潘劍風(fēng) 王先春

摘要：本設(shè)計(jì)以單片機(jī)AT89C52為主控芯片，外圍設(shè)備由液晶顯示模塊、存儲芯片AT24C04、藍(lán)牙模塊HC-06以及矩陣鍵盤、復(fù)位電路、開鎖電路等模塊組成。本設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)是用C語言編寫的，在KeiR環(huán)境下開發(fā)。用戶能夠進(jìn)行密碼修改、輸入用戶密碼;系統(tǒng)能夠開鎖、報警;密碼修改、密碼輸入可以在矩陣健盤上完成，也能夠在藍(lán)牙APP上輸入，系統(tǒng)自動將輸入的密碼與用戶所設(shè)置的密碼進(jìn)行比較，結(jié)果一致，則進(jìn)行開鎖動作并亮綠指示燈，否則亮紅指示燈，本設(shè)計(jì)具有掉電儲存密碼的功能，當(dāng)整個系統(tǒng)斷電后又重新上電時，用戶所設(shè)置的原密碼依然有效。

關(guān)鍵詞：密碼鎖;AT89C52;藍(lán)牙APP

1 緒論

1.1 課題背景和意義

在現(xiàn)代的家庭中，鎖是一個家庭的重要工具，很多家庭需要用到密碼鎖保護(hù)個人財(cái)產(chǎn)，比如房門、密碼箱、密碼盒等都需要用到密碼鎖。如今藍(lán)牙密碼鎖越來越受歡迎，它克服了機(jī)械式密碼鎖的安全性差、密碼輸入不變，設(shè)置密碼不靈活等缺點(diǎn)。使用單片機(jī)控制的藍(lán)牙密碼鎖，不但在功能上遠(yuǎn)勝于機(jī)械式密碼鎖，而且具有更高的安全性和可靠性。并且藍(lán)牙密碼鎖可以存儲用戶所設(shè)置的密碼，無需攜帶鑰匙，只要用戶熟記所設(shè)置的密碼即可進(jìn)行開鎖，免除了人們攜帶鑰匙的煩惱，因此越來越受到人們的歡迎。由于我國電子技術(shù)及產(chǎn)業(yè)鏈的不斷提升，藍(lán)牙密碼鎖將會越來越受到人們的歡迎，為人們的生活提供更多美好的體驗(yàn)。

1.2 藍(lán)牙密碼鎖的發(fā)展趨勢

在1970之后，由于大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使得電子密碼鎖在體積上大大減小，重量也減輕很多，但是它的成本提高了很多，因此不能被大多數(shù)人接受，因此它使用的范圍非常有限，難以普及。因此對于電子密碼鎖的研究處于停滯不前的狀態(tài)，技術(shù)沒有什么進(jìn)步。到1900后，由于一些發(fā)達(dá)國家的電子技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)的不斷發(fā)展，人們開始進(jìn)一步研究電子密碼鎖，使得電子密碼鎖的技術(shù)進(jìn)步了很多，這也為藍(lán)牙密碼鎖的出現(xiàn)提供了技術(shù)上的支持。如今，隨著藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，藍(lán)牙技術(shù)已相當(dāng)成熟，它也被應(yīng)用在密碼鎖上。

2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

藍(lán)牙密碼鎖的功能描述：藍(lán)牙密碼鎖主要是通過無線通信中的藍(lán)牙進(jìn)行通信，它可以現(xiàn)實(shí)無接觸式開鎖。用戶可以輸入藍(lán)牙密碼鎖指定的ID號，如果輸入的ID號成功就可以自由設(shè)定密碼、修改密碼。它具有記憶功能，即掉電后再次上電，用戶所設(shè)置的密碼依然有效，具有報警提示功能，用戶可以使用兩種方式輸入密碼，既可以通過矩陣鍵盤手動輸入密碼，又可以通過藍(lán)牙APP交互界面輸入密碼。經(jīng)測試它的用戶體驗(yàn)非常好，藍(lán)牙密碼鎖的設(shè)計(jì)遵循以下要求：

（1）用戶輸入密碼時液晶顯示屏用星號替代作為保護(hù)字符;

（2）用戶可以根據(jù)需要設(shè)置成六位數(shù)或六位數(shù)以下的用戶密碼;

（3）液晶顯示屏上顯示用戶輸入的密碼與設(shè)置的密碼是否一致的提示信息;

（4）如果用戶輸錯三次密碼后，將會自動報警;

（5）用戶可以在矩陣鍵盤上和藍(lán)牙APP交互界面上輸入密碼;

（6）具有記憶功能，有效保存用戶所設(shè)置的密碼及藍(lán)牙密碼的ID號。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的性能大大提高，而且其價格低廉，所以本設(shè)計(jì)采用以單片機(jī)為主控芯片的控制方案。綜合考慮本設(shè)計(jì)選用單片機(jī)AT89C52作為主控芯片，再外接液晶顯示器LCD1602、藍(lán)牙模塊HC-06、矩陣鍵盤、存儲芯片AT24C04等器件，單片機(jī)通過I/O口控制外接設(shè)備LCD1602液晶屏用于顯示用戶輸入的密碼，ID號、提示用戶信息等，實(shí)際顯示的密碼均用星號代替用于保護(hù)，不管是設(shè)置的密碼還是輸入的密碼都是0-9這十個字符;藍(lán)牙模塊HC-06通過串口通信的方式接收手機(jī)上的藍(lán)牙APP所輸入的密碼;矩陣鍵盤用于用戶手動的輸入用戶ID、設(shè)置密碼、輸入密碼等;存儲芯片AT24C04則是保存用戶的ID號和用戶所設(shè)置的密碼;用戶可以有兩種方式輸入密碼，可以使用矩陣鍵盤也可以使用藍(lán)牙APP輸入密碼。用戶所輸入的密碼要和AT24C04中用戶所設(shè)置的密碼相比較，如果一致，則綠燈亮、LCD1602液晶屏提示輸入密碼成功、開鎖動作，如果不一致，紅燈亮、LCD1602液晶屏提示輸入密碼錯誤，假如用戶輸入三次密碼都未與所設(shè)置的密碼匹配成功，則會報警，即蜂鳴器響，整個體統(tǒng)進(jìn)入鎖死狀態(tài)。其原理框圖如圖1所示;其硬件原理圖如圖1所示。

3 藍(lán)牙模塊

ATK-HC06模塊，是ALIENTEK生成的一款高新能主從一體藍(lán)牙串口模塊。它可以跟各種帶藍(lán)牙功能的電腦、手機(jī)、iPad等智能終端配對，配對成功后就可以通過串口通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這個藍(lán)牙模塊支持的波特率的范圍為：4800～138240，它能夠兼容5V或3.3V單片機(jī)系統(tǒng)，很方便的應(yīng)用到設(shè)計(jì)中，使用非常靈活、方便。ATK-HC06模塊非常小巧，模塊通過6個2.54mm間距的排針與外部連接。

單片機(jī)的地腳與藍(lán)牙模塊HC-06的地腳相連，實(shí)現(xiàn)共地;單片機(jī)的VCC與藍(lán)牙模塊的VCC相連，藍(lán)牙模塊可支持5V或3.3 V電源;RX為數(shù)據(jù)接收端，TX為數(shù)據(jù)發(fā)送端，單片機(jī)的RX端連接藍(lán)牙模塊的TX端，單片機(jī)的TX端連接藍(lán)牙模塊的RX端。

圖3為藍(lán)牙APP的用戶操作界面，在使用時把APP安裝至手機(jī)或電腦等移動電子產(chǎn)品上，打開藍(lán)牙，待藍(lán)牙連接成功后，就可以正常使用了。比如我們需要輸入“1”，則在界面上直接點(diǎn)擊“1”號方塊，就會通過藍(lán)牙將字符“1”，再由HC-06藍(lán)牙模塊接收字符“1”，再通過串口通信將“1”發(fā)送至單片機(jī)做數(shù)據(jù)處理。此藍(lán)牙APP的使用其實(shí)跟我們手機(jī)中的藍(lán)牙一樣，在第一次配對成功后就不需要再次配對，只需點(diǎn)擊連接即可。

3.1 存儲電路

本設(shè)計(jì)的存儲電路是由ATMEL公司生產(chǎn)的存儲芯片AT24C04構(gòu)成的。它是具有nC總線接口的EE-PROM。通過軟件模擬的方式產(chǎn)生IIC時序，就可以讀取和寫入數(shù)據(jù)。使用它可以現(xiàn)實(shí)掉電存儲數(shù)據(jù)并且對數(shù)據(jù)的保存期限非常久，可達(dá)到上百年。它還可以實(shí)現(xiàn)多次擦寫操作，擦寫的次數(shù)達(dá)到幾十萬次。

本設(shè)計(jì)采用AT24C04芯片作為存儲芯片，主要是它具有IIC控制口，只要用軟件模擬好ⅡC時序，并可以用單片機(jī)快速、簡單的讀取數(shù)據(jù)或?qū)懭霐?shù)據(jù)，操作非常簡單。當(dāng)要從AT24C04中讀取數(shù)據(jù)時，只需要寫入相應(yīng)的地址，當(dāng)需要向AT24C04中寫入數(shù)據(jù)時，需要寫入保存的數(shù)據(jù)及保存數(shù)據(jù)的地址，這個地址是數(shù)據(jù)存放在AT24C04中的地址，它的地址范圍是1-4096。它保存數(shù)據(jù)也很穩(wěn)定，它可以保存4kb數(shù)據(jù)，在本設(shè)計(jì)中只用到了它很小一部分存儲空間。

3.2 報警電路的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中報警電路的設(shè)計(jì)采用了無源蜂鳴器、三極管、LED燈等組成報警系統(tǒng)，三極管是充當(dāng)開關(guān)的作用，基極加高電平，三極管導(dǎo)通，相當(dāng)于開關(guān)閉合;基極加低電平，三極管斷開，相當(dāng)于開關(guān)斷開。其優(yōu)點(diǎn)是控制簡單，成本低，報警的效果好。

3.3 矩陣鍵盤的設(shè)計(jì)

用戶輸入可以通過矩陣鍵盤進(jìn)行，本設(shè)計(jì)的矩陣鍵盤設(shè)計(jì)成4*4的矩陣鍵盤。設(shè)計(jì)成矩陣鍵盤的目的是為了節(jié)約單片機(jī)的I/O資源，4*4矩陣鍵盤占用8個單片機(jī)I/O，而不采用矩陣鍵盤的設(shè)計(jì)，需要占用16個單片機(jī)的I/O資源。所以本設(shè)計(jì)選擇矩陣鍵盤的設(shè)計(jì)。矩陣鍵盤有4條行線，4條列線，它的每一條行線和列線之間就是通過連接一個按鍵。而如果想組成一個i*j的矩陣鍵盤，只需設(shè)置成i條行線，j條列線，每條行線跟列線之間通過連接一個按鍵就可以實(shí)現(xiàn)i*i的矩陣鍵盤。

3.4 顯示電路的設(shè)計(jì)

顯示設(shè)計(jì)采用1602液晶屏設(shè)計(jì)，由單片機(jī)的P2口控制顯示，由P1.0～P1.2控制LCD的控制端口。

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

因設(shè)計(jì)主要是作用C語言來開發(fā)的51單片機(jī)項(xiàng)目程序，所以首先必須有一個可以在Windows 10操作系統(tǒng)下執(zhí)行的C語言編譯器。由于kei14支持很多51單片機(jī)的開發(fā)，本設(shè)計(jì)所以選擇Kei14開發(fā)環(huán)境進(jìn)行開發(fā)。軟件的流程設(shè)計(jì)如圖4所示。

4.1 HC-06實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收

HC-06為藍(lán)牙收發(fā)模塊，它既能夠接收數(shù)據(jù)，也能夠發(fā)送數(shù)據(jù)。在本設(shè)計(jì)中它主要是將用戶在藍(lán)牙APP上點(diǎn)擊的鍵值發(fā)送到單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。藍(lán)牙模塊與單片機(jī)的通信是通過串口進(jìn)行通信的。

生活中我們通常稱呼的串行通信，其實(shí)是UART接口的通信，它是一種異步通信方式，我們在本次設(shè)計(jì)中也是采用這種方式。在使用串口通信時需要設(shè)置幾個重要的參數(shù)，如，數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位、停止位和波特率。數(shù)據(jù)位通?？梢栽O(shè)置成5-8位，在本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)為8位，也就是一幀數(shù)據(jù)中有8位有效數(shù)據(jù);奇偶校驗(yàn)通常可以設(shè)置成奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)或不校驗(yàn)，由于在本設(shè)計(jì)中藍(lán)牙模塊與單片機(jī)的距離比較短，不容易造成數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，所以本設(shè)計(jì)中奇偶校驗(yàn)位設(shè)置成不校驗(yàn);停止位通常可以設(shè)置成1位、1.5位、2位，在本設(shè)計(jì)中將停止位設(shè)置成1位;波特率是衡量通信速度的指標(biāo)，本設(shè)計(jì)將波特率設(shè)置成4800bps。

異步傳送一幀數(shù)據(jù)的格式是由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位、停止位組成，起始位為。，停止位設(shè)置為1。這是一種起止的通信方式，字符之間沒有固定的間隔長度，但是它占用了傳輸時間，影響了傳輸數(shù)據(jù)的速度，特別是在需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量比較大時，現(xiàn)象就會更明顯。

5 總結(jié)

本設(shè)計(jì)是運(yùn)用AT89C52單片機(jī)作為主控芯片，LCD1602液晶模塊作為顯示模塊用于顯示相關(guān)信息，AT24C04做為存儲數(shù)據(jù)用于保存用戶設(shè)置的密碼、ID號，矩陣鍵盤用于輸入密碼，藍(lán)牙模塊HC-06用于將用戶在藍(lán)牙APP上輸入的數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)處理。用戶可以實(shí)現(xiàn)兩種方式輸入密碼，在本設(shè)計(jì)中還加入了報警電路，真正實(shí)現(xiàn)了智能開鎖、智能防盜，用戶體驗(yàn)很好。

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