基于MCU 的智能密码锁控制系统

2021-05-07孙鹏宇魏立明

北方建筑 2021年2期

孙鹏宇，魏立明

（吉林建筑大学电气与计算机学院，吉林长春 130118）

0 引言

智能密码锁是靠密码控制锁的正常工作，当人们输入密码的时候，采用电路进行开锁。智能锁的样式种类繁多：采用数字逻辑电路、采用FPGA 中VHDL 语言来控制、也有采用在电子行业中最基本的51 单片机驱动的。目前市场上应用较为广泛的智能锁都是以芯片为核心，通过编程使得软硬件结合实现智能锁的基本功能，以达到人们所需的基本要求。该智能锁的性能及安全性已经远远超过了传统的机械锁，并且该锁的特点在于保密性强，随机输入密码成功开锁的概率为零；可以随时修改自己设置的密码，从而防止密码被窃；无需像传统的机械锁携带钥匙才能开锁，操作性简单，使用的灵活性好并且寿命长。

1 系统简介及工作原理

1.1 系统简介

本文设计的电路是以STC89C52 为核心组成的闭环控制系统。利用单片机的灵活编程特点和I/O端口控制的准确性，从而实现智能密码锁的基本功能。该系统设计的总体框架如图1 所示。

1.2 主芯片的原理

图1 智能锁设计的总框图

本设计采用STC89C52，它是一款性价比高的芯片[1]。芯片中的掉电模式，该模式中除外部中断外，复位电路、晶体振荡器电路、定时器、串口等其他外部电路均处于停止工作状态。另外一种模式是休眠模式，该模式中相关的外围电路皆处于运作状态，单片机中一些没有接触到的存储器及寄存器里面的数值保持不变。因此，芯片正常工作时的功耗为4 mA～7 mA，在空闲模式时其功耗降至2 mA。STC89C52 的结构有40 个引脚，芯片的引脚可以分为电源引脚、时钟引脚、控制引脚。该芯片内部结构和引脚分配如图2 所示。

图2 STC89C52 引脚分配图

1.3 继电器的原理

本文使用的继电器主要用于解锁功能。它是一种电控装置，具有输入输出相互转换的关系特性。每当输入电压和输入电流达到一定值时，继电器就会被电路控制的输出电路断开或接通。继电器模块本身具有非常明显的特点，例如：占用空间小、使用寿命长、运行相对稳定等。该器件的内部是由3 个部分组成，即线圈、铁片、接触簧片。该器件的工作原理如下：插电时线圈就会自动产生电流从而发生磁现象，该器件当中的铁片会因为磁性的关系，自动把弹簧贴到铁片上，从而使继电器正常工作[2]。相反，当电源断开时，它们会互相排斥，从而达到电路通断的效果。该继电器的引脚如图3 所示。

图3 继电器引脚图

2 系统硬件电路设计模块

2.1 液晶屏显示设计模块

为了使密码锁的密码显示效果更好，本系统采用LCD12864 液晶显示器，本显示器自带中文库，显示时会更加简洁[3]。因此，本设计的密码显示模块采用液晶屏LCD12864 来完成。该液晶屏的工作原理是每当按下键盘上面的启动键时，液晶屏就会自行开启，使该显示处于开启状态。反之，按下关闭键盘后，屏幕变黑处于关闭状态。如果启动键和关闭键都没有按下去，液晶屏就会一直处于出厂时的状态。当智能密码锁进行开启时，只要按下开启键，利用矩阵键盘上的数字0～9 来输入自己所设置的密码，当按下相应的数字，液晶显示器就会自动显示出一个*,设置了多少位密码，该屏幕也会显示对应的个数。当密码输入完成后按下确认键时，若密码正确，该12864 型的LCD 显示屏会显示正确，从而会使单片机其中的引脚输出低电平，会与液晶显示屏模块相连的器件自动导通，从而使密码锁打开，一旦输入密码错误，显示不正确，此时单片机当中的引脚输出高电平，使得密码锁无法打开。因此，只要利用该显示模块，就可以完全知道该智能锁是否处于开锁状态。该液晶显示模块原理如图4 所示。

2.2 开锁设计模块

本文开锁模块采用继电器进行设计以实现模拟开锁，该模块主要是由电磁式继电器、三极管及电阻组成[4]。该电路的主要功能就是当密码输入正确后会实现开锁，本电路电阻的一个引脚与单片机其中的一个引脚相连接时，单片机产生低电平的时候，经过电阻和三极管的放大之后，从而驱动继电器中的电磁阀以实现开锁。当输入密码正确后，单片机才能将继电器控制，继电器中的阀门打开之后使电磁片下压，从而使智能密码锁开锁，反之一直处于初始状态[5]。开锁模块的核心原理如图5 所示。