基于嵌入式的家用智能鎖的設(shè)計(jì)

郭敏杰

（西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院，甘肅 蘭州730000）

隨著手機(jī)技術(shù)逐漸成熟，指紋解鎖技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用。開(kāi)鎖信息可以是數(shù)字、字符、時(shí)間、人體器官識(shí)別等可以利用的信息，組合使用這些信息能夠使智能鎖獲得高度的保密性。組合使用信息也能夠使電子密碼鎖獲得無(wú)窮擴(kuò)展的可能。雖然指紋只占人體皮膚的一小部分，但是卻蘊(yùn)含大量信息，指紋具有唯一性和永久性，所以指紋識(shí)別技術(shù)非常的安全可靠，因此指紋識(shí)別技術(shù)作為一門(mén)有廣泛應(yīng)用前景的新高技術(shù)，值得認(rèn)真研究。

1 總體方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件方案選擇:

1.1 主控芯片的選擇。本系統(tǒng)電路主芯片采用STC89C52 單片機(jī)。STC89C52 是宏晶科技公司生產(chǎn)的一款低功耗、高性能的八位CMOS 微處理器，片內(nèi)具有8k 在線編程Flash 存儲(chǔ)器。STC89C52 單片機(jī)的內(nèi)核采用的是MCS-51 內(nèi)核，指令完全兼容MCS-51，但是該單片機(jī)越做了升級(jí)使得芯片具有很多傳統(tǒng)的51單片機(jī)不具備的功能，例如該芯片還有4K 的EEPROM存儲(chǔ)，在需要使用到掉電存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的時(shí)候就可以直接使用單片機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)，不在需要在外接存儲(chǔ)芯片進(jìn)行存儲(chǔ)。STC89C52 單片機(jī)具有的開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單、可在線編程下載、成本低是非常不錯(cuò)的選擇。

1.2 指紋模塊的選擇。采用AS608 指紋識(shí)別模塊(AS608 指紋識(shí)別模塊是指采用了杭州晟元芯片技術(shù)有限公司的AS608指紋識(shí)別芯片而做成的指紋模塊)。單片機(jī)與該模塊之間采用常見(jiàn)的串口通訊協(xié)議，這樣使得設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單。該模塊內(nèi)部含有高速DSP 處理能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)指紋的采集與識(shí)別，通過(guò)串口能夠控制指紋的采集，識(shí)別，添加，刪除等一系列操作。

編號(hào) 名稱 功能 1 Vi 模塊電源正輸入端 2 Vt 觸碰感應(yīng)輸入端(3V 供電) Tx 串行數(shù)據(jù)輸出、TTL 邏輯電平 Rx 串行數(shù)據(jù)輸入、TTL 邏輯電平 U+ USB D+ U- USB D- WAK 感應(yīng)信號(hào)輸出 8 GND 接地

1.3 顯示器件的選擇

本系統(tǒng)采用LCD1602 液晶顯示屏。LCD1602 液晶由X×Y個(gè)顯示單元構(gòu)成，例如：液晶顯示屏顯示8×4 行16×16 點(diǎn)陣的字節(jié)，那么每個(gè)字節(jié)都會(huì)與LCD1602 相對(duì)應(yīng)，并且輸入密碼后都與顯示器有明暗對(duì)應(yīng)各點(diǎn)。輸出形式可以是圖形顯示或者數(shù)字顯示，還可以是漢字顯示。LCD1602 還具有低功耗低電壓的特點(diǎn)。其中還包括中文字庫(kù)的64×64 是一種具有4 位并行、2線串行的接口方式，其分辨率為64×64，內(nèi)置4096 個(gè)16×16點(diǎn)漢字。可以利用該較為簡(jiǎn)單的模塊接口方式操作指令，可以通過(guò)這樣構(gòu)成自己想要的人機(jī)交互圖形界面。

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1.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片的選擇

通過(guò)使用單片機(jī)內(nèi)部的EEPROM進(jìn)行存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。STC89C5X的EEPROM 起始地址為0x2000，以512 字節(jié)為一個(gè)扇區(qū)，EERPOM 的大小為2K 字節(jié)。ATC89C5X 芯片內(nèi)部帶有EEPROM 功能，ATC89C5X 的EEPROM 是通過(guò)ISP/IAP 技術(shù)讀寫(xiě)內(nèi)部FLASH 來(lái)實(shí)現(xiàn)EEPROM。

1.5 人機(jī)交互輸入器件的選擇

在密碼的輸入方面，采用矩陣鍵盤(pán)作為輸入設(shè)備。這樣增加了程序算法的難度，但能節(jié)約單片機(jī)I/O 口的使用數(shù)量。矩陣鍵盤(pán)連接上按鍵的行線與列線再通過(guò)兩端的行線與列線連接到單片機(jī)上，然后再通過(guò)算法讀取用戶按下的是哪一個(gè)按鍵從而可以實(shí)現(xiàn)讀取操作。

1.6 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)以上每個(gè)模塊的深入了解，主控芯片還是選擇了STC89C52 單片機(jī)。智能密碼鎖的密碼錄入用選擇了AT24C02進(jìn)行存儲(chǔ)；采用LCD602 液晶顯示實(shí)時(shí)操作內(nèi)容與提示；同時(shí)加入了指紋識(shí)別功能，能夠通過(guò)管理密碼進(jìn)入進(jìn)行添加和刪除指紋信息，解鎖、修改密碼等操作采用矩陣鍵盤(pán)輸入。該密碼鎖完成的主要功能是當(dāng)使用者能在規(guī)定的時(shí)間輸入正確的密碼，程序?qū)⒔o出開(kāi)門(mén)的指令，并且此處還會(huì)用到LED 發(fā)光二極管亮一秒鐘作為提示。如若在規(guī)定時(shí)間能沒(méi)能輸入正確密碼，則不能開(kāi)門(mén)并且禁止按鍵十秒，同時(shí)發(fā)出警報(bào)。密碼鎖的密碼可以修改，若想改密碼，先判斷是否輸入正確的原密碼，后允許輸入新的密碼并顯示在數(shù)碼管上且替換儲(chǔ)存原密碼單元的數(shù)。

2 結(jié)論

通過(guò)學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)制造家用智能鎖的這段時(shí)間，我最終實(shí)現(xiàn)了本設(shè)計(jì)方案的要求。但是因?yàn)樽陨韺W(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)方案的限制，本次設(shè)計(jì)的作品還存在著許多不足之處。

本次制作設(shè)計(jì)對(duì)于我來(lái)說(shuō)即算上是一次機(jī)遇，又可以算上是一次挑戰(zhàn)。在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中，我學(xué)習(xí)到了很多的知識(shí)和道理，最重要的是我深刻領(lǐng)悟到了“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”這句話的含義，當(dāng)然也是檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果的準(zhǔn)繩，更重要的是，我知道了要將自己所學(xué)如何巧妙的應(yīng)用在實(shí)踐當(dāng)中，做到學(xué)以致用，學(xué)會(huì)從生活實(shí)踐中歸納總結(jié)知識(shí)，將實(shí)踐和知識(shí)合二為一。通過(guò)實(shí)際工程的設(shè)計(jì)也讓我了解到了書(shū)本上純理論的知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用之間終歸還是有很大差距的。在實(shí)際生活中還會(huì)遇到各種各樣的的問(wèn)題，這些都需要我進(jìn)行具體的剖析和總結(jié)，然后去解決問(wèn)題。