摘 要：隨著計算機科技的發(fā)展，研究基于單片機與串行通信的電子密碼鎖設(shè)計有了更加重要的意義。筆者通過分析傳統(tǒng)電子密碼鎖和基于單片機與串行通信的電子密碼鎖的基本功能，探討基于單片機與串行通信的電子密碼鎖的設(shè)計方案。分析研究電子密碼鎖的系統(tǒng)研發(fā)，為電子密碼鎖的研究設(shè)計提供參考資料。

關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)電子密碼鎖；單片機；串行通信；電子密碼鎖；設(shè)計方案；系統(tǒng)研發(fā)

本文是2012年院級教改課題《基于Proteus的“單片機原理”虛擬數(shù)學(xué)平臺的研究與應(yīng)用》（JY1208）的階段性成果之一。

系統(tǒng)研發(fā)和機械密碼鎖相比，電子密碼鎖具備較高可靠性的優(yōu)勢，也便于計算機網(wǎng)絡(luò)化的控制和智能化的管理，設(shè)計和實現(xiàn)的過程較為簡單，密碼的設(shè)定靈活多變，其制造的成本費用較低。電子密碼的市場價值在不斷提高。本文針對基于單片機與串行通信的電子密碼鎖設(shè)計進行分析研究，為電子密碼系統(tǒng)的研發(fā)提供科學(xué)的依據(jù)，從而便于單型機或聯(lián)網(wǎng)的使用。

1 傳統(tǒng)電子密碼鎖和基于單片機的基本功能

傳統(tǒng)電子密碼鎖和基于單片機的設(shè)計原理：一定的密碼位數(shù)和取值范圍，密碼的位數(shù)直接影響了鎖體的健壯情況；用戶自行設(shè)置和更改密碼；按鍵過程中會出現(xiàn)相關(guān)提示信息，當用戶輸入的密碼錯誤時，用戶需要另行處理；開鎖密碼輸入錯誤的次數(shù)不能超過規(guī)定的限制范圍，一旦超出則會出現(xiàn)警示信號；輸入準確的開鎖密碼之后才能開鎖；硬件成本費用偏低，軟件可靠性高，便于批量化生產(chǎn)。

2 基于單片機與串行通信的電子密碼鎖的基本功能

基于單片機與串行通信的電子密碼鎖設(shè)計的設(shè)計原理：功能的多樣性；計算機和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，使得智能型電子鎖的功能不斷地拓寬；和智能型現(xiàn)場實時監(jiān)控設(shè)備或中央監(jiān)控設(shè)備相連接；模塊的高度集成，結(jié)構(gòu)更加簡單、可靠性更高，操作過程簡單；人機界面的智能化、自動化和友善化；能夠智能判斷系統(tǒng)，提高了信號的提取技術(shù)?；趩纹瑱C與串行通信的電子密碼鎖設(shè)計實現(xiàn)了傳統(tǒng)電子密碼鎖的基本功能，并引用了嵌入型技術(shù)；在設(shè)計方面減少了電子密碼鎖周邊的元器件，使得電子鎖硬件更加簡單?；趩纹瑱C與串行通信的電子密碼鎖設(shè)計，使得電子密碼鎖不斷朝著網(wǎng)絡(luò)化、自動化、智能化的方向發(fā)展，密碼鎖具備了較強的可拓展性能。此外，利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以實時監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)的電子密碼，并進行動態(tài)性管理。同時基于單片機與串行通信的電子密碼鎖還具備報警處理等延伸型功能。

3 基于單片機與串行通信的電子密碼鎖設(shè)計方案的研究

3.1 電子密碼鎖設(shè)計方案和軟硬件開發(fā)平臺

電子密碼鎖設(shè)計方案利用兩級控制、主從形式結(jié)構(gòu)、總線型的計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。鍵盤利用4*3的矩陣形式進行排列，主控芯片利用ATM EL89C52，鍵盤的掃描電路以行的形式進行掃描，按鍵利用機械形式的電子開關(guān)結(jié)構(gòu)，所有的按鍵具有相應(yīng)的基本功能，可以分為數(shù)字型按鍵和功能型按鍵。單片機進行密碼的輸入與上傳工作，PC機對數(shù)據(jù)信息進行分析整理，設(shè)立完整的數(shù)據(jù)庫，并形成計算機網(wǎng)絡(luò)。利用串行通信，使得電子密碼鎖的傳輸距離不斷加長、連接方式更加簡單、操作更為靈活、數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)目煽啃阅懿粩嗵岣?。軟件利?1系列的C編譯器；硬件利用89系列的C52單片機。單片機的開發(fā)平臺由嵌入型系統(tǒng)C編譯器和仿真器組合而成。

3.2 通信協(xié)議

總線通信的接口電路利用的是靈活性較強的串行通信方法，肩負著管理和傳輸數(shù)據(jù)、編碼、主控微機和電子密碼鎖控制部件之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙ぷ魅蝿?wù)?？偩€控制部件利用的是ATMEL89C52單片機，在互鎖停止通信的基礎(chǔ)上，利用主動型申請方法傳輸密碼和發(fā)布命令。

3.3 人機式交互界面

把鍵盤以4行、3列的矩陣形式排列開來，利用4條I/O線作為行線，3條I/O線為列線，在所有交叉處設(shè)置按鍵。將行線逐行設(shè)置成低電平，檢測列的輸入實際情況，明確按鍵是否按下，對按鍵進行譯碼。利用WM-C1602N型的液晶顯示模塊，體現(xiàn)人機式交互界面友好。雙層通信協(xié)議，每層協(xié)議相互獨立獨立，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通信雙方利用RS-232C接口對單片機的輸出引腳TXD和RXD定時的輸出高、低電平來實現(xiàn)雙方數(shù)據(jù)信息的通信。

3.4 密碼信息的存儲能力

52型單片機無在線型可寫入的斷電保持設(shè)備，保障用戶在斷電后保存用戶密碼，選取T28C17作為輔助型存儲設(shè)備。AT28C17 EEPROM具備以下特點：硬件沒有任何特殊性要求、操作過程簡單、單片機內(nèi)設(shè)置了高電壓脈沖能夠自行產(chǎn)生電路、不需要增設(shè)編程電路和編程脈沖即可自行進行寫入處理等基本優(yōu)勢。此外，外部的數(shù)據(jù)信息存儲空間和電子密碼的程序存儲空間進行了合并，并采用查詢手段操作和控制AT28C17。在擦寫的過程中，RDY/BUSY的引腳呈低電平現(xiàn)象，擦寫完成后成為高壓片。利用集成性特征函數(shù)讀寫AT28C17。在讀寫過程中，讀寫AT28C17和一般性靜態(tài)RAM的讀寫操作相同。

3.5 多臺主機網(wǎng)絡(luò)通信

總線通信的控制設(shè)備在上電復(fù)位之后才開始工作，利用中斷方法等待串行通信現(xiàn)象的出現(xiàn)，利用全雙工互鎖的停止控制方法進行電子密碼鎖系統(tǒng)的正常通信。利用通用型串行通信的總線控制分擔在通信的主機上?？偩€通信的管理和網(wǎng)絡(luò)中下位的電子密碼鎖管理設(shè)備設(shè)立在串行型通信數(shù)據(jù)信息的鏈路上，從而構(gòu)建完善的主從形式的總線型網(wǎng)路。此外，為計算機網(wǎng)絡(luò)中的電子密碼鎖管理部件提供充足的工作電源；所有電子密碼鎖的電路經(jīng)過DC—DC模塊電路轉(zhuǎn)換之后，為電子密碼鎖自身的電路提供充足的電源。

3.6 總線的仲裁

通信協(xié)議約定所有機械設(shè)備在使用系統(tǒng)總線通信的前期，首先檢測總線的浮動電平，沒有出現(xiàn)跳動的總線則需要發(fā)送分組，所使用的總線必須要受到協(xié)議的保護。電平跳動利用89C52的多功能定時器來完成，總線的電平跳動需要計數(shù)，計數(shù)值不能為0；在總線忙的情況下，通信需要押后處理。

3.7 單片機的通信模塊

單片機的通信模塊的第一層通信協(xié)議中，單片機采用的是串口通信。在發(fā)送信息過程中當串口處于已經(jīng)發(fā)送的狀態(tài)，則將8位數(shù)據(jù)寫入到串口的緩沖領(lǐng)域內(nèi)；當串口處于是已經(jīng)接收的狀態(tài)，則將8位數(shù)據(jù)讀取到串口的緩沖領(lǐng)域內(nèi)，從而實現(xiàn)了同口式通信。單片機的通信模塊的第二層通信協(xié)議中完成了軟件的判別工作，基本功能函數(shù)是：接收來源于第一層通信協(xié)議中的8位數(shù)據(jù)資料并進行判別；明確轉(zhuǎn)義字符的處理數(shù)據(jù)幀；將本機中的數(shù)據(jù)寫入通信的緩沖區(qū)內(nèi)并加以解析，利用C語言來完成。

作者簡介

程金明（1976—），男，江西南昌人，江西科技學(xué)院，本科。研究方向：通信工程。