基于光控元件的智能鎖設(shè)計①

董向博++曹博++劉冬++張琰

摘 要：該文依據(jù)光控元件的特點，用光控元件代替數(shù)字鍵盤設(shè)計出門鎖的硬件電路，結(jié)合由單片機構(gòu)成的控制電路，設(shè)計出新型的智能門鎖。該智能門鎖具有安全性能高、成本低的特點。

關(guān)鍵詞：光控元件 門控系統(tǒng) 智能鎖

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（b）-0062-03

門禁的安全性是日常生活中人們最關(guān)心的話題，使用安全性能高的門鎖是門禁安全的保障。數(shù)字電子技術(shù)和微處理器（單片機系統(tǒng)）的相結(jié)合使得電子密碼鎖成為新時代門禁系統(tǒng)的“新寵”。密碼鎖的鍵盤部分通常采用數(shù)字鍵盤系統(tǒng)構(gòu)成。這種鍵盤系統(tǒng)的特點是直觀、簡單，用戶只需要記住數(shù)字構(gòu)成的密碼，就可以開啟房門。但這種由0～9構(gòu)成的數(shù)字密碼一般都設(shè)計為4為數(shù)字密碼，很容易被破解，安全性也隨著降低。隨著光電技術(shù)的日益發(fā)展，利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)制成的光電元件[1]以其快速、測量精確、無接觸、測量距離遠的特點在生活中的應(yīng)用越來越廣泛。本設(shè)計利用光電元件的特點，將光電元件構(gòu)成的鍵盤系統(tǒng)代替電子密碼鎖的數(shù)字鍵盤系統(tǒng)，結(jié)合單片機控制系統(tǒng)，設(shè)計出新型的智能密碼鎖，從而提高了門禁系統(tǒng)的安全性。

1 整體設(shè)計

由光控元件（光電傳感器）構(gòu)成智能鎖的鍵盤部分，LCD屏顯示開鎖過程中出現(xiàn)的狀況，AT89C52單片機實現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能，用電磁鎖替換傳統(tǒng)的機械鎖。光控元件將手勢的“觸摸”信號傳遞給單片機，通過單片機判斷信號的正確與否啟動電磁鎖的開啟與否。

設(shè)計的智能鎖可以實現(xiàn)的功能有。

（1）在輸入密碼時在LCD屏幕上顯示*號；

（2）設(shè)計開鎖密碼為特定手勢；

（3）能夠LCD顯示在手勢正確時顯示PASSWORD OK，手勢錯誤時顯示PASSWORD ERROR，輸入手勢時顯示INPUT PASSWORD；

（4）實現(xiàn)輸入手勢錯誤超過限定的三次密碼，鍵盤“鎖死”，發(fā)報警信號；

（5）該產(chǎn)品具備報警功能，當輸入密碼錯誤時蜂鳴器響并且LED燈亮；

（6）密碼可以由用戶自己修改設(shè)定（只支持6位密碼），修改密碼之前必須再次輸入密碼，在輸入新密碼時候需要二次確認，以防止誤操作。

設(shè)計的智能鎖系統(tǒng)圖如圖1所示。

2 單元電路的設(shè)計與特點

2.1 光控元件構(gòu)成的鍵盤電路

基于光電元件構(gòu)成的鍵盤系統(tǒng)，其核心元件是光敏元件構(gòu)成的光電傳感器。光電傳感器的特點是[2]：結(jié)構(gòu)簡單、非接觸、高可靠性、高精度和反應(yīng)快等。設(shè)計中采用小型光電傳感模塊構(gòu)成3×3鍵盤系統(tǒng)，單個模塊電路如圖2所示。

該模塊的特點是對光線的適應(yīng)能力強，通過電位器可以調(diào)節(jié)手指接觸鍵盤的距離（可調(diào)距離為2～30cm），干擾小，便于安裝，使用方便。在設(shè)計時，將手指與鍵盤之間的距離統(tǒng)一調(diào)節(jié)為10cm，可避免因距離問題，使非正確信號（開門信號）傳遞給控制系統(tǒng)，從而使錯誤信號啟動了門鎖的報警系統(tǒng)。

2.2 繼電器驅(qū)動電路設(shè)計

門鎖的“鎖”部分由電磁鎖構(gòu)成，設(shè)計中采用SRD-05VDC-SL-C型繼電器驅(qū)動電磁鎖“開鎖”。由于采用了光控元件，電磁鎖的電源電壓相對較小，一般采用5V即可。設(shè)計的繼電器驅(qū)動電路如圖3所示。

3 門控系統(tǒng)設(shè)計

門鎖的核心系統(tǒng)是門控系統(tǒng)，該系統(tǒng)由AT89C52單片機最小系統(tǒng)構(gòu)成[3]，利用AT89C52單片機靈活的編程設(shè)計和豐富的I/O端口，及其控制的準確性，實現(xiàn)基本的智能鎖功能，其程序流程圖如圖4所示。

系統(tǒng)的I/O口分配如表1所示。

4 系統(tǒng)調(diào)試

首先應(yīng)用Proteus軟件進行系統(tǒng)仿真[4]，系統(tǒng)圖如圖4所示。仿真過程中，先給一個啟動鎖的手勢信號（相當于機械鎖的插入鑰匙狀態(tài)），LCD屏顯示“*”信息，再給定正確的開鎖手勢信號，顯示屏顯示“PASS WORD OK”。連接實物進行軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時，給定正確手勢信號，聽見繼電器動作聲音，卻不見電磁鎖動作（開鎖）。在初步設(shè)計中，電磁鎖與繼電器構(gòu)成的輸出電路中采用的電源電壓過大，導(dǎo)致繼電器線圈燒壞，因此出現(xiàn)繼電器一次側(cè)吸合動作，二次側(cè)電磁鎖不動作。調(diào)整了外接電源后，電磁鎖順利動作，達到設(shè)計要求。

在仿真過程中為方便運行和系統(tǒng)圖布局，用3*3陣列按鍵代替了光電傳感器模塊構(gòu)成的按鍵系統(tǒng)，實際系統(tǒng)搭建時鍵盤系統(tǒng)是由光電模塊構(gòu)成，仿真的結(jié)果和實物調(diào)試結(jié)果一致。

5 結(jié)語

該文介紹了一項大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目—— 智能鎖的設(shè)計方案，闡述了整個設(shè)計流程，在此基礎(chǔ)上進行了設(shè)計仿真和實物制作調(diào)試?；诠饪卦闹悄苕i的設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單、使用便捷、安全性能高，具有良好的實用性。

參考文獻

[1] 童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2] 張洪潤.傳感技術(shù)與應(yīng)用教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[3] 張毅剛.單片機原理與應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[4] 陳海宴.51單片機原理及應(yīng)用：基于Keil C與Proteus：2版[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2013.