基于WiFi的51單片機(jī)雙層密碼保險(xiǎn)箱的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

曾維鵬,黃 果

（海南軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院，海南瓊海，571400）

基于WiFi的51單片機(jī)雙層密碼保險(xiǎn)箱的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

曾維鵬,黃 果

（海南軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院，海南瓊海，571400）

本設(shè)計(jì)以WiFi的51單片機(jī)模塊WiFiPro-C5110為主控核心，結(jié)合4*4矩陣鍵盤、LCD12864液晶屏、繼電器、蜂鳴器、LED等電路構(gòu)成一套完整的雙層密碼保險(xiǎn)箱系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)、矩陣鍵盤輸入開鎖密碼，同時(shí)要求通過(guò)手機(jī)、平板等移動(dòng)設(shè)備輸入授權(quán)密碼，當(dāng)開鎖、授權(quán)密碼都正確的情況下方能打開保險(xiǎn)箱鎖。該保險(xiǎn)箱具有開鎖密碼、授權(quán)密碼掉電均不丟失，且密碼鎖在掉電的情況下處于不能開啟狀態(tài)。

單片機(jī)； WIFI模塊；矩陣鍵盤；LCD12864液晶屏

0 引言

在日常生活和工作中，單位的文件檔案、一些個(gè)人資料的保存多以加鎖的方法來(lái)解決。目前門鎖主要彈子鎖，其鑰匙容易丟失。機(jī)械鎖結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，精度要求高，成本高，且易出現(xiàn)故障，使用極不方便，且鑰匙丟失后開鎖也不便且安全性低。針對(duì)以上缺陷電子密碼鎖替代鑰匙密碼鎖應(yīng)運(yùn)而生。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，密碼鎖也出現(xiàn)了很多的種類，功能日益強(qiáng)大，使用更方便，安全保密性更好，從以前的單密碼輸入發(fā)展到現(xiàn)在的雙層密碼鎖，實(shí)現(xiàn)了真正的電子加密。本文所設(shè)計(jì)的雙層密碼保險(xiǎn)箱保險(xiǎn)箱鎖在按鍵輸入開鎖密碼和手機(jī)、平板等移動(dòng)設(shè)備輸入授權(quán)密碼都對(duì)的情況下方可打開保險(xiǎn)箱鎖，用戶只有密碼或手機(jī)授權(quán)碼是無(wú)法開鎖的，實(shí)現(xiàn)雙層密碼保護(hù)。

1 系統(tǒng)方案論證與比較

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

雙層密碼箱保險(xiǎn)系統(tǒng)由以WiFi的51單片機(jī)模塊WiFiPro-C5110為主控核心，該模塊是帶WiFi模塊的STC12C5A60S2，結(jié)合4*4矩陣鍵盤、LCD12864液晶屏、繼電器、蜂鳴器、LED等部分構(gòu)成。

2 方案比較與選擇

（1）WiFi模塊方案比較與選擇

方案一：獨(dú)立串口的WiFi模塊ESP8266：通過(guò)串口與單片機(jī)的串口相連，發(fā)送數(shù)據(jù)。

方案二：兼容WiFi的單片機(jī)模塊WiFiPro-C5110：STC12C5A60S2兼容WiFi模塊，WiFiPro封裝了全部的WiFi及TCP/IP網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)，通過(guò)Web頁(yè)面設(shè)置好參數(shù)，單片機(jī)無(wú)需復(fù)雜的WiFi和網(wǎng)絡(luò)操作，只需要把數(shù)據(jù)發(fā)送到串口，所有的傳輸由WiFiPro完成，網(wǎng)絡(luò)接收的數(shù)據(jù)直接通過(guò)串口進(jìn)入單片機(jī)，二次開發(fā)非常簡(jiǎn)單。

綜上所述，本設(shè)計(jì)選擇方案二WiFiPro-C5110。

（2）存儲(chǔ)器方案比較與選擇

方案一:AT24C04該系列芯片除具有一般串行EEPROM的體積小，功耗低，容量大等特點(diǎn)。

方案二:STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)部就自帶高達(dá)1K FLASH ROM,雖然容量只有1K,但是相對(duì)該項(xiàng)目足夠使用。

綜上所述，本設(shè)計(jì)選擇方案二STC12C5A60S2。

經(jīng)過(guò)上述論證，本項(xiàng)目采以涵蓋WiFi及 STC12C5A60S的WiFiPro-C5110單片機(jī)為主控核心，結(jié)合LCD12864液晶屏、矩陣鍵盤、蜂鳴器、LED構(gòu)成一套完整的雙層密碼保險(xiǎn)箱設(shè)計(jì)。

3 電路與程序

3.1 電路設(shè)計(jì)

12864液晶顯示模塊是128×64點(diǎn)陣型液晶顯示模塊，可顯示各種字符及圖形，可與CPU直接接口，具有8位標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線、6條控制線及電源線。12864液晶顯示器的數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)的P2口相連，接收單片傳送過(guò)來(lái)的顯示數(shù)據(jù)。

矩陣鍵盤是由16個(gè)按鍵組成，4個(gè)一組，將每個(gè)按鍵的一端連接在一起組成行線，另外一端連接在一起組成列線，再將這8根線連接至單片機(jī)的P0口，通過(guò)按鍵掃描程序?qū)崿F(xiàn)4*4矩陣鍵盤功能。

如果系統(tǒng)輸入錯(cuò)誤密碼需要報(bào)警時(shí)，單片機(jī)的P3.6端口輸出一個(gè)特定的頻率信號(hào)，通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，通過(guò)內(nèi)部程序改變P3.6端口的輸出信號(hào)頻率，可以聽到不同的報(bào)警聲。

單片機(jī)的P3.7端口是雙層保險(xiǎn)鎖的開關(guān)控制端，當(dāng)單片機(jī)接收到開鎖信號(hào)時(shí)，繼電器處于閉合狀態(tài)，保險(xiǎn)鎖開啟；當(dāng)單片機(jī)沒有收到開鎖信號(hào)時(shí)，繼電器處于斷開狀態(tài)，保險(xiǎn)鎖不打開；由于繼電器是連接在常開端，當(dāng)斷電時(shí)保險(xiǎn)鎖不能被開啟。

WiFiPro-C5110帶WiFi的51單片機(jī)模塊，其通過(guò)串口2接收WiFi透?jìng)鲾?shù)據(jù)，通過(guò)串口2發(fā)送S2BUF將單片機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送到手機(jī)或平板電腦上，通過(guò)串口2接收S2BUF接收數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

3.2 程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)任務(wù)要求，需要輸入密碼，所以采用矩陣鍵盤作為輸入，將密碼在液晶顯示屏上顯示且顯示密碼功能，所以采用LCD12864液晶顯示屏。指紋檢測(cè)模塊通過(guò)外部中斷0判定接收的指紋是否正確，是否應(yīng)該打開密碼鎖。單片機(jī)串口2接收手機(jī)輸入授權(quán)碼值以及修改授權(quán)碼值，程序流程圖見圖3。

圖3 程序流程

本設(shè)計(jì)由鍵盤掃描函數(shù)keyscan()、液晶顯示屏函數(shù)LCD（）、寫EEPROM函數(shù)Byte_Program(eeprom_address+i,wdata1[i])、讀EEPROM函數(shù)Byte_Read(eeprom_address+i)、串口發(fā)送接收處理函數(shù)ScanComB()、以及指紋識(shí)別函數(shù)INT_0()、高頻蜂鳴器報(bào)警函數(shù)beephigh()、低頻蜂鳴器報(bào)警函數(shù)beeplow()以及繼電器relay()函數(shù)構(gòu)成。

鍵盤掃描函數(shù)keyscan()主要功能是識(shí)別4*4按鍵的鍵值，判斷用戶按下的是哪個(gè)按鍵。4*4的按鍵分別是數(shù)字0-9以及確定鍵、刪除鍵、返回鍵。

液晶顯示屏函數(shù)LCD（）包含了清屏函數(shù)clr_screen()、屏幕顯示位置函數(shù)lcd_pos(3, 0)、將要顯示的內(nèi)容存放在數(shù)組DIS5中通過(guò)寫數(shù)據(jù)wr_string(DIS5)函數(shù)送到液晶顯示屏顯示。

寫 EEPROM函 數(shù) Byte_Program(eeprom_ address+i,wdata1[i])，將要寫入EEPROM中的數(shù)組存放于數(shù)組,wdata1[i]，制定存放地址eeprom_address，通過(guò)該函數(shù)寫入EEPROM中，需要讀取時(shí)通過(guò)讀EEPROM函數(shù)Byte_Read(eeprom_ address+i)將eeprom_address+i地址中的數(shù)據(jù)讀取出來(lái)。讀寫EEPROM非常容易，STC12C5A60S2技術(shù)手冊(cè)中有相應(yīng)的例程，但需要注意幾點(diǎn)問(wèn)題，第一寫入EEPROM時(shí)，由于EEPROM中的數(shù)據(jù)只能有1變?yōu)?，因此重復(fù)寫入同一地址的數(shù)據(jù)必須先擦除扇區(qū)，使扇區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)變?yōu)?xFF。第二地址不能自動(dòng)加1，調(diào)用函數(shù)時(shí)需要寫清楚寫入的地址。第三使用時(shí)，建議同一次修改的數(shù)據(jù)放在同一個(gè)扇區(qū)，不同一次修改的數(shù)據(jù)放在不同扇區(qū)，否則容易出錯(cuò)。STC12C5A60S2有兩個(gè)扇區(qū)可以使用。

串口發(fā)送接收處理函數(shù)ScanComB()主要功能是利用串口2通過(guò)2數(shù)組分別接收手機(jī)發(fā)送的4位授權(quán)碼，以及修改后的授權(quán)碼信息。

指紋識(shí)別函數(shù)INT_0()利用外部中斷0函數(shù)實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)購(gòu)買的指紋模塊，自帶指紋錄入，指紋識(shí)別等功能，當(dāng)搜索到的指紋是已錄入指紋則指紋模塊繼電器端口從高電平變?yōu)榈碗娖剑眠@一特征，實(shí)現(xiàn)指紋解鎖功能時(shí)，將繼電器com連接到單片機(jī)外部中斷，當(dāng)下降沿到來(lái)，進(jìn)入外部中斷0中斷服務(wù)程序，實(shí)現(xiàn)解鎖恢復(fù)原始密碼功能。

4 系統(tǒng)測(cè)試

開機(jī)上電后，LCD液晶顯示屏顯示歡迎使用密碼鎖，1輸入密碼2修改密碼3設(shè)置授權(quán)碼。系統(tǒng)內(nèi)部存有原始密碼1234，授權(quán)密碼也為1234。選擇1，輸入密碼1234，密碼正確后提示“密碼已核對(duì)，請(qǐng)輸入授權(quán)碼”，此時(shí)從手機(jī)上輸入授權(quán)碼1234。密碼正確液晶屏顯示“密碼鎖已打開”，此時(shí)繼電器打開，LED指示燈亮。如果輸入過(guò)程中，密碼不正確或者授權(quán)碼不正確且次數(shù)超過(guò)3次，此時(shí)液晶屏顯示“輸入超限，系統(tǒng)已鎖死，請(qǐng)使用指紋解鎖”。此時(shí)可以使用指紋解鎖并重新設(shè)置密碼及授權(quán)碼。修改密碼及設(shè)置密碼都需要輸入原始密碼核對(duì)無(wú)誤后，方可輸入新密碼。

5 結(jié)論

本設(shè)計(jì)以STC12C5A60S2單片機(jī)作為雙層密碼鎖核心,結(jié)合鍵盤電路,LCD顯示電路,報(bào)警電路和開鎖機(jī)構(gòu),通過(guò)對(duì)單片機(jī)的編程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)電子密碼鎖的基本功能，實(shí)驗(yàn)證明利用單片機(jī)設(shè)計(jì)的密碼鎖不僅保密性好、成本低、功耗低、操作簡(jiǎn)單、而且跟傳統(tǒng)的機(jī)械鎖相比還多了隨機(jī)開鎖成功率幾乎為零、密碼可變、誤碼輸入保護(hù)、多次錯(cuò)誤報(bào)警、斷電記憶等優(yōu)點(diǎn)。它的性能與安全性已遠(yuǎn)在機(jī)械鎖之上。

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Design and Implementation of Double Password Safe Base On WiFi Of Small Single-chip

Zeng Weipeng,Huang Guo
(Hainan Software Profession Institute，Qionghai Hainan，571400，China)

The design of WiFi 51 MCU module WiFiPro-C5110 as the core of the master,with 4 * 4 matrix keyboard,LCD12864 LCD screen,relays,buzzer,LED and other circuits constitute a complete set of double password safe system.The system through the microcontroller,matrix keyboard input unlock password, and requires mobile phones,tablet and other mobile devices to enter the authorized password,when unlocking, authorized password is correct circumstances can open the safe lock.The security lock has a lock password, power-down password is not lost,and the password lock in the case of power-down can not be turned on.

Micro-Control-Unit;WIFI; 4 * 4 matrix keyboard;12864 LCD screen

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

曾維鵬（1982—），男，副教授，碩士學(xué)位，主要從事智能診斷、智能規(guī)劃等方面的教學(xué)與研究工作

2015海南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20156249）