電子寄存柜智能控制器的設(shè)計與實現(xiàn)

雷鳴　宣秋宇　李鵬　魯望周

摘要：本文介紹了一種基于STC89C52單片機(jī)的電子寄存柜智能控制系統(tǒng)，以STC89C52為主控制器，結(jié)合主控制模塊，輸入顯示模塊和執(zhí)行模塊等實現(xiàn)對電子寄存柜的控制。此電子寄存柜智能控制系統(tǒng)能控制8個存包柜，利用STC89C52的輸出電平來控制柜門的打開。該系統(tǒng)硬件經(jīng)濟(jì)實用，操作方便，簡單且便于安裝。

關(guān)鍵詞：電子寄存柜;控制器;STC89C52

中圖分類號：TS914.211 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）05-0021-03

1 設(shè)計背景與意義

隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，在日常生活中，人們對鎖具的安全性和便捷性有了更高的要求。既要安全可靠的防盜，又要使用方便，人們越來越需要更好的鎖具。由于傳統(tǒng)機(jī)械鎖的原理簡單、復(fù)雜性較低、互開率非常高的。所謂的互開率是評判一個鎖具技術(shù)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。也就是一把鑰匙能開幾把鎖的比率。通過此前公布的鎖具產(chǎn)品質(zhì)量國家監(jiān)督抽查結(jié)果顯示， 互開率不合格仍是國產(chǎn)鎖具面臨的最大質(zhì)量問題[1]。而且在日常的生活和工作中， 家門、公司門、一些物品的保存所使用的鎖具大多數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)械鎖。大量的使用傳統(tǒng)的機(jī)械鎖具，人們經(jīng)常需要攜帶很多的鑰匙。由于大多的鑰匙都是金屬制作的，所以隨身攜帶特別的不方便，鑰匙丟失后，遺失物品的風(fēng)險大大增加。所以傳統(tǒng)的機(jī)械鎖具已經(jīng)不能滿足人們的對鎖具的需求。隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，使用密碼代替鑰匙的電子密碼鎖的出現(xiàn)正好迎合了大眾的心理， 這種電子密碼鎖具有很強(qiáng)可創(chuàng)造性。此外，電子密碼鎖應(yīng)用起來更加的方便，安全性較強(qiáng)，而且電子密碼鎖設(shè)計方案較簡單，花費(fèi)較低的資金就能夠?qū)崿F(xiàn)，具有高安全性、低成本、低功耗、易操作的優(yōu)點，有很強(qiáng)的實用功能[2]。為了方便人們在公共場合私人物品的寄存，快遞的寄存等。在電子密碼鎖的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能擴(kuò)展，從一鎖一門擴(kuò)展到一鎖多門，加入顯示模塊和一些特殊功能鍵。運(yùn)用而生出功能更加完善，使用范圍更廣的電子寄存柜智能控制器系統(tǒng)。

2 電子寄存柜智能控制器的硬件組成

在這個系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)中，硬件是即既是關(guān)鍵也是基礎(chǔ)，它對整個成果的控制效果、穩(wěn)定性、反饋的準(zhǔn)確性和時效性都有直接影響。該系統(tǒng)的硬件部分主要包括主控制器、輸入模塊、顯示模塊、開鎖模塊、電源模塊和復(fù)位振蕩模塊等。主控制器使用的是STC89C52嵌入式微控制器[3]，輸入模塊是一個4×4矩陣鍵盤，顯示模塊是一個LCD1602液晶顯示屏。主要工作流程：使用者在按下“存包”鍵后，主控制器隨機(jī)給出4為密碼，當(dāng)使用者按下“取包”鍵后，然后通過輸入模塊輸入密碼，主控制器將輸入的密碼與初始密碼進(jìn)行比對，然后主控制器再把對比的結(jié)果發(fā)送給顯示模塊和解鎖模塊，相應(yīng)模塊進(jìn)行相應(yīng)的動作來控制相應(yīng)的電磁鎖。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 電子寄存柜控制器的設(shè)計實現(xiàn)

3.1 電子寄存柜智能控制器主控單元

電子寄存柜智能控制系統(tǒng)的主控制器采用的是STC89C52微控制器（一個8位微控制器帶8K字節(jié)的系統(tǒng)可編程Flash）。

STC89C52微控制器具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，32位I/O口線，512字節(jié)RAM，3個16位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，看門狗定時器，全雙工串行口。而且STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護(hù)模式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作都停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選，是一種低功耗、高性能的CMOS8位微控制器。

主要特性有：（1）8K字節(jié)程序存儲空間（ROM）;（2）512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間（RAM）;（3）內(nèi)帶4K字節(jié)帶電可擦可編程只讀存儲空間（EEPROM）;（4）可直接使用串口下載。

圖2是其主程序流程圖。

3.2 輸入模塊

輸入模塊采用的是4×4矩陣鍵盤。由于輸入模塊需要使用較多的按鍵，使用獨立按鍵所需的I＼O口太多，所以不采用獨立按鍵而是采用4×4矩陣鍵盤。4×4矩陣鍵盤由行線和列線組成，也稱行列式鍵盤，每個行線和列線的交叉點上都有一個按鍵。密碼鎖的密碼輸入由鍵盤來完成。為了實現(xiàn)“存包”和“取包”動作的功能，4×4矩陣鍵盤中的一些按鍵被作為特殊功能鍵來使用，每個按鍵的不同功能通過程序[4]來賦予。每個按鍵的功能和4×4矩陣鍵盤與單片機(jī)引腳連接如圖3所示。

4×4矩陣鍵盤的原理：每一個按鍵的行值和列值都是固定的，行值和列值的所組成的二維數(shù)組就可以給每一個按鍵進(jìn)行編碼。矩陣鍵盤的行線和列線通過一個8位的并行接口和微控制器通信。鍵盤的處理程序任務(wù)是：確定有無鍵按下，判斷哪一個鍵按下，鍵的功能是什么;還要消除按鍵在閉合或斷開時的抖動。8位并行接口中，低4位輸出掃描碼，使按鍵逐行動態(tài)接地，高4位并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼而識別按鍵，通過軟件查表，查出該鍵的功能[5]。其程序流程如圖4所示。

3.3 顯示模塊

為了使人機(jī)界面更加的人性化，所以本設(shè)計采用液晶顯示器LCD1602來替代普通的數(shù)碼管作為顯示模塊。LCD1602即該LCD的點陣是16行*2列，總共有32個像素點[6]。顯示模塊電路連接圖如圖5所示。

1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：

（1）顯示容量：16×2個字符;（2）芯片工作電壓：4.5-5.5V;（3）工作電流：2.0mA（5.0V）;（4）模塊最佳工作電壓：5.0V;（5）字符尺寸：2.95×4.35（W×H）。

在顯示模塊工作時，顯示器會顯示“Welcome to Coded Locks”，當(dāng)使用者按下存包按鍵，主控制器隨機(jī)生成的4位密碼，然后在顯示器上會顯示出“Password”和“Door Number”——所打開的柜門編號，使用者需要記住此密碼。開鎖時，使用者按下取包按鍵，顯示器上會顯示“Please enter password”，然后利用輸入模塊的4×4矩陣鍵盤輸入密碼，每當(dāng)使用者按下一個數(shù)字按鍵后在顯示器上就會顯示一個“*”。當(dāng)4位密碼全部輸入后，按下確認(rèn)鍵，如果密碼正確，對應(yīng)的電子密碼鎖被打開，如果密碼錯誤，顯示器將會顯示“Wrong”。當(dāng)8個柜子全部存滿，使用者再按下存包按鍵，顯示器將會顯示“Full”。

4 結(jié)語

電子寄存柜智能控制器采用STC89C52微控制器來實現(xiàn)。設(shè)計主要分為硬件和軟件兩個部分。使用微控制器制作的電子寄存柜智能控制器具有軟件和硬件設(shè)計簡單，易于開發(fā)，成本較低，安全可靠，操作方便等特點，可應(yīng)用于公共場合私人物品的寄存，快遞的寄存等需要防盜的場所。本設(shè)計的實用性很強(qiáng)且具有較可靠的性能，響應(yīng)速度很快，使用起來方便，但該系統(tǒng)還有很大開拓空間，這些都需要我們進(jìn)一步的實現(xiàn)，我們也正繼續(xù)努力設(shè)計和改進(jìn)方案來實現(xiàn)更加強(qiáng)大的功能。

參考文獻(xiàn)

[1] 彭燮.國產(chǎn)鎖具互開率多不合格[J].廣西質(zhì)量監(jiān)督導(dǎo)報，2015（02）：23.

[2] 肖萌萌.電子密碼鎖控制電路設(shè)計[J].黑龍江科技信息，2017（15）：38.

[3] 李全利.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].高等教育出版社，2012.

[4] 馬忠梅.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計[M].科學(xué)出版社，2007.

[5] 譚艷.單片機(jī)矩陣按鍵掃描程序設(shè)計[J].數(shù)字化用戶，2013，19（09）：44.

[6] 李維提，郭強(qiáng).液晶顯示應(yīng)用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.