PLC控制的四位密碼鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

謝述雙，周明理

（北海職業(yè)學(xué)院，廣西 北海 536000）

0 引言

隨著人們生活水平不斷提高，密碼鎖越來(lái)越被人們廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的機(jī)械式密碼鎖，密碼設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，很容易被破解，可靠性差，安全性能不高，也不夠靈活。一旦忘記密碼就要重新解鎖、開(kāi)鎖甚至換鎖。[1]

人們對(duì)密碼鎖的安全性及操作方便等要求，促進(jìn)了電子密碼鎖的發(fā)展，尤其是PLC控制技術(shù)在電子密碼鎖中的應(yīng)用，避免了機(jī)械式密碼鎖的安全性能不高、密碼量少等缺點(diǎn)[2]。PLC控制的密碼鎖指令系統(tǒng)強(qiáng)大，能將輸入的密碼與正確的密碼比較，只有密碼正確才能打開(kāi)，輸入錯(cuò)誤密碼能發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。[3]PLC是性價(jià)比較高的自動(dòng)化控制元件，采用PLC控制降低了電子密碼鎖的成本。[4]因此，通過(guò)編寫PLC程序可以實(shí)現(xiàn)密碼鎖的自動(dòng)控制，程序修改方便，保密性強(qiáng)。PLC控制的密碼鎖將會(huì)在生活各個(gè)領(lǐng)域如民用住宅大門、各小區(qū)或公寓樓單元門禁、車庫(kù)門等得到推廣應(yīng)用。

1 硬件設(shè)計(jì)

PLC控制的四位密碼鎖由電源電路、按鍵輸入電路、電磁鎖開(kāi)鎖電路、聲光報(bào)警電路、共陰數(shù)碼管顯示電路構(gòu)成。采用單相交流電源供電，熔斷器做短路保護(hù)。選用西門子S7-200系列的224XPCN的PLC，PLC的輸入點(diǎn)I0.0-I0.6分別接按鍵式按鈕SB1-SB7。PLC輸出點(diǎn)Q0.0-Q0.6與開(kāi)關(guān)電源1連接，開(kāi)關(guān)電源1把220V交流電轉(zhuǎn)換成5V直流電供共陰數(shù)碼管工作。PLC輸出點(diǎn)Q1.0控制聲光報(bào)警電路，PLC輸出點(diǎn)Q1.1與開(kāi)關(guān)電源2連接，開(kāi)關(guān)電源2把220V交流電轉(zhuǎn)換成24V直流電供電磁鎖工作。電路設(shè)計(jì)考慮密碼鎖的安全性和可靠性，便于按鍵輸入的操作和密碼的更改，報(bào)警聲音響亮，燈光信號(hào)直觀可見(jiàn)。PLC控制的四位密碼鎖電路原理圖如圖1所示[5]。

圖1 PLC控制的四位密碼鎖的電路原理圖

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1程序設(shè)計(jì)流程圖

PLC控制的四位密碼鎖的程序設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。

圖2 PLC程序設(shè)計(jì)流程圖

2.2 PLC的I/O分配表

依據(jù)PLC控制的四位密碼鎖設(shè)計(jì)的電路原理圖，列出PLC的I/O分配表，如表1所示。

表1 PLC的I/O分配表

2.3 PLC程序設(shè)計(jì)

PLC控制的四位密碼鎖的程序設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的主要功能為：輸入正確密碼能開(kāi)鎖，連續(xù)三次輸入錯(cuò)誤密碼立即進(jìn)行聲光報(bào)警。開(kāi)機(jī)復(fù)位和清空輸入密碼按鍵數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)傳送指令（MOV）實(shí)現(xiàn)，四位密碼的輸入用增1指令（INC）實(shí)現(xiàn)，增計(jì)數(shù)器指令（CTU）實(shí)現(xiàn)連續(xù)三次輸入錯(cuò)誤密碼執(zhí)行聲光報(bào)警程序。

PLC初始化及開(kāi)機(jī)以備開(kāi)鎖的程序如圖3所示。

圖3 初始化及開(kāi)機(jī)程序

選擇設(shè)定密碼或輸入密碼的程序如圖4所示。

圖4 設(shè)定密碼或輸入密碼程序

輸入密碼開(kāi)鎖程序如圖5所示。

圖5 輸入密碼開(kāi)鎖程序

輸入錯(cuò)誤密碼報(bào)警程序如圖6所示。

圖6 輸入錯(cuò)誤密碼報(bào)警程序

待機(jī)狀態(tài)程序如圖7所示。

圖7 待機(jī)狀態(tài)程序

3 電路裝置的制作及調(diào)試

3.1安裝PLC控制的四位密碼鎖實(shí)驗(yàn)裝置所需的元器件

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)安裝PLC控制的四位密碼鎖實(shí)驗(yàn)裝置所需的元器件進(jìn)行選型，如表2所示。

表2 PLC控制的四位密碼鎖元器件表

3.2 PLC控制的四位密碼鎖電路裝置及調(diào)試結(jié)果

制作好的PLC控制的四位密碼鎖電路裝置及調(diào)試的三種工作狀態(tài)如圖8所示。開(kāi)機(jī)后，將選擇開(kāi)關(guān)按鍵SB6按下不松開(kāi)，通過(guò)分別順序按下按鍵SB1、SB2、SB3、SB4各幾次來(lái)設(shè)定密碼。比如，把密碼設(shè)置為“1234”，則按順序分別按下SB1一次、SB2兩次、SB3三次、SB4四次，即可設(shè)定密碼為“1234”。松開(kāi)選擇開(kāi)關(guān)按鍵SB6，則為輸入密碼或者待機(jī)狀態(tài)。在需要開(kāi)鎖時(shí)，通過(guò)按順序分別按下SB1一次、SB2兩次、SB3三次、SB4四次，接著按下確認(rèn)鍵SB5后電磁鎖YV動(dòng)作，密碼鎖被打開(kāi)，此時(shí)數(shù)碼管顯示字符“6”。在設(shè)定密碼或者輸入密碼的過(guò)程中，如果操作錯(cuò)誤（如發(fā)現(xiàn)輸入某位密碼錯(cuò)誤，或者設(shè)定密碼時(shí)按錯(cuò)按鍵等），則可按撤銷鍵SB6撤銷前面的輸入或者設(shè)定后重新操作；在開(kāi)鎖狀態(tài)下按下撤銷鍵SB6可以讓電磁鎖關(guān)鎖（電磁鎖插銷彈出），或者在誤操作發(fā)生聲光報(bào)警后按下撤銷鍵SB6，可以關(guān)閉聲光報(bào)警。當(dāng)連續(xù)三次輸入錯(cuò)誤密碼時(shí)，按下確認(rèn)鍵SB5后立即進(jìn)行聲光報(bào)警（聲光報(bào)警一體器中的燈HL發(fā)亮、蜂鳴器HA發(fā)出報(bào)警聲響），此時(shí)數(shù)碼管顯示字符“8”。系統(tǒng)待機(jī)時(shí)，此時(shí)數(shù)碼管顯示字符“0”，等待開(kāi)鎖。

圖8 PLC控制的四位密碼鎖電路裝置及三種工作狀態(tài)圖

4 總結(jié)

PLC控制的四位密碼鎖硬件電路和程序的設(shè)計(jì)可靠，電路工作穩(wěn)定性好，在輸入正確密碼時(shí)電磁鎖能打開(kāi)，連續(xù)三次輸入錯(cuò)誤密碼則發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，安全性高，保密性強(qiáng)。密碼鎖在待機(jī)、開(kāi)鎖、報(bào)警的時(shí)候，數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字字符，方便人們知道密碼鎖所處的狀態(tài)。通過(guò)按鍵輸入而不需要修改程序就可以任意修改密碼，使用方便。即使修改PLC程序也相對(duì)容易，控制靈活，具有一定的推廣價(jià)值。