智能密碼鎖的設(shè)計與實現(xiàn)

周贊+唐揚興+虎風(fēng)林

摘 要：本系統(tǒng)是基于AT89S51單片機的函數(shù)信號發(fā)生器。以MCS-51系列單片機作為控制核心，由數(shù)模轉(zhuǎn)換器模塊，供電模塊和液晶顯示器構(gòu)成。由程序控制AT89S51產(chǎn)生各種不同密碼控制方式，通過單片機的I/O口將數(shù)字編碼輸出到數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，所產(chǎn)生的是數(shù)碼管相應(yīng)的數(shù)字和狀態(tài)顯示。系統(tǒng)能顯示多種密碼狀態(tài)，通過按鍵可以實現(xiàn)對密碼的修改與重置，當(dāng)三次出現(xiàn)輸入密碼錯誤時，系統(tǒng)會發(fā)出報警。系統(tǒng)具有功耗低、可作為產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)，應(yīng)用于共享單車上使用。

關(guān)鍵詞：單片機；AT89S52；電子密碼鎖

一、系統(tǒng)基本原理

單片機電子鎖是以51系列單片機（AT89S52）為核心，配以相應(yīng)硬件電路，完成密碼的設(shè)置、存貯、識別和顯示、驅(qū)動電磁執(zhí)行器并檢測其驅(qū)動電流值、接收傳感器送來的報警信號、發(fā)送數(shù)據(jù)等功能。 單片機接收鍵入的代碼，并與存貯在EEPROM中的密碼進(jìn)行比較，如果密碼正確，則驅(qū)動電磁執(zhí)行器開鎖；如果密碼不正確，則允許操作人員重新輸入密碼，最多可輸入三次；如果三次都不正確，則單片機通過通信線路向智能監(jiān)控器報警。單片機將每次開鎖操作和此時電磁執(zhí)行器的驅(qū)動電流值作為狀態(tài)信息發(fā)送給智能監(jiān)控器，同時將接收來自傳感器接口的報警信息也發(fā)送給智能監(jiān)控器，作為智能化分析的依據(jù)。

為了防止通信線路的人為破壞和電磁執(zhí)行器因某種原因造成流過電磁線圈的電流過大而燒毀線圈，可以加入電流監(jiān)視技術(shù)模塊采用MAXIM公司生產(chǎn)的電流/電壓轉(zhuǎn)換芯片MAX471。該芯片能將被測電流I轉(zhuǎn)化成對地輸出電壓U，且有測量范圍大、精度高、輸出電壓U和被測電流I成正比等特點。電流監(jiān)視器輸出電壓送A/D轉(zhuǎn)換器，單片機通過讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，獲知線路中電流的變化情況，通過分析及時發(fā)現(xiàn)異常，發(fā)出報警信號。本設(shè)計因為使用了蜂鳴器，對密碼輸入時出現(xiàn)錯誤實現(xiàn)報警。

二、設(shè)計方案

系統(tǒng)的整體框圖

本設(shè)計采用4*4的矩陣鍵盤作為輸入，AT89S51單片機作為主機， 二極管指示燈和喇叭組成發(fā)聲系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)擬達(dá)到的總體功能，將其劃分為以下功能模塊：激光弦輸入、掉電儲存、運算主機、輸出設(shè)備等。系統(tǒng)整體框圖如圖2-1。

利用KEIL軟件編寫程序，通過程序控制使單片機產(chǎn)生密碼鎖控制的數(shù)字編碼，通過單片機的PO口輸出到數(shù)模轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，將相應(yīng)的數(shù)字編碼變換成不同大小的電流。由于數(shù)模轉(zhuǎn)換內(nèi)部產(chǎn)生的是電流，所以需要進(jìn)行電流到電壓的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)這個轉(zhuǎn)換的是通過MCU內(nèi)部程序控制完成的，通過一級的運放就可以將電流轉(zhuǎn)換成電壓，但是由于電壓的幅度較小，并且由于各種內(nèi)外部的干擾，所以需要對產(chǎn)生的控制信號進(jìn)行加以按鍵防抖。

三、時鐘電路

單片機最小系統(tǒng)中的時鐘電路起著至關(guān)重要的作用，AT89S51單片機有兩種產(chǎn)生時鐘信號的方式：內(nèi)部時鐘和外部時鐘。在本系統(tǒng)中，選用內(nèi)部時鐘。電路分別從單片機18、19管腳分別引出，在兩管腳之間加入一個11.0592MHz的晶振，再與30PF電容相連接，末端接地。對于晶振頻率的選擇，在1.2～12MHz之間選擇都可以滿足設(shè)計需求，常用的晶振頻率為6MHz、11.0592MHz和12MHz。

四、復(fù)位電路

當(dāng)單片機第9管腳（Reset）高電平持續(xù)超過兩個機器周期時，復(fù)位電路啟動，單片機系統(tǒng)執(zhí)行復(fù)位操作，電路系統(tǒng)重新啟動。若復(fù)位管腳持續(xù)高電平超過兩個周期，系統(tǒng)不能成功執(zhí)行復(fù)位，說明復(fù)位電路沒有正常工作或者沒有焊接正確。復(fù)位的執(zhí)行有兩種，一種是根據(jù)管腳上所接電容的充放電完成，另一種的按鍵復(fù)位，本系統(tǒng)選用的是按鍵復(fù)位，按鍵按下時，電路執(zhí)行復(fù)位操作。

五、電源供電模塊

一個完整的系統(tǒng)設(shè)計，供電部分是整個系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)部分，是保證系統(tǒng)完整、有序運行的前提。51系列單片機是使用最早、穩(wěn)定性較強的核心控制器，但在整個系統(tǒng)的工作過程中，51系列單片機面臨的最大問題還是功耗大、抗干擾能力差、程序跑飛等問題，為了將這些弊端將至最低，需要設(shè)計可靠、完整的供電系統(tǒng)。

在本設(shè)計中，電源供電可以由計算機USB或者普通手機充電設(shè)備提供，此外，還可以用5V專用電源或者干電池供電。在電路中，設(shè)置電源指示燈，為系統(tǒng)工作提供了方便。

六、程序設(shè)計思路

對控制密碼鎖的系統(tǒng)軟要求很高，它必須能夠同時兼顧對鍵盤的讀取、鍵盤的處理、對密碼更改的控制、控對數(shù)碼管的動態(tài)顯示控制等要求，要做到這些我們要采取中斷技術(shù)。

此次設(shè)計，主程序?qū)︽I盤端口的掃描使用的是查詢的方法，檢測有沒有按下按鍵，當(dāng)有按鍵被按下發(fā)生按鍵動作時則處理鍵盤，通過按鍵值來改變對應(yīng)參數(shù)值，使鍵盤能夠?qū)崿F(xiàn)實時處理的作用。定時器0通過使控制該功能的程序中斷來控制系統(tǒng)的運行情況：通過目前密碼鎖的顯示狀態(tài)用鍵盤人工地改變T0的定時時間常數(shù)值，改變TH0與TL0的參數(shù)，實現(xiàn)對密碼鎖的更改密碼和復(fù)位操作；通過密碼鎖各按鍵的分別控制，達(dá)到整體控制的目的，控制脈沖信號，脈沖信號循環(huán)移動的方向控制，實現(xiàn)各種方面的控制要求。

說明如下：

1.單片機根據(jù)鍵盤發(fā)過來的信息，改變自身系統(tǒng)變量值。

2.單片機通過輸出脈沖信號來控制各按鍵的按鍵值。

3.單片機通過檢測出密碼鎖實時狀態(tài)，控制數(shù)碼管顯示。

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