單片機與串行通信的電子密碼鎖設計

摘 要：隨著計算機科技的發展，研究基于單片機與串行通信的電子密碼鎖設計有了更加重要的意義。筆者通過分析傳統電子密碼鎖和基于單片機與串行通信的電子密碼鎖的基本功能，探討基于單片機與串行通信的電子密碼鎖的設計方案。分析研究電子密碼鎖的系統研發，為電子密碼鎖的研究設計提供參考資料。

關鍵詞：傳統電子密碼鎖；單片機；串行通信；電子密碼鎖；設計方案；系統研發

本文是2012年院級教改課題《基于Proteus的“單片機原理”虛擬數學平臺的研究與應用》（JY1208）的階段性成果之一。

系統研發和機械密碼鎖相比，電子密碼鎖具備較高可靠性的優勢，也便于計算機網絡化的控制和智能化的管理，設計和實現的過程較為簡單，密碼的設定靈活多變，其制造的成本費用較低。電子密碼的市場價值在不斷提高。本文針對基于單片機與串行通信的電子密碼鎖設計進行分析研究，為電子密碼系統的研發提供科學的依據，從而便于單型機或聯網的使用。

1 傳統電子密碼鎖和基于單片機的基本功能

傳統電子密碼鎖和基于單片機的設計原理：一定的密碼位數和取值范圍，密碼的位數直接影響了鎖體的健壯情況；用戶自行設置和更改密碼；按鍵過程中會出現相關提示信息，當用戶輸入的密碼錯誤時，用戶需要另行處理；開鎖密碼輸入錯誤的次數不能超過規定的限制范圍，一旦超出則會出現警示信號；輸入準確的開鎖密碼之后才能開鎖；硬件成本費用偏低，軟件可靠性高，便于批量化生產。

2 基于單片機與串行通信的電子密碼鎖的基本功能

基于單片機與串行通信的電子密碼鎖設計的設計原理：功能的多樣性；計算機和網絡通信技術的發展，使得智能型電子鎖的功能不斷地拓寬；和智能型現場實時監控設備或中央監控設備相連接；模塊的高度集成，結構更加簡單、可靠性更高，操作過程簡單；人機界面的智能化、自動化和友善化；能夠智能判斷系統，提高了信號的提取技術。基于單片機與串行通信的電子密碼鎖設計實現了傳統電子密碼鎖的基本功能，并引用了嵌入型技術；在設計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單。基于單片機與串行通信的電子密碼鎖設計，使得電子密碼鎖不斷朝著網絡化、自動化、智能化的方向發展，密碼鎖具備了較強的可拓展性能。此外，利用網絡系統可以實時監控聯網的電子密碼，并進行動態性管理。同時基于單片機與串行通信的電子密碼鎖還具備報警處理等延伸型功能。

3 基于單片機與串行通信的電子密碼鎖設計方案的研究

3.1 電子密碼鎖設計方案和軟硬件開發平臺

電子密碼鎖設計方案利用兩級控制、主從形式結構、總線型的計算機網絡拓撲結構。鍵盤利用4*3的矩陣形式進行排列，主控芯片利用ATM EL89C52，鍵盤的掃描電路以行的形式進行掃描，按鍵利用機械形式的電子開關結構，所有的按鍵具有相應的基本功能，可以分為數字型按鍵和功能型按鍵。單片機進行密碼的輸入與上傳工作，PC機對數據信息進行分析整理，設立完整的數據庫，并形成計算機網絡。利用串行通信，使得電子密碼鎖的傳輸距離不斷加長、連接方式更加簡單、操作更為靈活、數據信息傳輸的可靠性能不斷提高。軟件利用51系列的C編譯器；硬件利用89系列的C52單片機。單片機的開發平臺由嵌入型系統C編譯器和仿真器組合而成。

3.2 通信協議

總線通信的接口電路利用的是靈活性較強的串行通信方法，肩負著管理和傳輸數據、編碼、主控微機和電子密碼鎖控制部件之間的數據傳輸等工作任務。總線控制部件利用的是ATMEL89C52單片機，在互鎖停止通信的基礎上，利用主動型申請方法傳輸密碼和發布命令。

3.3 人機式交互界面

把鍵盤以4行、3列的矩陣形式排列開來，利用4條I/O線作為行線，3條I/O線為列線，在所有交叉處設置按鍵。將行線逐行設置成低電平，檢測列的輸入實際情況，明確按鍵是否按下，對按鍵進行譯碼。利用WM-C1602N型的液晶顯示模塊，體現人機式交互界面友好。雙層通信協議，每層協議相互獨立獨立，系統結構簡單，通信雙方利用RS-232C接口對單片機的輸出引腳TXD和RXD定時的輸出高、低電平來實現雙方數據信息的通信。

3.4 密碼信息的存儲能力

52型單片機無在線型可寫入的斷電保持設備，保障用戶在斷電后保存用戶密碼，選取T28C17作為輔助型存儲設備。AT28C17 EEPROM具備以下特點：硬件沒有任何特殊性要求、操作過程簡單、單片機內設置了高電壓脈沖能夠自行產生電路、不需要增設編程電路和編程脈沖即可自行進行寫入處理等基本優勢。此外，外部的數據信息存儲空間和電子密碼的程序存儲空間進行了合并，并采用查詢手段操作和控制AT28C17。在擦寫的過程中，RDY/BUSY的引腳呈低電平現象，擦寫完成后成為高壓片。利用集成性特征函數讀寫AT28C17。在讀寫過程中，讀寫AT28C17和一般性靜態RAM的讀寫操作相同。

3.5 多臺主機網絡通信

總線通信的控制設備在上電復位之后才開始工作，利用中斷方法等待串行通信現象的出現，利用全雙工互鎖的停止控制方法進行電子密碼鎖系統的正常通信。利用通用型串行通信的總線控制分擔在通信的主機上。總線通信的管理和網絡中下位的電子密碼鎖管理設備設立在串行型通信數據信息的鏈路上，從而構建完善的主從形式的總線型網路。此外，為計算機網絡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過DC—DC模塊電路轉換之后，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

通信協議約定所有機械設備在使用系統總線通信的前期，首先檢測總線的浮動電平，沒有出現跳動的總線則需要發送分組，所使用的總線必須要受到協議的保護。電平跳動利用89C52的多功能定時器來完成，總線的電平跳動需要計數，計數值不能為0；在總線忙的情況下，通信需要押后處理。

3.7 單片機的通信模塊

單片機的通信模塊的第一層通信協議中，單片機采用的是串口通信。在發送信息過程中當串口處于已經發送的狀態，則將8位數據寫入到串口的緩沖領域內；當串口處于是已經接收的狀態，則將8位數據讀取到串口的緩沖領域內，從而實現了同口式通信。單片機的通信模塊的第二層通信協議中完成了軟件的判別工作，基本功能函數是：接收來源于第一層通信協議中的8位數據資料并進行判別；明確轉義字符的處理數據幀；將本機中的數據寫入通信的緩沖區內并加以解析，利用C語言來完成。

作者簡介

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