電子寄存柜智能控制器的設計與實現

雷鳴　宣秋宇　李鵬　魯望周

摘要：本文介紹了一種基于STC89C52單片機的電子寄存柜智能控制系統，以STC89C52為主控制器，結合主控制模塊，輸入顯示模塊和執行模塊等實現對電子寄存柜的控制。此電子寄存柜智能控制系統能控制8個存包柜，利用STC89C52的輸出電平來控制柜門的打開。該系統硬件經濟實用，操作方便，簡單且便于安裝。

關鍵詞：電子寄存柜;控制器;STC89C52

中圖分類號：TS914.211 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）05-0021-03

1 設計背景與意義

隨著社會的發展和人民生活水平的提高，在日常生活中，人們對鎖具的安全性和便捷性有了更高的要求。既要安全可靠的防盜，又要使用方便，人們越來越需要更好的鎖具。由于傳統機械鎖的原理簡單、復雜性較低、互開率非常高的。所謂的互開率是評判一個鎖具技術質量的標準。也就是一把鑰匙能開幾把鎖的比率。通過此前公布的鎖具產品質量國家監督抽查結果顯示， 互開率不合格仍是國產鎖具面臨的最大質量問題[1]。而且在日常的生活和工作中， 家門、公司門、一些物品的保存所使用的鎖具大多數是傳統的機械鎖。大量的使用傳統的機械鎖具，人們經常需要攜帶很多的鑰匙。由于大多的鑰匙都是金屬制作的，所以隨身攜帶特別的不方便，鑰匙丟失后，遺失物品的風險大大增加。所以傳統的機械鎖具已經不能滿足人們的對鎖具的需求。隨著科學技術的日益發展，使用密碼代替鑰匙的電子密碼鎖的出現正好迎合了大眾的心理， 這種電子密碼鎖具有很強可創造性。此外，電子密碼鎖應用起來更加的方便，安全性較強，而且電子密碼鎖設計方案較簡單，花費較低的資金就能夠實現，具有高安全性、低成本、低功耗、易操作的優點，有很強的實用功能[2]。為了方便人們在公共場合私人物品的寄存，快遞的寄存等。在電子密碼鎖的基礎上進行功能擴展，從一鎖一門擴展到一鎖多門，加入顯示模塊和一些特殊功能鍵。運用而生出功能更加完善，使用范圍更廣的電子寄存柜智能控制器系統。

2 電子寄存柜智能控制器的硬件組成

在這個系統的設計和實現中，硬件是即既是關鍵也是基礎，它對整個成果的控制效果、穩定性、反饋的準確性和時效性都有直接影響。該系統的硬件部分主要包括主控制器、輸入模塊、顯示模塊、開鎖模塊、電源模塊和復位振蕩模塊等。主控制器使用的是STC89C52嵌入式微控制器[3]，輸入模塊是一個4×4矩陣鍵盤，顯示模塊是一個LCD1602液晶顯示屏。主要工作流程：使用者在按下“存包”鍵后，主控制器隨機給出4為密碼，當使用者按下“取包”鍵后，然后通過輸入模塊輸入密碼，主控制器將輸入的密碼與初始密碼進行比對，然后主控制器再把對比的結果發送給顯示模塊和解鎖模塊，相應模塊進行相應的動作來控制相應的電磁鎖。

系統結構如圖1所示。

3 電子寄存柜控制器的設計實現

3.1 電子寄存柜智能控制器主控單元

電子寄存柜智能控制系統的主控制器采用的是STC89C52微控制器（一個8位微控制器帶8K字節的系統可編程Flash）。

STC89C52微控制器具有以下標準功能：8k字節Flash，32位I/O口線，512字節RAM，3個16位定時器/計數器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結構（兼容傳統51的5向量2級中斷結構），內置4KBEEPROM，MAX810復位電路，看門狗定時器，全雙工串行口。而且STC89C52可降至0Hz靜態邏輯操作，支持2種軟件可選擇節電模式。掉電保護模式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作都停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選，是一種低功耗、高性能的CMOS8位微控制器。

主要特性有：（1）8K字節程序存儲空間（ROM）;（2）512字節數據存儲空間（RAM）;（3）內帶4K字節帶電可擦可編程只讀存儲空間（EEPROM）;（4）可直接使用串口下載。

圖2是其主程序流程圖。

3.2 輸入模塊

輸入模塊采用的是4×4矩陣鍵盤。由于輸入模塊需要使用較多的按鍵，使用獨立按鍵所需的I＼O口太多，所以不采用獨立按鍵而是采用4×4矩陣鍵盤。4×4矩陣鍵盤由行線和列線組成，也稱行列式鍵盤，每個行線和列線的交叉點上都有一個按鍵。密碼鎖的密碼輸入由鍵盤來完成。為了實現“存包”和“取包”動作的功能，4×4矩陣鍵盤中的一些按鍵被作為特殊功能鍵來使用，每個按鍵的不同功能通過程序[4]來賦予。每個按鍵的功能和4×4矩陣鍵盤與單片機引腳連接如圖3所示。

4×4矩陣鍵盤的原理：每一個按鍵的行值和列值都是固定的，行值和列值的所組成的二維數組就可以給每一個按鍵進行編碼。矩陣鍵盤的行線和列線通過一個8位的并行接口和微控制器通信。鍵盤的處理程序任務是：確定有無鍵按下，判斷哪一個鍵按下，鍵的功能是什么;還要消除按鍵在閉合或斷開時的抖動。8位并行接口中，低4位輸出掃描碼，使按鍵逐行動態接地，高4位并行口輸入按鍵狀態，由行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼而識別按鍵，通過軟件查表，查出該鍵的功能[5]。其程序流程如圖4所示。

3.3 顯示模塊

為了使人機界面更加的人性化，所以本設計采用液晶顯示器LCD1602來替代普通的數碼管作為顯示模塊。LCD1602即該LCD的點陣是16行*2列，總共有32個像素點[6]。顯示模塊電路連接圖如圖5所示。

1602LCD主要技術參數：

（1）顯示容量：16×2個字符;（2）芯片工作電壓：4.5-5.5V;（3）工作電流：2.0mA（5.0V）;（4）模塊最佳工作電壓：5.0V;（5）字符尺寸：2.95×4.35（W×H）。

在顯示模塊工作時，顯示器會顯示“Welcome to Coded Locks”，當使用者按下存包按鍵，主控制器隨機生成的4位密碼，然后在顯示器上會顯示出“Password”和“Door Number”——所打開的柜門編號，使用者需要記住此密碼。開鎖時，使用者按下取包按鍵，顯示器上會顯示“Please enter password”，然后利用輸入模塊的4×4矩陣鍵盤輸入密碼，每當使用者按下一個數字按鍵后在顯示器上就會顯示一個“*”。當4位密碼全部輸入后，按下確認鍵，如果密碼正確，對應的電子密碼鎖被打開，如果密碼錯誤，顯示器將會顯示“Wrong”。當8個柜子全部存滿，使用者再按下存包按鍵，顯示器將會顯示“Full”。

4 結語

電子寄存柜智能控制器采用STC89C52微控制器來實現。設計主要分為硬件和軟件兩個部分。使用微控制器制作的電子寄存柜智能控制器具有軟件和硬件設計簡單，易于開發，成本較低，安全可靠，操作方便等特點，可應用于公共場合私人物品的寄存，快遞的寄存等需要防盜的場所。本設計的實用性很強且具有較可靠的性能，響應速度很快，使用起來方便，但該系統還有很大開拓空間，這些都需要我們進一步的實現，我們也正繼續努力設計和改進方案來實現更加強大的功能。

參考文獻

[1] 彭燮.國產鎖具互開率多不合格[J].廣西質量監督導報，2015（02）：23.

[2] 肖萌萌.電子密碼鎖控制電路設計[J].黑龍江科技信息，2017（15）：38.

[3] 李全利.單片機原理及應用[M].高等教育出版社，2012.

[4] 馬忠梅.單片機的C語言應用程序設計[M].科學出版社，2007.

[5] 譚艷.單片機矩陣按鍵掃描程序設計[J].數字化用戶，2013，19（09）：44.

[6] 李維提，郭強.液晶顯示應用技術[M].北京：電子工業出版社，2005.