基于單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)

當(dāng)前雖然許多智能鎖(如指紋辨別、IC卡識(shí)別)已相繼問世，但這類產(chǎn)品是針對(duì)特定指紋或有效卡，只能適用于保密要求高且僅供個(gè)別人使用的箱、柜、房間等。另外，卡片式的IC卡易丟失和損壞，加上其成本較高，在一定程度上限制了這類產(chǎn)品的普及和推廣。
電子密碼鎖具有安全性能高、成本低、功耗低、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)使其作為防盜衛(wèi)士的角色越來越重要。現(xiàn)有國內(nèi)市場上的電子密碼鎖有的是通過購買一些產(chǎn)品模塊再開發(fā)，不具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)；有的是自主研發(fā)的，但其功耗與成本都比較高，不具備廣泛的應(yīng)用價(jià)值。為了克服這些缺點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)實(shí)用角度出發(fā)，采用單片機(jī)AT89S5l與低功耗CMOS型E2PROM AT24C02作為主控器件與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元，設(shè)計(jì)一款可更改密碼，具有報(bào)警、實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程管理功能的電子密碼鎖。該電子密碼鎖體積小，易于開發(fā)、成本較低，安全性高，能將其存儲(chǔ)的現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)及時(shí)上報(bào)給上位機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控，方便管理人員及時(shí)分析和處理數(shù)據(jù)。

1 電子密碼鎖的硬件設(shè)計(jì)
電子密碼鎖的硬件由核心處理模塊、電源管理模塊，執(zhí)行模塊和通信模塊組成，其電路結(jié)構(gòu)如圖l所示。

1．1 核心處理模塊
核心處理模塊是電子密碼鎖工作的核心，它不僅要對(duì)密碼鎖的信息進(jìn)行處理，還要負(fù)責(zé)調(diào)度各種程序穩(wěn)定的運(yùn)行并控制其他模塊，其模塊主要由單片機(jī)，鍵盤，存儲(chǔ)器，顯示電路組成。其中，單片機(jī)是核心處理模塊的核心部分，其主要任務(wù)是配合軟件來完成信息處理和記錄、控制調(diào)度其他部分正常工作、電器的控制、密碼校對(duì)和修改等工作。從電子密碼鎖功能的需要、性價(jià)比、程序的數(shù)據(jù)量和接口電路等多方面綜合考慮，本文選用ATMEL公司的AT89S51單片機(jī)作為控制器的核心。鍵盤電路的設(shè)計(jì)采用4×4行列鍵盤的形式，直接由AT89S51的Pl口的高、低字節(jié)構(gòu)成。

電路中選用AT24C02作為密碼和開鎖信息的存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器是一款具有I2C總線接口的串行EEFROM，由于AT89S51單片機(jī)沒有I2C總線接口，在電路上選用單片機(jī)的P2．2、P2．3分別與AT24C02的SCL和SDA線相連，軟件上實(shí)現(xiàn)模擬I2C總線接口。在該存儲(chǔ)器中還保存著用戶修改后的一級(jí)、二級(jí)權(quán)限密碼和最近20次開鎖的具體時(shí)間，以及非法偷、套密碼的提示信息，用戶通過按鍵可方便的實(shí)現(xiàn)查閱。存儲(chǔ)器與單片機(jī)的連接如圖2所示。鑒于該系統(tǒng)在功能上要求實(shí)現(xiàn)密碼輸入提示、開鎖信息的查閱、時(shí)間顯示等信息，并從低成本出發(fā)，故選用SMCl602A液晶顯示模塊作為顯示電路，其電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1．2 電源管理模塊
該設(shè)計(jì)需要使用+5 V直流電源為整個(gè)電路供電。電路中采用一個(gè)穩(wěn)壓器將輸入的直流電源電壓轉(zhuǎn)換成+5 V的電壓。另外，如果僅僅依靠外接直流電源供電會(huì)出現(xiàn)因停電而無法開鎖的問題，為了解決這個(gè)問題，在設(shè)計(jì)電源管理模塊時(shí)加入了自動(dòng)切換電路的方案，使電池組供電和外接直流電源供電這兩種方式能夠根據(jù)實(shí)際需要迅速自動(dòng)切換，從而保證電子密碼鎖可以長時(shí)間不間斷工作。電源自動(dòng)切換電路選用LTC-4414器件。通過LTC4414對(duì)2個(gè)P溝道絕緣柵場效應(yīng)管控制，實(shí)現(xiàn)2個(gè)電源高效“或”操作的自動(dòng)切換電路。
1．3 執(zhí)行模塊
執(zhí)行電路通過單片機(jī)其中1個(gè)引腳線發(fā)出信號(hào)，經(jīng)三極管放大后。由繼電器驅(qū)動(dòng)電磁閥動(dòng)作將鎖打開的方案，電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。另外，報(bào)警電路采用時(shí)基集成電路555及其輔助元件構(gòu)成，在聯(lián)網(wǎng)的情況下，報(bào)警信號(hào)可通過串口擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)發(fā)給主控制器，提醒管理人員注意。