PLC控制的四位密碼鎖的設計與實現

謝述雙，周明理

（北海職業學院，廣西 北海 536000）

0 引言

隨著人們生活水平不斷提高，密碼鎖越來越被人們廣泛應用。傳統的機械式密碼鎖，密碼設計簡單，很容易被破解，可靠性差，安全性能不高，也不夠靈活。一旦忘記密碼就要重新解鎖、開鎖甚至換鎖。[1]

人們對密碼鎖的安全性及操作方便等要求，促進了電子密碼鎖的發展，尤其是PLC控制技術在電子密碼鎖中的應用，避免了機械式密碼鎖的安全性能不高、密碼量少等缺點[2]。PLC控制的密碼鎖指令系統強大，能將輸入的密碼與正確的密碼比較，只有密碼正確才能打開，輸入錯誤密碼能發出聲光報警信號。[3]PLC是性價比較高的自動化控制元件，采用PLC控制降低了電子密碼鎖的成本。[4]因此，通過編寫PLC程序可以實現密碼鎖的自動控制，程序修改方便，保密性強。PLC控制的密碼鎖將會在生活各個領域如民用住宅大門、各小區或公寓樓單元門禁、車庫門等得到推廣應用。

1 硬件設計

PLC控制的四位密碼鎖由電源電路、按鍵輸入電路、電磁鎖開鎖電路、聲光報警電路、共陰數碼管顯示電路構成。采用單相交流電源供電，熔斷器做短路保護。選用西門子S7-200系列的224XPCN的PLC，PLC的輸入點I0.0-I0.6分別接按鍵式按鈕SB1-SB7。PLC輸出點Q0.0-Q0.6與開關電源1連接，開關電源1把220V交流電轉換成5V直流電供共陰數碼管工作。PLC輸出點Q1.0控制聲光報警電路，PLC輸出點Q1.1與開關電源2連接，開關電源2把220V交流電轉換成24V直流電供電磁鎖工作。電路設計考慮密碼鎖的安全性和可靠性，便于按鍵輸入的操作和密碼的更改，報警聲音響亮，燈光信號直觀可見。PLC控制的四位密碼鎖電路原理圖如圖1所示[5]。

圖1 PLC控制的四位密碼鎖的電路原理圖

2 軟件設計

2.1程序設計流程圖

PLC控制的四位密碼鎖的程序設計流程圖如圖2所示。

圖2 PLC程序設計流程圖

2.2 PLC的I/O分配表

依據PLC控制的四位密碼鎖設計的電路原理圖，列出PLC的I/O分配表，如表1所示。

表1 PLC的I/O分配表

2.3 PLC程序設計

PLC控制的四位密碼鎖的程序設計要實現的主要功能為：輸入正確密碼能開鎖，連續三次輸入錯誤密碼立即進行聲光報警。開機復位和清空輸入密碼按鍵數據采用數據傳送指令（MOV）實現，四位密碼的輸入用增1指令（INC）實現，增計數器指令（CTU）實現連續三次輸入錯誤密碼執行聲光報警程序。

PLC初始化及開機以備開鎖的程序如圖3所示。

圖3 初始化及開機程序

選擇設定密碼或輸入密碼的程序如圖4所示。

圖4 設定密碼或輸入密碼程序

輸入密碼開鎖程序如圖5所示。

圖5 輸入密碼開鎖程序

輸入錯誤密碼報警程序如圖6所示。

圖6 輸入錯誤密碼報警程序

待機狀態程序如圖7所示。

圖7 待機狀態程序

3 電路裝置的制作及調試

3.1安裝PLC控制的四位密碼鎖實驗裝置所需的元器件

根據設計要求，對安裝PLC控制的四位密碼鎖實驗裝置所需的元器件進行選型，如表2所示。

表2 PLC控制的四位密碼鎖元器件表

3.2 PLC控制的四位密碼鎖電路裝置及調試結果

制作好的PLC控制的四位密碼鎖電路裝置及調試的三種工作狀態如圖8所示。開機后，將選擇開關按鍵SB6按下不松開，通過分別順序按下按鍵SB1、SB2、SB3、SB4各幾次來設定密碼。比如，把密碼設置為“1234”，則按順序分別按下SB1一次、SB2兩次、SB3三次、SB4四次，即可設定密碼為“1234”。松開選擇開關按鍵SB6，則為輸入密碼或者待機狀態。在需要開鎖時，通過按順序分別按下SB1一次、SB2兩次、SB3三次、SB4四次，接著按下確認鍵SB5后電磁鎖YV動作，密碼鎖被打開，此時數碼管顯示字符“6”。在設定密碼或者輸入密碼的過程中，如果操作錯誤（如發現輸入某位密碼錯誤，或者設定密碼時按錯按鍵等），則可按撤銷鍵SB6撤銷前面的輸入或者設定后重新操作；在開鎖狀態下按下撤銷鍵SB6可以讓電磁鎖關鎖（電磁鎖插銷彈出），或者在誤操作發生聲光報警后按下撤銷鍵SB6，可以關閉聲光報警。當連續三次輸入錯誤密碼時，按下確認鍵SB5后立即進行聲光報警（聲光報警一體器中的燈HL發亮、蜂鳴器HA發出報警聲響），此時數碼管顯示字符“8”。系統待機時，此時數碼管顯示字符“0”，等待開鎖。

圖8 PLC控制的四位密碼鎖電路裝置及三種工作狀態圖

4 總結

PLC控制的四位密碼鎖硬件電路和程序的設計可靠，電路工作穩定性好，在輸入正確密碼時電磁鎖能打開，連續三次輸入錯誤密碼則發出聲光報警信號，安全性高，保密性強。密碼鎖在待機、開鎖、報警的時候，數碼管顯示不同的數字字符，方便人們知道密碼鎖所處的狀態。通過按鍵輸入而不需要修改程序就可以任意修改密碼，使用方便。即使修改PLC程序也相對容易，控制靈活，具有一定的推廣價值。