基于單片機(jī)的多功能密碼鎖仿真設(shè)計(jì)

江蘇省常州技師學(xué)院電氣工程系 陳 嘉

引言

在人們的日常生活工作中，對(duì)住宅區(qū)域及工作區(qū)域的安全防范意識(shí)逐步提升。傳統(tǒng)的機(jī)械鎖已經(jīng)無(wú)法滿足人們的安全需求，使得人們通常需要攜帶多把鑰匙，因此容易發(fā)生被撬鎖的不安全事件[1-3]。隨著諸多技術(shù)的不斷創(chuàng)新，具備防盜報(bào)警功能的電子密碼鎖，逐步運(yùn)用而生，相較傳統(tǒng)的機(jī)械鎖及指紋鎖等，電子密碼鎖能夠具備較高的安全性、較低的成本及功耗，同時(shí)還提升整體的操作便捷性，因此被較為廣泛的運(yùn)用于當(dāng)前工作及生活安全防范中[4-6]。電子密碼鎖的主要功能實(shí)現(xiàn)，是借助輸入密碼對(duì)電路及芯片達(dá)到控制作用，最終對(duì)鎖的機(jī)械開(kāi)關(guān)閉合加以控制[7-8]。整體種類(lèi)樣式多種多樣，芯片質(zhì)量也存在諸多不同。密碼鎖的安全實(shí)用性已經(jīng)優(yōu)于諸多機(jī)械鎖，存在較好保密性，也確保鎖的密碼可變性，同時(shí)還能夠提高鎖的操作便捷簡(jiǎn)易性。

1.基于單片機(jī)多功能密碼鎖仿真設(shè)計(jì)思路

本次研究中所設(shè)計(jì)的多功能密碼鎖，主要單片機(jī)以STC89C52作為仿真設(shè)計(jì)的主控單元，將鍵盤(pán)作為主要輸入單元，借助EEPROM芯片完成密碼存儲(chǔ)功能，借助LCD液晶顯示屏對(duì)多功能密碼鎖的程序運(yùn)行狀態(tài)、溫濕度、具體時(shí)間加以提示。密碼鎖的仿真設(shè)計(jì)組件包括了門(mén)磁傳感器、報(bào)警模塊、顯示器、指示類(lèi)電路、時(shí)鐘芯片、存儲(chǔ)電路等。AT24C02作為密碼鎖的電能存儲(chǔ)類(lèi)元件設(shè)備，借助LCD液晶顯示屏，將矩陣鍵盤(pán)輸入有關(guān)密碼數(shù)字，或者完成密碼的修訂。在輸入密碼后單片機(jī)則會(huì)自動(dòng)對(duì)比輸入數(shù)值及密碼設(shè)置數(shù)值是否相對(duì)。如果正確即指示燈亮起，密碼鎖成功開(kāi)啟。反之如果密碼輸入3次錯(cuò)誤，指示燈則會(huì)亮紅，警報(bào)器發(fā)生警報(bào)，同時(shí)將鍵盤(pán)鎖定5分鐘。門(mén)磁傳感器完成對(duì)門(mén)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，查看其是否被非法打開(kāi)，一旦發(fā)生意外則會(huì)自動(dòng)報(bào)警。該密碼鎖的主要仿真設(shè)計(jì)方案（如圖1所示）。

1.1 設(shè)計(jì)4＊4矩形鍵盤(pán)電路

在有關(guān)裝置設(shè)備上，主要包括了功能鍵及數(shù)字鍵，數(shù)字鍵包含從0至9的多個(gè)數(shù)字，功能鍵主要包括了萬(wàn)能鍵、設(shè)置鍵、重置鍵、確認(rèn)鍵、密碼鍵等。

1.2 設(shè)計(jì)密碼存儲(chǔ)電路

在多功能密碼鎖的仿真設(shè)計(jì)過(guò)程中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要確保密碼鎖具備密碼的存儲(chǔ)及重置功能，保證在掉電之后，密碼仍然不會(huì)丟失的存儲(chǔ)器。為了對(duì)多多功能密碼鎖的外置撥碼開(kāi)關(guān)，設(shè)定相應(yīng)的密碼解決操作不方便這一情況，在本次仿真設(shè)計(jì)中，通過(guò)借助EEPROM芯片完成密碼存儲(chǔ)功能，內(nèi)部保存了512字節(jié)的ROM，該仿真設(shè)計(jì)的獨(dú)特之處，主要就是在掉電之后所存儲(chǔ)的有關(guān)內(nèi)容仍然不會(huì)丟失，因此有效確保了系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，同時(shí)也達(dá)到了密碼的隨意讀寫(xiě)，達(dá)到密碼鎖的真正保密性。

圖1 多功能電子密碼鎖方案

1.3 設(shè)計(jì)液晶顯示屏

在多功能密碼鎖仿真設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，液晶顯示屏能夠?qū)ο鄳?yīng)的系統(tǒng)狀態(tài)加以顯示，同時(shí)針對(duì)其中的輸入密碼有所顯示。用戶能夠更好的針對(duì)此套密碼鎖裝備一目了然，十分簡(jiǎn)便快捷。基于Altium Designer10.0軟件，對(duì)多功能電子密碼鎖的有關(guān)原理圖成功完成設(shè)計(jì)，主要包括了控制版塊、存儲(chǔ)版塊、指示版塊、顯示版塊。

1.4 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

DS1302具備了清晰提供年月日有關(guān)時(shí)間的時(shí)鐘芯片，以24或者12個(gè)小時(shí)為顯示格式，具備了相應(yīng)的軟件顯示時(shí)間自動(dòng)調(diào)整能力。單片機(jī)能夠與通過(guò)串行的I/O方式實(shí)現(xiàn)即時(shí)通信，由此有效節(jié)省了I/O口。將DS1302這一時(shí)鐘芯片，能夠與晶振外接設(shè)計(jì)無(wú)備用電源，構(gòu)成以I/O、SCLK、RST三種引腳，經(jīng)由R3、R4、R5的不同上位電阻，接入單片機(jī)三個(gè)引腳內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的時(shí)鐘電路，提供具體的時(shí)鐘顯示。

1.5 環(huán)境溫度采集電路設(shè)計(jì)

STC89C52單片機(jī)作為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)環(huán)境溫度有關(guān)數(shù)據(jù)的主要采集核心，作為單線類(lèi)數(shù)字式溫度傳感器設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了主要測(cè)溫范圍的-50℃-+130℃，具體溫度測(cè)量精準(zhǔn)差在±0.5℃之間，能夠與單片機(jī)借助1-Wire協(xié)議實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)通信，后傳送有關(guān)環(huán)境溫度。通過(guò)將STC89C52中的VCC引腳與51電源相銜接，之后以GND作為引腳接地，構(gòu)成了密碼鎖的環(huán)境溫度采集電路，在實(shí)現(xiàn)密碼鎖周?chē)鷾囟鹊牟杉幚碇竽軌蝻@示電路，且完成對(duì)環(huán)境溫度的采集顯示。

2.多功能密碼鎖軟件設(shè)計(jì)

要想確保多功能密碼鎖的系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)多項(xiàng)功能，通過(guò)確保具備完善的硬件為仿真設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，并未同時(shí)還應(yīng)當(dāng)?shù)玫较鄳?yīng)的合理性軟件設(shè)計(jì)支撐。尤其是微機(jī)設(shè)備在現(xiàn)如今的高速發(fā)展今天，諸多軟件都是經(jīng)由硬件所完成的有關(guān)工作，最終實(shí)現(xiàn)了軟件類(lèi)編程的功能替代。通過(guò)與51匯編平臺(tái)加以整合，能夠借助模塊化程序有關(guān)設(shè)計(jì)方法，完成多功能密碼鎖的仿真軟件編程設(shè)計(jì)。在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中逐步確保能夠分塊呈現(xiàn)，并且在針對(duì)每一個(gè)版塊單獨(dú)修改程序時(shí)，需要保證避免對(duì)全局使用性能造成影響，由此行之有效的對(duì)編程工作的整體開(kāi)展工作量及調(diào)試難度加以降低。電子密碼鎖的關(guān)鍵運(yùn)行過(guò)程，即通過(guò)依據(jù)液晶顯示屏提示之后，完成對(duì)密碼鎖的密碼輸入解鎖行為過(guò)程：在實(shí)施液晶顯示屏的程序顯示之后，完成密碼鎖的開(kāi)鎖及密碼修改等多項(xiàng)操作。在實(shí)施密碼鎖的程序初始化之后，將時(shí)間及溫濕度有所展現(xiàn)。如果開(kāi)鎖人是管理者，即可輸入管理員密碼完成。在輸入密碼正確過(guò)程中，系統(tǒng)化控制機(jī)械類(lèi)裝置鎖，如果出現(xiàn)3次連續(xù)性密碼輸入錯(cuò)誤，那么便會(huì)出現(xiàn)密碼鎖的自動(dòng)鎖定5分鐘同時(shí)報(bào)警，之后恢復(fù)初始狀態(tài)。并且此類(lèi)多功能密碼鎖還能夠?qū)κ覂?nèi)的相應(yīng)煙霧類(lèi)氣體加以檢驗(yàn)，從而與119火警自動(dòng)連接（如圖2所示）。

圖2 系統(tǒng)程序運(yùn)行流程

3.多功能密碼鎖仿真設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)試

3.1 程序調(diào)試

在本次基于單片機(jī)的多功能密碼鎖仿真設(shè)計(jì)中，通過(guò)將已經(jīng)編輯完成的C語(yǔ)言程序，完整載入至軟件調(diào)試工具內(nèi)部，之后對(duì)軟件檢查是否發(fā)生編輯設(shè)置錯(cuò)誤情況。并且根據(jù)軟件的相關(guān)提示，修改運(yùn)行程序，直至并未發(fā)生錯(cuò)誤之后，再將單片機(jī)的運(yùn)行及其密碼生成。借助51開(kāi)發(fā)板或者其他單片機(jī)，寫(xiě)入工具把機(jī)器碼寫(xiě)至單片機(jī)內(nèi)展開(kāi)實(shí)際程序類(lèi)調(diào)試。之后根據(jù)有關(guān)實(shí)際情況修改其中的程序不足之處，直至程序能夠滿足多方面功能設(shè)計(jì)需求。在完成調(diào)試之后將程序運(yùn)用至KEIL C51以及51開(kāi)發(fā)板，共同完成有關(guān)下載燒錄軟件的配套運(yùn)用。C語(yǔ)言編程開(kāi)發(fā)系統(tǒng)相較匯編，能夠在結(jié)構(gòu)、功能、可讀、可維護(hù)等多方面，具備更多的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)，從而真正的實(shí)現(xiàn)靈活使用。除此之外C語(yǔ)言代碼也相對(duì)來(lái)講更為容易理解，且能夠讓人感覺(jué)一目了然。

3.2 仿真調(diào)試

在基于單片機(jī)的多功能密碼鎖仿真設(shè)計(jì)程序進(jìn)入初始化階段后，在其顯示屏界面會(huì)提示開(kāi)鎖者輸入電子鎖密碼，之后程序便會(huì)實(shí)時(shí)完成對(duì)輸入矩陣的掃描確認(rèn)，之后作出針對(duì)性應(yīng)答。一旦密碼輸入正確，那么該界面即可顯示“OK”，如果顯示錯(cuò)誤同樣會(huì)顯示重新輸入。在開(kāi)鎖者輸入三次錯(cuò)誤密碼之后，密碼輸入程序則會(huì)自動(dòng)鎖定5分鐘，同時(shí)響起警報(bào)。在實(shí)現(xiàn)密碼修改重置過(guò)程中，按下RESET鍵位，即可進(jìn)入密碼重設(shè)，完成新密碼的2次輸入，之后根據(jù)ENTER鍵位確認(rèn)，如果兩次輸入密碼存在一定一致性，那么密碼則能夠修改成功，在實(shí)現(xiàn)密碼修改模式，能夠進(jìn)一步實(shí)施密碼修改模式，最終實(shí)施密碼修改。通過(guò)返回初始化顯示，如果具體輸入有關(guān)日期及需要校正的存在一定異同，可以重新按下TIME后實(shí)現(xiàn)校時(shí)。

4.結(jié)語(yǔ)

基于單片機(jī)的多功能密碼鎖仿真設(shè)計(jì)，圍繞C51單片機(jī)實(shí)施低成本、實(shí)用性電子密碼鎖設(shè)計(jì)，在經(jīng)由最后監(jiān)測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)化不同步驟，能夠依據(jù)不同界面加以提升，實(shí)現(xiàn)有關(guān)密碼操作，能夠更加完全的實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖及密碼修改，對(duì)有關(guān)密碼加以存儲(chǔ)，具體監(jiān)控報(bào)警需求需要符合有關(guān)設(shè)計(jì)要求，基于整體層面確保不同設(shè)計(jì)參數(shù)可以達(dá)到有關(guān)要求。多功能電子鎖是現(xiàn)如今社會(huì)發(fā)展中的信息化時(shí)代產(chǎn)物，在科技的不斷創(chuàng)新研發(fā)中，電子鎖能夠更加人性化、更加完美且更加便宜及安全。通過(guò)借助STC89C52單片機(jī)，以單片機(jī)C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)，從而真正實(shí)現(xiàn)系列化電子功能密碼鎖。