智能單車密碼鎖設(shè)計(jì)

徐云平

（福建無線電設(shè)備有限公司，福建三明，365001）

0 引言

隨著科技的飛速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量有著很大的提高，不同時(shí)代對(duì)生活要求不同，越來越多的人們不拘于傳統(tǒng)式單車，以傳統(tǒng)式單車為基礎(chǔ)經(jīng)過改進(jìn)更能滿足人們對(duì)單車更高的要求[1]。人人都想擁有一輛特制的智能單車，而單車的核心部件之一就是智能密碼鎖，充當(dāng)著單車的管家，是人們生活不可缺少的產(chǎn)品，它讓單車的使用更加便捷，保持個(gè)人使用安全性，同時(shí)它又是擁有單車者不可或缺的必備品，使得人們生活環(huán)境越發(fā)舒適和安全[2]。傳統(tǒng)單車使用機(jī)械鎖，使用不便，安全性不高，為了滿足個(gè)人使用舒適度和安全性。本文以單片機(jī)STC89C52 作為系統(tǒng)的核心處器，設(shè)計(jì)了一款使用穩(wěn)定、安全、成本低等特點(diǎn)的智能單車密碼鎖系統(tǒng)。解決了傳統(tǒng)單車機(jī)械鎖使用不便等問題，在此基礎(chǔ)之上也可以增加藍(lán)牙開鎖、音樂播放器等功能，使得單車應(yīng)用智能化，進(jìn)一步滿足人們的享受需要，提高了人們的生活質(zhì)量和效率[5]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)以STC89C52 單片機(jī)為主要控制芯片，以及其他模塊組成完整的智能單車密碼鎖系統(tǒng)，包括中央控制部分，輸入部分和輸出部分。中央控制部分使用STC89C52單片機(jī)，其主要功能是獲取數(shù)據(jù)的輸入部分，經(jīng)過內(nèi)部處理后，控制輸出部分。輸入由三部分組成，第一部分是陣列鍵盤。按鍵的主要功能是報(bào)警，鎖車，重置密碼，確認(rèn)和取消。另外，從1～6 有6 個(gè)數(shù)字。第二部分是電源電路，它為整個(gè)系統(tǒng)供電。第三部分是存儲(chǔ)單元，它使用AT24C02 芯片來存儲(chǔ)按鍵輸入的信息。輸出包括四個(gè)部分：第一部分是LCD1602 顯示模塊，可以顯示車鎖狀態(tài)，警報(bào)狀態(tài)，輸入密碼顯示，密碼重置時(shí)顯示等。第二部分是電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元的四相步進(jìn)電機(jī)，模擬車鎖關(guān)閉；第三部分是LED 指示燈，當(dāng)車鎖打開時(shí)，LED 指示燈點(diǎn)亮；第四部分是蜂鳴器，當(dāng)鍵盤關(guān)閉時(shí)，警報(bào)器會(huì)發(fā)出蜂鳴聲。圖1 為智能單車密碼鎖總體框圖。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)方便快捷的智能單車密碼鎖系統(tǒng)，本系統(tǒng)硬件電路以STC89C52 為核心、由電源電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、顯示電路等模塊組成[7]。

■2.1 電源電路設(shè)計(jì)

單車密碼鎖電源采用5V 直流供電。電源電路如圖2 所示，5V 開關(guān)電源在輸入時(shí)通常會(huì)伴有噪聲，因此添加一個(gè)10μF 的電容進(jìn)行濾波。保證輸出工作電壓的穩(wěn)定性[8]。

圖2 供電電源電路

■2.2 掉電存儲(chǔ)電路

AT24C02 是2KB 字節(jié)電可擦除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。使用兩行串行通信系統(tǒng)總線和單片機(jī)進(jìn)行通信。工作電壓最低可達(dá)到2.5V，額定電流為1mA，且靜態(tài)數(shù)據(jù)電流量較大。關(guān)閉電源后，集成IC 中的材料可以在斷電的情況下存儲(chǔ)40 年以上，并且選擇8 引腳DIP 封裝以便于使用。電源電路如圖3 所示。

圖3 掉電存儲(chǔ)電路

■2.3 顯示電路

為了更好的提高密碼的安全性，該程序的設(shè)計(jì)顯示使用LCD1602 作為顯示屏。僅在按下鍵盤上的功能鍵之后，顯示器才處于開啟狀態(tài)。同樣，只有在按功能鍵關(guān)閉后，顯示屏才會(huì)關(guān)閉。否則，顯示將從頭到尾將保持其原始狀態(tài)。如果需要密碼才能解鎖，請(qǐng)按鍵盤上的打開功能鍵，然后使用鍵盤上的數(shù)字鍵0～9 輸入密碼。每次按住數(shù)字鍵，顯示屏上將顯示*，輸入中的位數(shù)將表示*的總數(shù)。輸入密碼后，按清除按鈕。如果輸入的帳戶密碼合適，則微處理器將在P2.3 引腳上輸出低電平數(shù)據(jù)信號(hào)，以使晶體管Q2 導(dǎo)通，電磁線圈閉合，并且智能代碼鎖定（啟用），帳戶密碼不正確，P2.3 的輸出為高電平，無法打開智能密碼。它指示引腳插座如圖4 所示。

圖4 顯示電路

■2.4 報(bào)警電路

警報(bào)部分由陶瓷壓電發(fā)聲裝置和外圍電路組成。開機(jī)后不會(huì)發(fā)出聲音。按下功能鍵時(shí)，每次按下都會(huì)發(fā)出“?！甭?。輸入正確的登錄密碼后，立即打開門。如果未正確輸入登錄密碼，則單片機(jī)設(shè)計(jì)的P2.1 引腳為低電平，三極管Q1 引導(dǎo)聲喇叭發(fā)出噪聲報(bào)警。如圖5 所示。

圖5 報(bào)警電路

■2.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

采用ULN2003 芯片用于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中。圖6 為ULN2003 的電路原理圖。

圖6 ULN2003 電路

3 系統(tǒng)測(cè)試

■3.1 系統(tǒng)功能測(cè)試

對(duì)密碼鎖進(jìn)行調(diào)試，檢驗(yàn)密碼鎖實(shí)現(xiàn)的功能是否達(dá)標(biāo)，檢查各個(gè)硬件電路，各種軟件設(shè)計(jì)以及軟件和硬件設(shè)計(jì)是否存在沖突，使得設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)更具有現(xiàn)實(shí)性。

■3.2 輸入密碼測(cè)試

接入電源，測(cè)試一切正常后，此時(shí)顯示輸入密碼。輸入的密碼在顯示屏中為隱藏狀態(tài)即顯示“*”，如圖7 所示。密碼輸入完成后按下按鍵中的確認(rèn)鍵“#”鍵，鎖打開，如圖8 所示。

圖7 輸入密碼測(cè)試圖

圖8 開鎖測(cè)試圖

■3.3 修改密碼測(cè)試

如圖 9 所示，若要修改密碼，需要先按下“D”鍵輸入管理員密碼，管理員密碼為123456。然后再輸入兩次新密碼，如圖10 所示。最后，按下“#”鍵顯示新密碼設(shè)置成功，如圖11 所示。

圖9 繼電器閉合測(cè)試圖

圖10 輸入新密碼實(shí)物測(cè)試圖

圖11 新密碼設(shè)置成功測(cè)試圖

當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)，顯示屏顯示密碼錯(cuò)誤。若輸入的密碼連續(xù)錯(cuò)誤三次，則密碼鎖定三分鐘，此時(shí)按下任意的按鍵蜂鳴器會(huì)當(dāng)作按鍵音響一次來提示密碼鎖正處于鎖定狀態(tài)。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一款基于單片機(jī)用于智能單車的密碼鎖，以解決個(gè)人單車的安全防御問題，主要以STC89C52 單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)外圍控制電路，主要包括單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，硬件電路具體包括電源電路，顯示電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、矩陣鍵盤，LED 指示和報(bào)警電路。系統(tǒng)軟件包括主程序流程設(shè)計(jì)、按鍵函數(shù)流程設(shè)計(jì)、確認(rèn)函數(shù)流程設(shè)計(jì)、重置密碼函數(shù)流程設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件可以執(zhí)行基本的密碼鎖功能，例如解鎖，顯示密碼和更改密碼。除了上述基本的密碼鎖功能外，還具有斷電存儲(chǔ)功能。該系統(tǒng)軟件成本低廉，功能易用，應(yīng)用范圍廣，能夠高效地發(fā)揮單車安全防御的功能。