基于AT89S52与LD3320的智能门锁设计

朱安祥， 周岳斌

（湖北文理学院机械与汽车工程学院， 湖北　襄阳　441053）

引言

中国已成为防盗门生产和消费大国。传统的防盗门锁需要单一钥匙打开，且无预警功能，已经不能再满足人们的需求，新型智能门锁越来越受到人们的青睐。但市面上现有的一些厂家生产的高级智能门锁，一般造价较为昂贵，普通家庭难以承受，且安装使用不够方便灵活，因而应用范围有限。针对以上问题，本设计采用AT89S52单片机为核心，利用语音识别芯片和密码按键实现门锁双重加密功能。用户可自行设置密码，并设有掉电保护，非正常原因停电时，能自动保存上次修改的密码[1]。语音识别芯片在用户正确说出两级口令后，由单片机处理按键输入密码。当两部分都正确时，门锁打开。门锁打开一段时间后，若用户不关闭将有报警提示。此外，系统配有无线通信接口，可以远程控制开关门锁，同时采用液晶显示当前室内温湿度和门锁状态，使用更加方便灵活。

1　系统总体设计

系统总体设计框图如图1所示，主要包括语音识别、按键识别、无线控制、执行电路和辅助电路五个部分。

1）语音识别。语音识别芯片设置为两级口令模式，口令内容用户可自由更改。当语音识别芯片识别两级口令正确后，通过串口给单片机发送信号，同时液晶显示提示信息。单片机接收信号后进入按键检测。

2）按键识别。用户由矩阵键盘输入四位开门密钥，同时还设有密码修改和密码保存功能键。开门时如果错误输入会有报警提示，三次报警之后会锁定按键。修改密码时，用户在键入四位新密码后使用单片机内部加密算法加密，更改的密码会存入AT24C02可擦写存储器中[2]。

图1　系统总体设计框图

3）无线控制。系统外接一个专用的WIFI接口芯片，可以连接家庭的无线路由器[3]。用户利用WIFI通讯连接手机，使用手机APP就可以方便快捷地实现门锁的远程开关控制。

4）执行电路。主要包括继电器和电磁锁两个部分，继电器是门锁开关的执行机构，电磁锁利用电磁效应，在线圈通电后产生磁场对铁制锁舌有较大的吸引力，通电则开门断电关门。

5）辅助电路。包括液晶显示、温湿度检测、报警和供电电路。门锁打开后超过3 min如果没有关闭门锁，报警电路使用蜂鸣器进行报警提示。

2　硬件设计

2.1　最小系统

AT89S52单片机是整个系统的主控单元，其最小系统硬件设计如下页图2所示，主要实现语音识别、WIFI通讯、液晶显示和按键加密功能。该单片机有8KB可编程Flash存储器，32个可编程IO口，8个中断向量源，3个16位定时计数器和1个全双工串行通道。单片机使用11.0592MHZ晶振，P0口接入语音芯片P0.0—P0.7引脚接收语音信号，P1.2—P1.4是液晶显示指令控制引脚，P2口输出液晶显示数据，P3.0、P3.1连接WIFI模块URXD和UTXD接收远程控制信号。

图2　单片机最小系统

2.2　语音识别电路

语音识别模块是双重门锁控制中的第一重，用来识别用户声音并传递给单片机信号。选用的LD3320芯片由ICRoute公司设计生产，集成了语音识别处理器和一些外部电路，包括AD、DA转换器、麦克风接口、声音输出接口等。不需要外接辅助芯片如Flash、RAM等，直接集成在现有的产品中即可实现语音识别/声控/人机对话功能。并且，识别的关键词语列表可以任意动态编辑。声音信号由芯片ICR_MICP和ICR_MICN引脚连接麦克风录取，LD_A0引脚置为高电平，选用并行通讯方式，通讯控制引脚分别连接单片机的P3.2—P3.7的IO引脚。芯片外围电路如图3所示。

图3　语音识别电路

2.3　无线控制电路

为实现手机连接WIFI网络，无线发送开关信号控制门锁开关的功能，设计选用的ESP8266是一款低功耗无线通讯芯片[4-5]。该芯片采用集成一键式配置，支持P2P远程协议栈和串口WIFI透传。芯片的LNA引脚连接外围天线接收无线信号，SD_D0～SD_D3、SD_CMD、SD_CLK引脚分别连接FLASH存储芯片对应接口，存储解算数据，时钟引脚接入26MHZ晶振，CHIP_EN、XPD、GPIO0接入高电平选择工作模式为AT+STATION。芯片外围电路如图4所示。

图4　无线控制电路

3　软件设计

软件程序使用C51编写，在Keil环境下编译调试，主程序流程图如图5所示。考虑到用户可能会用不同的词来发出开锁命令，需把用户的发音习惯考虑到程序设计中，在主程序中编辑了20个词条，用户在发出开锁命令后，能被准确识别执行的效率大大增加。液晶显示屏第一行显示温湿度，第二行为密码，根据操作的状态显示不同的英文词条。更改密码需要在正确输入原密码时才能进行。

图5　程序流程图

4　结语

设计给出了一种新型智能门锁的设计方案，采用语音和按键输入双重保密验证措施，同时也可使用WIFI无线控制，增加了系统的安全性。语音识别的词条密码可以更改，灵活性强，设计使用AT89S52主控芯片和LCD液晶显示，所选用的硬件模块功耗小，成本低，结构小巧，使用方便，能够解决广大用户的需求，具有较好的实用价值和推广意义。

[1]王中心，王东方，王亚伟，等.基于LD3320语音识别模块的智能家居声控系统[J].物联网技术，2016（11）：19-21.

[2]曾维鹏，黄果.基于WIFI的51单片机双层密码保险箱的设计与实现[J].电子测试，2016（22）：24-25.

[3]陆皓彦，戚雪莲，管天祥，等.基于无线网络的智能门禁系统设计[J].科技展望，2017，27（9）：9.

[4]姚海燕.基于MCS-51单片机的智能门禁系统的设计[J].常州信息职业技术学院报，2016，15（1）：21-23.

[5]黄俊杰.基于AT89C52的自动门控制器的设计[J].信息通信，2016（8）：51-52.