王樂(lè)樂(lè) 李斌 曹驥龍 夏茳南 周欣欣

摘 要：為解決疫情期間病毒的傳染性對(duì)生活造成的不便，文章提出一種零接觸智能密碼鎖的設(shè)計(jì)，采用數(shù)字信號(hào)控制和自上而下的模塊化設(shè)計(jì)思想，以單片機(jī)為核心控制器，結(jié)合安全性和適用范圍，增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和運(yùn)行的穩(wěn)定性;通過(guò)紅外遙控技術(shù)實(shí)現(xiàn)零接觸遠(yuǎn)程密碼開鎖，降低病毒二次傳染的風(fēng)險(xiǎn)。文章分別論述了對(duì)零接觸密碼鎖的設(shè)計(jì)思路、硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)。測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)各項(xiàng)功能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：電子密碼鎖;遙控;STC89C51

0 ? 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)日常生活中的安全保險(xiǎn)器件的要求越來(lái)越高。密碼鎖具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)密碼輸入來(lái)控制電路或是芯片工作，從而控制機(jī)械開關(guān)的閉合，完成開鎖、閉鎖等任務(wù)[1-2]?，F(xiàn)在應(yīng)用較廣的電子密碼鎖通常以芯片為核心，其性能和安全性已大大超過(guò)了機(jī)械鎖。在疫情期間，由于病毒的傳染性與潛伏性，使用傳統(tǒng)的密碼鎖會(huì)因過(guò)多的接觸而導(dǎo)致很多不必要的麻煩[3-4]。

本文設(shè)計(jì)了一款零接觸智能密碼鎖，采用紅外遙控的方法，切斷了由于開鎖接觸導(dǎo)致病毒傳染的途徑，有效保障人們?cè)诠矆?chǎng)所的健康安全，降低病毒傳染的風(fēng)險(xiǎn)。本系統(tǒng)適用于學(xué)校、寫字樓等日常人員活動(dòng)密集的場(chǎng)所[5]。

1 ? 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

零接觸的實(shí)現(xiàn)方式就是將公用的開鎖方式轉(zhuǎn)化成無(wú)線的個(gè)人開鎖方式，也就是將傳統(tǒng)的按鍵式密碼鎖更換為遙控式密碼鎖。在使用過(guò)程中，每個(gè)用戶都將擁有一個(gè)密碼鎖遙控器，通過(guò)遙控器的按鍵輸入密碼，實(shí)施零接觸開鎖。用戶使用時(shí)，通過(guò)連接單片機(jī)的矩陣鍵盤輸入密碼，單片機(jī)對(duì)用戶輸入的密碼與自己保存的密碼進(jìn)行對(duì)比，從而判斷密碼是否正確，然后控制引腳的高低電平傳到開鎖電路或者報(bào)警電路控制開鎖還是報(bào)警。

本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)核心控制模塊、鍵盤輸入模塊、密碼存儲(chǔ)模塊、紅外遙控模塊、復(fù)位模塊、顯示模塊、開鎖模塊等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示[3]。

1.1 單片機(jī)核心控制模塊

STC89C51是一款低功耗、高性能CMOS8位微控制器，在運(yùn)算處理上有著八核CPU和使用方便的編碼系統(tǒng)，使得STC89C51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。本系統(tǒng)采用STC89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)作為整個(gè)密碼鎖的控制核心，連接所有的功能模塊，將密碼鎖化為一個(gè)整體，也同樣在每個(gè)功能模塊之間起到連接的作用，它負(fù)責(zé)接收鍵盤輸入的密碼以及指令，分析密碼是否與密碼庫(kù)一致，傳遞指令給開鎖電路，顯示電路[5]。

1.2 鍵盤輸入模塊

本系統(tǒng)采用行列式鍵盤，鍵盤模塊用于輸入數(shù)字密碼和進(jìn)行各種控制功能的實(shí)現(xiàn)，如確認(rèn)、取消輸入、修改密碼等，同時(shí)也能減少鍵盤與單片機(jī)接口時(shí)所占用的I/O線的數(shù)目。在按鍵比較多的時(shí)候采用這樣方法，能夠有效的提高I/O利用率。通過(guò)每一條水平線和垂直線的交叉處設(shè)立一個(gè)按鍵，利用這種行列式矩陣結(jié)構(gòu)只需要N條行線和M條列線，即可組成具有N×M個(gè)按鍵的鍵盤。

1.3 存儲(chǔ)模塊

用于存儲(chǔ)密碼鎖的密碼。AT24C02存儲(chǔ)芯片采用了I2C總線式進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫的串行器件，占用很少的資源和I/O線，并且支持在線編程，進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的存取，十分方便，可滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求。

1.4 顯示模塊

LCD1602A是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示32個(gè)字符。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件，液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。

在本系統(tǒng)中，LCD1602A液晶模塊用于顯示用戶輸入的數(shù)字密碼和各種提示信息，比如修改密碼后彈出“Reset Password OK”界面。顯示屏在密碼鎖中的使用也是高級(jí)密碼鎖人性化設(shè)置的體現(xiàn)。

1.5 紅外接收模塊

紅外線遙控是目前使用很廣泛的一種通信和遙控技術(shù)。由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，因而，繼彩電、錄像機(jī)之后，在錄音機(jī)、音響設(shè)備、空凋機(jī)以及玩具等其他小型電器裝置上也紛紛得到采用。在本系統(tǒng)中，紅外線遙控的應(yīng)用體現(xiàn)在密碼模塊的遠(yuǎn)程實(shí)施，通過(guò)紅外遙控裝置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程密碼輸入和開鎖。

2 ? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件組成主要包括：主程序、LCD顯示程序、鍵盤掃描程序、啟動(dòng)程序模塊、關(guān)閉程序、密碼設(shè)置程序等。

2.1 主程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件部分由：主程序、初始化程序、LCD顯示程序、鍵盤掃描程序、鍵功能程序、密碼設(shè)置程序、EEPROM讀寫程序和延時(shí)程序等組成。

2.2 密碼設(shè)置程序

在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用分模塊式的設(shè)計(jì)思路，將整體的程序分為不同的子程序。子程序不但可以使程序化整為零，使其由繁化簡(jiǎn)，還方便閱讀和修改。每個(gè)功能模塊都有它自己的子程序。

3 系統(tǒng)測(cè)試

硬件部分的測(cè)試，主要是為了測(cè)試每個(gè)端口和引腳的焊接有沒(méi)有失誤，所以使用萬(wàn)能表，檢測(cè)每個(gè)引腳的狀況。軟件部分，就按照使用說(shuō)明書一步步的檢測(cè)，確定每個(gè)功能正常使用。

3.1 初始化功能

新焊接好的密碼鎖要輸入管理員密碼131420，輸入管理員密碼后密碼鎖會(huì)彈出“init password”輸入初始密碼000000并確認(rèn)，密碼鎖彈出“open”界面，開鎖成功。

3.2 修改密碼功能

先輸入原密碼000000，確認(rèn)后密碼鎖彈出“open”界面，開鎖成功;再次輸入原密碼000000，確認(rèn)后修改密碼。輸入新密碼333333，確認(rèn)后再次輸入新密碼333333，確認(rèn)后密碼鎖彈出“Reset Password OK”界面，密碼修改成功。輸入舊密碼000000，確認(rèn)后密碼鎖顯示錯(cuò)誤，開鎖失敗;輸入新密碼333333，確認(rèn)后開鎖成功。

3.3 掉電保存功能

修改密碼后將密碼鎖重啟，輸入舊密碼000000，確認(rèn)后密碼鎖彈出“error”界面，開鎖失敗;輸入新密碼333333，確認(rèn)后密碼鎖彈出“open”界面，開鎖成功。

4 ? 結(jié)語(yǔ)

本文從經(jīng)濟(jì)實(shí)用角度出發(fā)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款零接觸智能密碼鎖。本設(shè)計(jì)通過(guò)單片機(jī)和紅外控制模塊等相結(jié)合，結(jié)合鍵盤輸入、顯示、報(bào)警等功能，實(shí)現(xiàn)用戶通過(guò)遙控器間接開鎖，一改傳統(tǒng)機(jī)械鎖的操作不易且易成為病毒人傳人的媒介，實(shí)現(xiàn)零接觸密碼鎖的目標(biāo)，有助于疫情防控。該系統(tǒng)具有可控性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，具有較廣闊的應(yīng)用前景。

[參考文獻(xiàn)]

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[4]鄧昭輝，邢宏超，林順生.動(dòng)態(tài)約束下可重構(gòu)模塊化變壓器攀爬機(jī)器人的滑模控制研究[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2020（5）：50-55.

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（編輯 姚 鑫）