朱安祥， 周岳斌

（湖北文理學院機械與汽車工程學院， 湖北　襄陽　441053）

引言

中國已成為防盜門生產和消費大國。傳統(tǒng)的防盜門鎖需要單一鑰匙打開，且無預警功能，已經不能再滿足人們的需求，新型智能門鎖越來越受到人們的青睞。但市面上現(xiàn)有的一些廠家生產的高級智能門鎖，一般造價較為昂貴，普通家庭難以承受，且安裝使用不夠方便靈活，因而應用范圍有限。針對以上問題，本設計采用AT89S52單片機為核心，利用語音識別芯片和密碼按鍵實現(xiàn)門鎖雙重加密功能。用戶可自行設置密碼，并設有掉電保護，非正常原因停電時，能自動保存上次修改的密碼[1]。語音識別芯片在用戶正確說出兩級口令后，由單片機處理按鍵輸入密碼。當兩部分都正確時，門鎖打開。門鎖打開一段時間后，若用戶不關閉將有報警提示。此外，系統(tǒng)配有無線通信接口，可以遠程控制開關門鎖，同時采用液晶顯示當前室內溫濕度和門鎖狀態(tài)，使用更加方便靈活。

1　系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)總體設計框圖如圖1所示，主要包括語音識別、按鍵識別、無線控制、執(zhí)行電路和輔助電路五個部分。

1）語音識別。語音識別芯片設置為兩級口令模式，口令內容用戶可自由更改。當語音識別芯片識別兩級口令正確后，通過串口給單片機發(fā)送信號，同時液晶顯示提示信息。單片機接收信號后進入按鍵檢測。

2）按鍵識別。用戶由矩陣鍵盤輸入四位開門密鑰，同時還設有密碼修改和密碼保存功能鍵。開門時如果錯誤輸入會有報警提示，三次報警之后會鎖定按鍵。修改密碼時，用戶在鍵入四位新密碼后使用單片機內部加密算法加密，更改的密碼會存入AT24C02可擦寫存儲器中[2]。

圖1　系統(tǒng)總體設計框圖

3）無線控制。系統(tǒng)外接一個專用的WIFI接口芯片，可以連接家庭的無線路由器[3]。用戶利用WIFI通訊連接手機，使用手機APP就可以方便快捷地實現(xiàn)門鎖的遠程開關控制。

4）執(zhí)行電路。主要包括繼電器和電磁鎖兩個部分，繼電器是門鎖開關的執(zhí)行機構，電磁鎖利用電磁效應，在線圈通電后產生磁場對鐵制鎖舌有較大的吸引力，通電則開門斷電關門。

5）輔助電路。包括液晶顯示、溫濕度檢測、報警和供電電路。門鎖打開后超過3 min如果沒有關閉門鎖，報警電路使用蜂鳴器進行報警提示。

2　硬件設計

2.1　最小系統(tǒng)

AT89S52單片機是整個系統(tǒng)的主控單元，其最小系統(tǒng)硬件設計如下頁圖2所示，主要實現(xiàn)語音識別、WIFI通訊、液晶顯示和按鍵加密功能。該單片機有8KB可編程Flash存儲器，32個可編程IO口，8個中斷向量源，3個16位定時計數器和1個全雙工串行通道。單片機使用11.0592MHZ晶振，P0口接入語音芯片P0.0—P0.7引腳接收語音信號，P1.2—P1.4是液晶顯示指令控制引腳，P2口輸出液晶顯示數據，P3.0、P3.1連接WIFI模塊URXD和UTXD接收遠程控制信號。

圖2　單片機最小系統(tǒng)

2.2　語音識別電路

語音識別模塊是雙重門鎖控制中的第一重，用來識別用戶聲音并傳遞給單片機信號。選用的LD3320芯片由ICRoute公司設計生產，集成了語音識別處理器和一些外部電路，包括AD、DA轉換器、麥克風接口、聲音輸出接口等。不需要外接輔助芯片如Flash、RAM等，直接集成在現(xiàn)有的產品中即可實現(xiàn)語音識別/聲控/人機對話功能。并且，識別的關鍵詞語列表可以任意動態(tài)編輯。聲音信號由芯片ICR_MICP和ICR_MICN引腳連接麥克風錄取，LD_A0引腳置為高電平，選用并行通訊方式，通訊控制引腳分別連接單片機的P3.2—P3.7的IO引腳。芯片外圍電路如圖3所示。

圖3　語音識別電路

2.3　無線控制電路

為實現(xiàn)手機連接WIFI網絡，無線發(fā)送開關信號控制門鎖開關的功能，設計選用的ESP8266是一款低功耗無線通訊芯片[4-5]。該芯片采用集成一鍵式配置，支持P2P遠程協(xié)議棧和串口WIFI透傳。芯片的LNA引腳連接外圍天線接收無線信號，SD_D0～SD_D3、SD_CMD、SD_CLK引腳分別連接FLASH存儲芯片對應接口，存儲解算數據，時鐘引腳接入26MHZ晶振，CHIP_EN、XPD、GPIO0接入高電平選擇工作模式為AT+STATION。芯片外圍電路如圖4所示。

圖4　無線控制電路

3　軟件設計

軟件程序使用C51編寫，在Keil環(huán)境下編譯調試，主程序流程圖如圖5所示?？紤]到用戶可能會用不同的詞來發(fā)出開鎖命令，需把用戶的發(fā)音習慣考慮到程序設計中，在主程序中編輯了20個詞條，用戶在發(fā)出開鎖命令后，能被準確識別執(zhí)行的效率大大增加。液晶顯示屏第一行顯示溫濕度，第二行為密碼，根據操作的狀態(tài)顯示不同的英文詞條。更改密碼需要在正確輸入原密碼時才能進行。

圖5　程序流程圖

4　結語

設計給出了一種新型智能門鎖的設計方案，采用語音和按鍵輸入雙重保密驗證措施，同時也可使用WIFI無線控制，增加了系統(tǒng)的安全性。語音識別的詞條密碼可以更改，靈活性強，設計使用AT89S52主控芯片和LCD液晶顯示，所選用的硬件模塊功耗小，成本低，結構小巧，使用方便，能夠解決廣大用戶的需求，具有較好的實用價值和推廣意義。

[1]王中心，王東方，王亞偉，等.基于LD3320語音識別模塊的智能家居聲控系統(tǒng)[J].物聯(lián)網技術，2016（11）：19-21.

[2]曾維鵬，黃果.基于WIFI的51單片機雙層密碼保險箱的設計與實現(xiàn)[J].電子測試，2016（22）：24-25.

[3]陸?zhàn)菅┥?，管天祥，?基于無線網絡的智能門禁系統(tǒng)設計[J].科技展望，2017，27（9）：9.

[4]姚海燕.基于MCS-51單片機的智能門禁系統(tǒng)的設計[J].常州信息職業(yè)技術學院報，2016，15（1）：21-23.

[5]黃俊杰.基于AT89C52的自動門控制器的設計[J].信息通信，2016（8）：51-52.