導(dǎo)語(yǔ)：STC89C52RC智能電子鎖設(shè)計(jì)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】設(shè)計(jì)一種基于stc89c52rc單片機(jī)的廉價(jià)智能電子鎖。采用單片機(jī)作為控制核心，可通過編程選擇實(shí)現(xiàn)修改開鎖模式和異常開鎖報(bào)警等功能，相比于市場(chǎng)上同類產(chǎn)品，使用更靈活、安全性更高、成本更低，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】指紋識(shí)別；矩陣鍵盤；STC89C52RC；報(bào)警

傳統(tǒng)的機(jī)械鎖或智能IC卡鎖需要配備鑰匙，使用不便，特別是對(duì)于實(shí)驗(yàn)室、辦公室、機(jī)房等相對(duì)重要而門鎖又較多的場(chǎng)所，管理人員往往需要配備大盤鑰匙。工作人員時(shí)常會(huì)因?yàn)檫z忘鑰匙或IC卡損壞等原因而無法開門，同時(shí)還存在因丟失鑰匙而造成的安全隱患。為了克服這一缺點(diǎn)，目前市場(chǎng)上已推出了無需利用鑰匙開鎖的指紋鎖和電子密碼鎖，因其使用方便、安全高效而成為一種趨勢(shì)。但目前市場(chǎng)上的指紋鎖或電子密碼鎖價(jià)格普遍較高，且開鎖模式單一、使用不夠靈活［1-2］。針對(duì)這種情況，本文用FPM10A模塊進(jìn)行指紋采集，用矩陣鍵盤進(jìn)行密碼輸入，用STC89C52RC單片機(jī)作為控制器，設(shè)計(jì)了一種廉價(jià)的智能電子鎖。設(shè)計(jì)的電子鎖成本較低、安全性能高，能實(shí)現(xiàn)異常開鎖報(bào)警，同時(shí)預(yù)留了其他功能開發(fā)，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)由指紋模塊、密碼鍵盤、功能切換按鍵、存儲(chǔ)模塊、主控單片機(jī)、聲光報(bào)警器、液晶顯示器以及電源模塊等組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其基本工作原理是：存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)程序設(shè)置參數(shù)，包括開鎖模式、指紋信息和密碼信息。主控單片機(jī)將輸入部分的輸入信息，根據(jù)程序設(shè)置與存儲(chǔ)信息進(jìn)行對(duì)比、確認(rèn)，然后將處理結(jié)果送給輸出部分進(jìn)行相應(yīng)操作。其中，輸入部分包括指紋信息獲取模塊、密碼輸入鍵盤和功能選擇切換按鍵。為了開鎖方便，系統(tǒng)默認(rèn)首選指紋開鎖，然后是密碼開鎖。若要進(jìn)行其他操作，可按下功能切換鍵進(jìn)入管理模式，此時(shí)需要輸入超級(jí)密碼，驗(yàn)證通過后可進(jìn)行指紋錄入與刪除、開鎖密碼修改、臨時(shí)開鎖密碼設(shè)置以及開鎖模式修改等，比如為了增強(qiáng)安全性，可以將默認(rèn)的“指紋或密碼”的開鎖方式修改為“指紋+密碼”的開鎖方式?？刂撇糠植捎肧TC89C52RC單片機(jī)作為控制核心，根據(jù)程序設(shè)置輸入指令執(zhí)行相應(yīng)操作。輸出部分包括報(bào)警器、顯示器和繼電器控制，報(bào)警器進(jìn)行開鎖異常情況報(bào)警，比如連續(xù)三次輸入指紋或密碼錯(cuò)誤；顯示器顯示輸入信息；繼電器用于控制電磁鎖開鎖機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。由于各個(gè)模塊的工作電壓不完全相同，由電源管理模塊完成各模塊的供電管理。

2硬件選擇與設(shè)計(jì)

2.1指紋識(shí)別模塊

本設(shè)計(jì)中指紋識(shí)別模塊選用技術(shù)比較成熟的FPM10A型光學(xué)指紋識(shí)別模塊［3］，該模塊圖像錄入快，存儲(chǔ)容量大（最大可達(dá)880枚指紋信息），錯(cuò)誤接受率(FalseAcceptanceRate，F(xiàn)AR)<0.001%，錯(cuò)誤拒絕率FalseRejectionRate，F(xiàn)RR)<1.0%，工作電壓3.6~6V，設(shè)計(jì)中采用5.0V電壓供電，其電路如圖2所示。

2.2密碼鍵盤

本設(shè)計(jì)的密碼鍵盤采用4×4矩陣鍵盤［4］，各鍵代表的符號(hào)意義如圖3所示，電路設(shè)計(jì)如圖4所示。密碼鍵盤工作原理是：第一步，判斷是否有按鍵。若有按鍵會(huì)使該鍵所在的行線和列線電平發(fā)生變化；第二步，判斷按鍵所在位置。根據(jù)行線和列線電平變化，尋找該鍵所在位置；第三步，建碼計(jì)算。根據(jù)各鍵所代表的符號(hào)及意義，執(zhí)行相應(yīng)操作，若按鍵為特殊功能鍵（“確定”、“取消”、“退出”、“重置”）會(huì)進(jìn)行即時(shí)操作，其中“重置”為管理員模式，需要輸入超級(jí)密碼，然后進(jìn)入管理模式。若按鍵為普通符號(hào)鍵（“0~9”及“*”和“#”）則按順序排列記憶存儲(chǔ)，直至按下“確認(rèn)”鍵結(jié)束，然后與存儲(chǔ)的密碼進(jìn)行對(duì)比確認(rèn)，執(zhí)行后續(xù)開鎖、報(bào)警等操作。為了安全起見，若按鍵后超過10秒無操作，系統(tǒng)自動(dòng)退出。

2.3電磁鎖控制模塊

本設(shè)計(jì)采用繼電器控制電磁鎖鎖舌的動(dòng)作，電路設(shè)計(jì)如圖5所示［5］。為了安全起見，保證電磁鎖的可靠動(dòng)作，設(shè)計(jì)采用電源適配器提供12V直流電壓對(duì)電磁鎖供電，繼電器則采用5V直流電壓供電。當(dāng)接收到開鎖指令后，單片機(jī)會(huì)通過P2.2口輸出一個(gè)低電平信號(hào)使光耦得電導(dǎo)通，從而接通繼電器工作，執(zhí)行開鎖操作。未接到開鎖指令時(shí)，P2.2口為高電平，光耦不工作，電磁鎖處于閉鎖狀態(tài)。

2.4存儲(chǔ)模塊

本設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)模塊采用AT24C02［6］。AT24C02采用低功耗CMOS工藝，具有100萬(wàn)次擦寫周期，數(shù)據(jù)保存達(dá)100年，不會(huì)因?yàn)閿嚯姸鴣G失數(shù)據(jù)，完全滿足設(shè)計(jì)需要，且價(jià)格相對(duì)較低。AT24C02模塊的SDA（管腳5）和SCL（管腳6）分別于單片機(jī)的P3.5和P3.4口連接，連接電路如圖6所示。

2.5單片機(jī)及其外圍電路

本設(shè)計(jì)沒有太復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算，但要求可靠性高。綜合比較各種微控器，選用宏晶公司的8位增強(qiáng)型單片機(jī)STC89C52RC［7-8］。該單片機(jī)技術(shù)成熟、成本低，自帶ADC，簡(jiǎn)化外圍器件設(shè)計(jì)。信息存儲(chǔ)采用AT24C02模塊，液晶顯示器采用LCD1602顯示器，報(bào)警器采用聲光報(bào)警，當(dāng)輸入指紋或密碼連續(xù)三次錯(cuò)誤時(shí)，輸入模塊強(qiáng)制退出，同時(shí)單片機(jī)會(huì)通過P2.1端口輸出一個(gè)低電平信號(hào)使三極管Q2導(dǎo)通，接通聲光報(bào)警器進(jìn)行聲光報(bào)警。

2.6電源模塊

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電磁鎖采用12V電壓供電，可直接采用電源適配器供電，單片機(jī)和繼電器、顯示器等外圍器件采用5V電壓供電，設(shè)計(jì)采用LM2596-5模塊將電源適配器輸出電壓轉(zhuǎn)化成5.0V電壓［9］。

3程序設(shè)計(jì)

3.1默認(rèn)解鎖程序

考慮到指紋解鎖快捷、方便，系統(tǒng)首選指紋解鎖，如果指紋識(shí)別模塊無動(dòng)作則進(jìn)入到密碼解鎖。指紋解鎖中，如果指紋比對(duì)失敗會(huì)通過液晶顯示器進(jìn)行提示，超過三次則關(guān)閉指紋識(shí)別模塊?？紤]到指紋模塊可能會(huì)因?yàn)槭种赋龊沟仍虮葘?duì)失敗，此時(shí)不報(bào)警，提示選擇輸入密碼解鎖。密碼解鎖中，設(shè)置了6位由“0”~“9”及“*”和“#”12個(gè)符號(hào)組成的普通解鎖密碼和臨時(shí)解鎖密碼，位數(shù)過低會(huì)降低安全性，位數(shù)過高又會(huì)影響工作效率與可靠性。若選擇“重置”鍵則進(jìn)入管理員模式，可進(jìn)行密碼修改、指紋錄入與刪除等操作，此時(shí)需要輸入9位超級(jí)密碼。無論是普通解鎖密碼、臨時(shí)解鎖密碼還是超級(jí)密碼，輸入錯(cuò)誤系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行提示，如果錯(cuò)誤輸入超過三次則自動(dòng)關(guān)閉解鎖系統(tǒng)，同時(shí)啟動(dòng)聲光報(bào)警。聲光報(bào)警器延時(shí)10秒退出，解鎖系統(tǒng)關(guān)閉150秒后恢復(fù)待機(jī)狀態(tài)，系統(tǒng)工作流程如圖7所示。

3.2重置與拓展功能

為了增加系統(tǒng)使用的靈活性，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的程序可以進(jìn)行修改、重置。（1）修改密碼。在不太重要的場(chǎng)合，可以采用4位密碼，快速高效。同樣，在重要的場(chǎng)合可以采用9位密碼及更多位數(shù)的超級(jí)密碼。臨時(shí)密碼默認(rèn)使用一次即失效，也可以改為按時(shí)間記憶，比如啟動(dòng)12小時(shí)后失效。（2）開鎖模式。在非常重要的場(chǎng)合，為了提高安全防護(hù)級(jí)別，可以采用“密碼+指紋”的方式開鎖。此時(shí)安全級(jí)別高，不設(shè)置臨時(shí)密碼，開鎖時(shí)系統(tǒng)首先驗(yàn)證密碼，三次錯(cuò)誤即報(bào)警。然后再次驗(yàn)證指紋（管理員模式的超級(jí)密碼除外），三次比對(duì)錯(cuò)誤也報(bào)警。但“密碼+指紋”的驗(yàn)證方式要確保指紋錄入無誤，手指不能有汗?jié)n、油污及傷口等。（3）功能拓展。由于采用單片機(jī)作為控制器，這種智能電子鎖可以通過無線通信的方式與其他設(shè)備建立聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)遙控解鎖。比如手機(jī)終端解鎖、紅外遙控器解鎖等［10-11］。

4系統(tǒng)測(cè)試

為檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的可靠性，進(jìn)行了系統(tǒng)的硬件測(cè)試。針對(duì)預(yù)定的指紋解鎖、密碼解鎖以及錯(cuò)誤報(bào)警等功能進(jìn)行逐一測(cè)試，結(jié)果顯示，系統(tǒng)誤動(dòng)和報(bào)警器誤報(bào)均為零，證明了系統(tǒng)工作的可靠性。

5結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的智能電子鎖利用指紋或密碼即可開鎖，無需配備鑰匙或IC卡等開鎖裝置，使用方便，符合門禁系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)；采用單片機(jī)作為控制核心，可以通過程序設(shè)定選擇和修改開鎖模式，使用靈活，安全性高；設(shè)計(jì)的智能鎖利用單片機(jī)與外界的通信鏈接，很容易與智能家居、物聯(lián)網(wǎng)、5G技術(shù)、大數(shù)據(jù)與區(qū)塊鏈等深度融合，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制與報(bào)警等功能拓展，有著廣闊的應(yīng)用前景。

作者：楊清志 徐宏 單位：亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院