基于單片機的電子密碼鎖設計

當前雖然許多智能鎖(如指紋辨別、IC卡識別)已相繼問世，但這類產品是針對特定指紋或有效卡，只能適用于保密要求高且僅供個別人使用的箱、柜、房間等。另外，卡片式的IC卡易丟失和損壞，加上其成本較高，在一定程度上限制了這類產品的普及和推廣。
電子密碼鎖具有安全性能高、成本低、功耗低、操作簡單等優點使其作為防盜衛士的角色越來越重要?，F有國內市場上的電子密碼鎖有的是通過購買一些產品模塊再開發，不具備自主知識產權；有的是自主研發的，但其功耗與成本都比較高，不具備廣泛的應用價值。為了克服這些缺點，從經濟實用角度出發，采用單片機AT89S5l與低功耗CMOS型E2PROM AT24C02作為主控器件與數據存儲器單元，設計一款可更改密碼，具有報警、實時監控和遠程管理功能的電子密碼鎖。該電子密碼鎖體積小，易于開發、成本較低，安全性高，能將其存儲的現場歷史數據及時上報給上位機系統，實現網絡實時監控，方便管理人員及時分析和處理數據。

1 電子密碼鎖的硬件設計
電子密碼鎖的硬件由核心處理模塊、電源管理模塊，執行模塊和通信模塊組成，其電路結構如圖l所示。

1．1 核心處理模塊
核心處理模塊是電子密碼鎖工作的核心，它不僅要對密碼鎖的信息進行處理，還要負責調度各種程序穩定的運行并控制其他模塊，其模塊主要由單片機，鍵盤，存儲器，顯示電路組成。其中，單片機是核心處理模塊的核心部分，其主要任務是配合軟件來完成信息處理和記錄、控制調度其他部分正常工作、電器的控制、密碼校對和修改等工作。從電子密碼鎖功能的需要、性價比、程序的數據量和接口電路等多方面綜合考慮，本文選用ATMEL公司的AT89S51單片機作為控制器的核心。鍵盤電路的設計采用4×4行列鍵盤的形式，直接由AT89S51的Pl口的高、低字節構成。

電路中選用AT24C02作為密碼和開鎖信息的存儲器，該存儲器是一款具有I2C總線接口的串行EEFROM，由于AT89S51單片機沒有I2C總線接口，在電路上選用單片機的P2．2、P2．3分別與AT24C02的SCL和SDA線相連，軟件上實現模擬I2C總線接口。在該存儲器中還保存著用戶修改后的一級、二級權限密碼和最近20次開鎖的具體時間，以及非法偷、套密碼的提示信息，用戶通過按鍵可方便的實現查閱。存儲器與單片機的連接如圖2所示。鑒于該系統在功能上要求實現密碼輸入提示、開鎖信息的查閱、時間顯示等信息，并從低成本出發，故選用SMCl602A液晶顯示模塊作為顯示電路，其電路結構如圖3所示。

1．2 電源管理模塊
該設計需要使用+5 V直流電源為整個電路供電。電路中采用一個穩壓器將輸入的直流電源電壓轉換成+5 V的電壓。另外，如果僅僅依靠外接直流電源供電會出現因停電而無法開鎖的問題，為了解決這個問題，在設計電源管理模塊時加入了自動切換電路的方案，使電池組供電和外接直流電源供電這兩種方式能夠根據實際需要迅速自動切換，從而保證電子密碼鎖可以長時間不間斷工作。電源自動切換電路選用LTC-4414器件。通過LTC4414對2個P溝道絕緣柵場效應管控制，實現2個電源高效“或”操作的自動切換電路。
1．3 執行模塊
執行電路通過單片機其中1個引腳線發出信號，經三極管放大后。由繼電器驅動電磁閥動作將鎖打開的方案，電路結構如圖4所示。另外，報警電路采用時基集成電路555及其輔助元件構成，在聯網的情況下，報警信號可通過串口擴展網絡發給主控制器，提醒管理人員注意。