智能单车密码锁设计

徐云平

（福建无线电设备有限公司，福建三明，365001）

0 引言

随着科技的飞速发展，人们的生活质量有着很大的提高，不同时代对生活要求不同，越来越多的人们不拘于传统式单车，以传统式单车为基础经过改进更能满足人们对单车更高的要求[1]。人人都想拥有一辆特制的智能单车，而单车的核心部件之一就是智能密码锁，充当着单车的管家，是人们生活不可缺少的产品，它让单车的使用更加便捷，保持个人使用安全性，同时它又是拥有单车者不可或缺的必备品，使得人们生活环境越发舒适和安全[2]。传统单车使用机械锁，使用不便，安全性不高，为了满足个人使用舒适度和安全性。本文以单片机STC89C52 作为系统的核心处器，设计了一款使用稳定、安全、成本低等特点的智能单车密码锁系统。解决了传统单车机械锁使用不便等问题，在此基础之上也可以增加蓝牙开锁、音乐播放器等功能，使得单车应用智能化，进一步满足人们的享受需要，提高了人们的生活质量和效率[5]。

1 系统总体设计

本设计以STC89C52 单片机为主要控制芯片，以及其他模块组成完整的智能单车密码锁系统，包括中央控制部分，输入部分和输出部分。中央控制部分使用STC89C52单片机，其主要功能是获取数据的输入部分，经过内部处理后，控制输出部分。输入由三部分组成，第一部分是阵列键盘。按键的主要功能是报警，锁车，重置密码，确认和取消。另外，从1～6 有6 个数字。第二部分是电源电路，它为整个系统供电。第三部分是存储单元，它使用AT24C02 芯片来存储按键输入的信息。输出包括四个部分：第一部分是LCD1602 显示模块，可以显示车锁状态，警报状态，输入密码显示，密码重置时显示等。第二部分是电机驱动控制单元的四相步进电机，模拟车锁关闭；第三部分是LED 指示灯，当车锁打开时，LED 指示灯点亮；第四部分是蜂鸣器，当键盘关闭时，警报器会发出蜂鸣声。图1 为智能单车密码锁总体框图。

图1 系统总体框图

2 硬件设计

为实现方便快捷的智能单车密码锁系统，本系统硬件电路以STC89C52 为核心、由电源电路、电机驱动电路、显示电路等模块组成[7]。

■2.1 电源电路设计

单车密码锁电源采用5V 直流供电。电源电路如图2 所示，5V 开关电源在输入时通常会伴有噪声，因此添加一个10μF 的电容进行滤波。保证输出工作电压的稳定性[8]。

图2 供电电源电路

■2.2 掉电存储电路

AT24C02 是2KB 字节电可擦除数据存储器。使用两行串行通信系统总线和单片机进行通信。工作电压最低可达到2.5V，额定电流为1mA，且静态数据电流量较大。关闭电源后，集成IC 中的材料可以在断电的情况下存储40 年以上，并且选择8 引脚DIP 封装以便于使用。电源电路如图3 所示。

图3 掉电存储电路

■2.3 显示电路

为了更好的提高密码的安全性，该程序的设计显示使用LCD1602 作为显示屏。仅在按下键盘上的功能键之后，显示器才处于开启状态。同样，只有在按功能键关闭后，显示屏才会关闭。否则，显示将从头到尾将保持其原始状态。如果需要密码才能解锁，请按键盘上的打开功能键，然后使用键盘上的数字键0～9 输入密码。每次按住数字键，显示屏上将显示*，输入中的位数将表示*的总数。输入密码后，按清除按钮。如果输入的帐户密码合适，则微处理器将在P2.3 引脚上输出低电平数据信号，以使晶体管Q2 导通，电磁线圈闭合，并且智能代码锁定（启用），帐户密码不正确，P2.3 的输出为高电平，无法打开智能密码。它指示引脚插座如图4 所示。

图4 显示电路

■2.4 报警电路

警报部分由陶瓷压电发声装置和外围电路组成。开机后不会发出声音。按下功能键时，每次按下都会发出“叮”声。输入正确的登录密码后，立即打开门。如果未正确输入登录密码，则单片机设计的P2.1 引脚为低电平，三极管Q1 引导声喇叭发出噪声报警。如图5 所示。

图5 报警电路

■2.5 电机驱动电路

采用ULN2003 芯片用于步进电机驱动电路中。图6 为ULN2003 的电路原理图。

图6 ULN2003 电路

3 系统测试

■3.1 系统功能测试

对密码锁进行调试，检验密码锁实现的功能是否达标，检查各个硬件电路，各种软件设计以及软件和硬件设计是否存在冲突，使得设计的控制系统更具有现实性。

■3.2 输入密码测试

接入电源，测试一切正常后，此时显示输入密码。输入的密码在显示屏中为隐藏状态即显示“*”，如图7 所示。密码输入完成后按下按键中的确认键“#”键，锁打开，如图8 所示。

图7 输入密码测试图

图8 开锁测试图

■3.3 修改密码测试

如图 9 所示，若要修改密码，需要先按下“D”键输入管理员密码，管理员密码为123456。然后再输入两次新密码，如图10 所示。最后，按下“#”键显示新密码设置成功，如图11 所示。

图9 继电器闭合测试图

图10 输入新密码实物测试图

图11 新密码设置成功测试图

当密码输入错误时，显示屏显示密码错误。若输入的密码连续错误三次，则密码锁定三分钟，此时按下任意的按键蜂鸣器会当作按键音响一次来提示密码锁正处于锁定状态。

4 结束语

本文设计了一款基于单片机用于智能单车的密码锁，以解决个人单车的安全防御问题，主要以STC89C52 单片机为核心设计外围控制电路，主要包括单片机硬件电路设计和系统软件设计，硬件电路具体包括电源电路，显示电路、电机驱动电路、矩阵键盘，LED 指示和报警电路。系统软件包括主程序流程设计、按键函数流程设计、确认函数流程设计、重置密码函数流程设计。系统软件可以执行基本的密码锁功能，例如解锁，显示密码和更改密码。除了上述基本的密码锁功能外，还具有断电存储功能。该系统软件成本低廉，功能易用，应用范围广，能够高效地发挥单车安全防御的功能。