智能密碼鎖控制系統的設計

摘 要:本系統以AT89LS52單片機為核心，輔以必要的模擬、數字電路，組成了一個多功能的智能密碼鎖控制系統。該系統能控制開、關鎖的操作，管理員可通過管理員密碼解鎖，還可設置兩個用戶密碼進行開鎖。在密碼正確，開鎖成功的狀態下播放愉快的音樂，三次密碼輸入錯誤以聲光報警提示。除上述基本的密碼鎖功能外，還具有密碼掉電存儲、聲光提示、防盜報警等功能。

關鍵詞:AT89LS52單片機 密碼鎖 液晶顯示 掉電存儲

一、引言

隨著人們生活水平的提高，如何實現家庭防盜這一問題也變得尤其突出，傳統鎖具都存在致命的弱點:第一，鎖芯采用常見的銅、鋁、鋅等材料，抵抗不了強力破壞;第二，鎖具制作工藝，技術落后，無法阻止技術手段的開啟。而目前市場上很多國內外的鎖具，實際上都不具備真正的防盜功能。在盜竊者面前，兩根鋼絲或幾件簡單的工具就可以把這些鎖打開，有的盜竊者甚至公開揚言:“沒有我打不開的鎖。”其實，不是他們有多高明，而是一般鎖具技術原理太過簡單。面對這一現狀，新時代提出了鎖具必須革命的迫切的要求。

筆者從經濟實用、操作簡單、安全可靠等角度出發，采用AT89LS52單片機，設計具有防盜報警、掉電存儲、聲光提示等功能的智能密碼鎖控制系統，它符合住宅、辦公室用鎖要求，具有較高的推廣價值。

二、系統總體結構框圖

智能密碼鎖控制系統主要由單片機控制電路、液晶顯示控制電路、電源電路、提示燈控制電路、音樂控制電路、掉電保存控制電路、矩陣鍵盤控制電路等七部分組成。控制系統框圖如圖1所示。

三、硬件電路設計

1.音樂及報警電路

(1)要產生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期(1/頻率)，然后將此周期除以2，即為半周期的時間。利用定時器計時這個半周期時間，每當計時到時后就將輸出脈沖的I/O反相，然后重復計時此半周期時間再對I/O反相，就可在I/O腳上得到此頻率的脈沖。

(2)利用AT89LS52的內部定時器，使其工作在計數器模式MODE1下，改變計數值THO及TL0以產生不同頻率，再將該頻率信號自單片機系統的外部中斷0(INT0)輸出至功率放大器(本電路采用LM386)驅動喇叭，用這種方法即可產生各種音樂，其電路如圖2所示。

2.矩陣鍵盤的設計

由于設計要求使用矩陣鍵盤中的行列式鍵盤，該設計能減少鍵盤與單片機接口時所占用的I/O線的數目，在按鍵比較多的時候，通常采用這樣方法。其具體電路如圖3所示。

在行列式鍵盤中，每一條水平(行線)與垂直線(列線)的交叉處不相通，而是通過一個按鍵來連通，利用這種行列式矩陣結構只需要N條行線和M條列線，即可組成具有N×M個按鍵的鍵盤。

在鍵盤處理程序首先執行等待按鍵并確認有無按鍵按下的程序段。當確認有按鍵按下后，下一步就要識別哪一個按鍵按下。對鍵的識別通常有兩種方法:一種是常用的逐行掃描查詢法;另一種是速度較快的線反轉法。

3.液晶顯示電路的設計

該模塊的顯示電路是為了給使用者以提示而設置的。考慮到現代密碼鎖的顯示需求，另一方面為了節約單片機的接口資源，本系統采用液晶顯示的方式，只使用單片機的10個管腳就可以完成單片機的顯示功能，顯示電路的電路原理圖如圖4所示。

4.掉電存儲電路的設計

掉電存儲電路的作用是在電源斷開的時候，存儲當前設定的開鎖信息。本系統采用AT28C16芯片達到掉電存儲的功能，AT28C16芯片可執行電擦除、可編程、有記憶的并行EEPROM存儲芯片，它采用兩線并行的總線和單片機通訊，芯片內的資料可以在斷電的情況下保存。在利用+5V電壓清除EEPROM時，通常不需要設置單獨的清除操作，而是在寫入的過程中自動清除即可。其具體電路如圖5所示，AT28C16芯片的8位數據端口、控制端口(接地)分別與單片機的P0口、讀寫數據控制信號、相連，從而構成掉電保護存儲電路。

每當設定一次開鎖信息時，系統就自動調用存儲程序，將開鎖信息保存在芯片內;當系統重新上電的時候，自動調用讀存儲器程序，將存儲器內的開鎖信息，讀到緩存單元中，供主程序使用。

5.密碼鎖的電源電路設計

本系統使用了兩種供電方式，一種是使用9V的電池供電;還有一種是使用9V穩壓電源供電。第一種方法是把9V的電壓經過半波整流，7805穩壓到5V送往電子切換電路。第二種方法是把220V市電通過變壓器降壓成9V的直流電，再經過半波整流，7805穩壓到5V送往電子切換電路，其具體電路圖如圖6所示。

四、軟件系統設計

智能密碼鎖控制系統的軟件設計主要分為以下幾個模塊。

1.主程序模塊

主程序主要完成初始化、設置中斷向量、檢查有無按鍵按下、以及調用顯示等等。

2.鍵盤掃描及識別子程序

鍵盤采用查詢的方式，放在主程序中，當沒有按鍵按下的時候，單片機循環主程序，一旦有按鍵按下，便轉向相應的子程序處理，處理結束再返回。

3.掉電存儲服務程序

在程序一開始就把存儲在AT28C16中的數據讀到RAM中，然后與輸入的密碼相比較。當修改密碼的時候，需要把修改后的密碼先保存到AT28C16中，在需要時，再從中提取。

4.顯示子程序

由于是液晶顯示數據，所以先對液晶進行初始化，然后再將相應的數據通過數據線傳送給液晶，使其顯示相應的數據和字符。在每執行一個功能，都有相應的字符顯示在液晶上，密碼在規定的時間內輸入錯誤次數超過3次，則鎖定顯示子程序的狀態。

五、系統調試

系統調試過程分為三大部分:硬件調試，軟件調試，軟件和硬件聯調。電路先按模塊逐個調試，各模塊調試成功后再進行聯調。軟件程序則先在最小系統板調試，通過后再進行軟、硬件聯調。

1.硬件調試

(1)在簡單的復位電路中，干擾易串入復位端，在大多數情況下不會造成單片機的錯誤復位，但會引起內部某些寄存器的錯誤復位，所以我們采用在RESET引腳上接上一個去耦電容。為了操作上的方便，我們采用了開機復位和按鈕復位兩種復位方式。

(2)為了節省89C52的引腳，我們把74LS373和28C16的片選端都直接接地了，還在提示燈控制電路部分采用了74HC393(二--四譯碼器)。

(3)為了使音樂更和諧、悅耳，我們采用兩個喇叭和其他一些輔助元件構成。

2.軟件調試

本系統的軟件系統采用匯編語言編寫，調試也是分模塊進行，各個模塊程序調試好后，通過調用子程序的方法，進行整體程序的合并，這樣程序結構明了，出錯概率較小。

3.軟、硬件聯調

將軟件與硬件電路連接好，然后把程序寫入單片機，先調試控制系統的各個模塊電路，確認成功后，再進行整體調試，按照智能密碼鎖使用時的具體操作步驟執行。正常運行時，智能密碼鎖控制系統效果圖如圖7所示。

六、結論

隨著科技的進步，鎖具已經發展到了磁性鎖、電子鎖、激光鎖、聲控鎖等等。在傳統鑰匙的基礎上，加了不同磁場，不同聲音，不同聲波，不同光束光波，不同圖像(如指紋、眼底視網膜等)來控制鎖的開啟。從而大大提高了鎖的安全性。但盜賊的偷盜手段同樣也變得高明，在今后我們仍需要利用新技術、新方法研制更加安全可靠的鎖具，才能讓不法之徒無從下手，人民的財產安全才能有更大的保障。

參考文獻:

[1]何樂年等.模擬集成電路設計與仿真[M]，北京:科學出版社，2008.

[2]張建軍等.單片機應用基礎[M]，北京:機械工業出版社，2008.

[3]吳金戌等.8051單片機實踐與應用[M].北京:清華大學出版社，2002.

(作者單位:珠海市高級技工學校)