDY/BUSY的引腳呈低電平現(xiàn)象，擦寫完成后成為高壓片。利用集成性特征函數(shù)讀寫AT28C17。在讀寫過(guò)程中，讀寫AT28C17和一般性靜態(tài)RAM的讀寫操作相同。

3.5 多臺(tái)主機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信

總線通信的控制設(shè)備在上電復(fù)位之后才開始工作，利用中斷方法等待串行通信現(xiàn)象的出現(xiàn)，利用全雙工互鎖的停止控制方法進(jìn)行電子密碼鎖系統(tǒng)的正常通信。利用通用型串行通信的總線控制分擔(dān)在通信的主機(jī)上?？偩€通信的管理和網(wǎng)絡(luò)中下位的電子密碼鎖管理設(shè)備設(shè)立在串行型通信數(shù)據(jù)信息的鏈路上，從而構(gòu)建完善的主從形式的總線型網(wǎng)路。此外，為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的電子密碼鎖管理部件提供充足的工作電源；所有電子密碼鎖的電路經(jīng)過(guò)DC—DC模塊電路轉(zhuǎn)換之后，為電子密碼鎖自身的電路提供充足的電源。

3.6 總線的仲裁

通信協(xié)議約定所有機(jī)械設(shè)備在使用系統(tǒng)總線通信的前期，首先檢測(cè)總線的浮動(dòng)電平，沒有出現(xiàn)跳動(dòng)的總線則需要發(fā)送分組，所使用的總線必須要受到協(xié)議的保護(hù)。電平跳動(dòng)利用89C52的多功能定時(shí)器來(lái)完成，總線的電平跳動(dòng)需要計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值不能為0；在總線忙的情況下，通信需要押后處理。

3.7 單片機(jī)的通信模塊

單片機(jī)的通信模塊的第一層通信協(xié)議中，單片機(jī)采用的是串口通信。在發(fā)送信息過(guò)程中當(dāng)串口處于已經(jīng)發(fā)送的狀態(tài)，則將8位數(shù)據(jù)寫入到串口的緩沖領(lǐng)域內(nèi)；當(dāng)串口處于是已經(jīng)接收的狀態(tài)，則將8位數(shù)據(jù)讀取到串口的緩沖領(lǐng)域內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)了同口式通信。單片機(jī)的通信模塊的第二層通信協(xié)議中完成了軟件的判別工作，基本功能函數(shù)是：接收來(lái)源于第一層通信協(xié)議中的8位數(shù)據(jù)資料并進(jìn)行判別；明確轉(zhuǎn)義字符的處理數(shù)據(jù)幀；將本機(jī)中的數(shù)據(jù)寫入通信的緩沖區(qū)內(nèi)并加以解析，利用C語(yǔ)言來(lái)完成。

作者簡(jiǎn)介

程金明（1976—），男，江西南昌人，江西科技學(xué)院，本科。研究方向：通信工程。