基于STCl2C2052單片機的無電源電子鎖系統的設計

O 引言
目前，市場上有多種基于IC卡設計的電子鎖，廣泛應用于賓館、公寓、倉庫、學校等場所。這些場合能夠提供很好的直流或交流電源，電子鎖的控制部分可以長時間方便地獲取穩定的電源。但是，在野外環境中往往不能為控制部分方便地提供電源，需要手持部分為控制部分提供電源，執行開鎖和閉鎖操作，因此傳統由控制部分提供電源的電子鎖不能滿足野外環境的需要，例如采油井、注水站、電信通訊井等，在這些地方，尤其是偏遠的地方，往往對安全性要求較高，提供電源又較為困難。
本文介紹了一種電子鎖，電子鎖系統分為控制和手持兩部分。手持部分的電源采用鋰電池，控制部分的工作電源由手持部分提供，數據線和電源線共用一根線，有效解決了上述問題，使用方便。

1 硬件系統設計
電子鎖由控制部分和手持部分組成。控制部分由STCl2C2052單片機、信號接收電路、電機驅動電路、保護電路構成，主要完成電子鎖鑰匙密碼的接收、驗證、直流電機驅動、電機保護功能；手持部分主要由STCl2C2052單片機、可充電電源電路、信號發送電路、鎖開關按鍵電路構成，主要完成電子鎖系統電源的提供，開鎖、閉鎖信號和鑰匙密碼信號的發送功能。為了使用方便，控制部分和手持部分的連接采用紐扣式接頭，外部為地，內部為電源線，通過單根電源線實現數據傳輸和控制功能。開鎖、閉鎖操作的執行由3 V直流變速電機完成，直流變速電機可以降低轉速，增大力矩。硬件系統結構示意圖如圖1所示。

1．1 STCl2C2052單片機
控制部分和手持部分微處理器采用STCl2C2052單片機。STCl2C2052除了具有運算器、控制器、RAM、FLASH、定時器、串行接口等功能部件外，還具有以下特點：SOP-20封裝，體積小；3．5～5．5 V寬工作電壓，具有ESD保護，高抗靜電干擾，抗4 kV快速脈沖干擾；-40～+80℃工作溫度范圍，低功耗的空閑和掉電工作模式，2 KB芯片內E2PROM，ISP系統在線可編程，硬件看門狗(WDT)等特點，適用于野外環境。
1．2 信號發送電路
手持部分的信號發送電路將開鎖、閉鎖信號和鑰匙密碼信號通過電源線發送到控制部分。信號發送電路由三極管Q1、二極管D1、電阻R1和線圈L1構成，如圖2所示。當單片機的P3．1輸出高電平時，Q1截止，輸出低電平時，Q1導通，電源正極通過D1、限流電阻R1和Q1接地。此時，會在電源線上產生一個瞬時的低脈沖，表明有信號發送，低脈沖信號的不同頻率代表發送的是“O”，還是“1”。

1．3 信號接收電路
控制部分信號接收電路通過電源線接收開鎖、閉鎖控制信號和鑰匙密碼信號。接收電路包括電容C1，三極管Q2和一個反向器。電源通過線圈L2給控制部分提供電源，如圖3所示。手持部分通過電源線發送信號，產生瞬時的低電平脈沖，低脈沖信號通過C1加載到Q2的基極，使得Q2處于截止狀態。此時，反向器輸出低電平信號。無脈沖信號時，Q2處于飽和導通狀態。此時，反向器輸出高電平信號。根據信號頻率可以判斷發送來的是“0”，還是“1”。1．4 直流電機倒向驅動電路
系統采用帶有變速器的3 V直流電機，通過電機的順時針、逆時針旋轉完成開鎖、閉鎖操作。倒向驅動電路由三極管Q4，Q6，Q8，Q10，Q5，Q7，Q9，Q11組成，單片機的P1．O，P1．1，P1．2，P1．3分別經反相器后接Q4，Q6，Q8，Q10的基極。電路如圖4所示。