河南理工大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院 尚博陽

帶手機(jī)控制功能的記憶密碼鎖

河南理工大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院 尚博陽

介紹一款基于STC10F08XE單片機(jī)的帶手機(jī)控制功能的記憶密碼鎖。該系統(tǒng)可通過自帶鍵盤進(jìn)行加鎖、密碼解鎖、修改密碼等功能，且具有相應(yīng)的指示。此外還可使用配套APP通過藍(lán)牙連接遙控密碼鎖進(jìn)行加鎖、解鎖及修改密碼。此外，修改后的密碼會自動存儲到EEPROM中進(jìn)行保存，保證掉電重啟后新密碼不會丟失。

單片機(jī)；密碼鎖；藍(lán)牙

引言

隨著人們生活水平的提高，如何實(shí)現(xiàn)家庭防盜這一問題也變的尤其的突出，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖由于其構(gòu)造的簡單，安全性能低，無法滿足人們的需要。隨著電子產(chǎn)品向智能化和微型化的不斷發(fā)展，單片機(jī)已成為電子產(chǎn)品研制和開發(fā)中首選的控制器。

本文從經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度出發(fā)，采用宏晶科技STC10F08XE單片機(jī)作為主控芯片，結(jié)合外圍的鍵盤輸入、顯示等電路，用C51語言編寫主控芯片的控制程序，設(shè)計(jì)了一款具有更改密碼及密碼記憶功能，且可以通過手機(jī)進(jìn)行控制的電子密碼鎖。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，該密碼鎖具有設(shè)計(jì)方法合理，簡單易行、成本低、安全實(shí)用等特點(diǎn)，符合住宅、辦公室用鎖要求，具有推廣價值。

1. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)原理及設(shè)計(jì)思路

電子密碼鎖是一種通過密碼輸入來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、閉鎖任務(wù)的電子產(chǎn)品。目前應(yīng)用較廣的電子密碼鎖大多是以單片機(jī)為核心，通過編程來實(shí)現(xiàn)的。其性能和安全性已大大超過了機(jī)械鎖。

本系統(tǒng)采用STC10F08XE單片機(jī)作為微處理器，采用HC-05藍(lán)牙模塊作為無線通訊裝置，以及3*2矩陣鍵盤、LCD1602顯示電路、LED指示燈等外圍設(shè)備構(gòu)成。利用矩陣鍵盤，用戶可以輸入由1-4組成的四位數(shù)字密碼，并帶有“確認(rèn)鍵”及“清除鍵”。當(dāng)用戶輸入密碼后，按下確認(rèn)鍵，系統(tǒng)將進(jìn)行密碼校驗(yàn)：若密碼正確，將解鎖密碼鎖；若密碼錯誤，LED指示燈將閃爍報(bào)警。在密碼驗(yàn)證通過后，連按兩次確認(rèn)鍵可進(jìn)入密碼修改程序。用戶重復(fù)輸入兩次新密碼后，若兩次輸入的密碼相同，修改密碼成功，密碼將被寫入EEPROM中，即使系統(tǒng)掉電后重啟，密碼也不會丟失。在用戶輸入密碼的過程中，按下“清除鍵”均可撤銷一次輸入。

使用配套的手機(jī)APP，可以對密碼鎖進(jìn)行解鎖、加鎖以及密碼修改操作。按下APP中相應(yīng)的按鍵即可進(jìn)行相對應(yīng)的操作。

1.2 系統(tǒng)工作流程圖（見圖1）

圖1 系統(tǒng)工作流程圖

2. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 顯示電路設(shè)計(jì)

目前市場中的顯示方法有數(shù)碼管顯示與LCD屏顯示。為了使得使用者可以簡單明了的看到時間日期的信息，本系統(tǒng)采用LCD顯示方式。LCD1602是一個能夠顯示16*2個字符的液晶顯示屏，其引腳可直接與單片機(jī)I/O口相連接進(jìn)行并行通訊，省去驅(qū)動電路，提高電路的可靠性。LCD顯示電路圖，單片機(jī)的P0口經(jīng)接上拉電阻后接到LCD屏的八個數(shù)據(jù)端，同時LCD1602的三個控制端RS、WR和E分別與單片機(jī)的P2.0、P2.1和P2.2口相連。

2.2 按鍵掃描設(shè)計(jì)

為了節(jié)省單片機(jī)IO口資源，系統(tǒng)將3*2鍵盤利用矩陣鍵盤的形式進(jìn)行連接。在掃描程序中，利用程序先將H1置于低電平，H2置于高電平，掃描L1、L2、L3的電平是否為低電平，即可檢測1、2、3按鍵是否被按下；再利用程序先將H1置于高電平，H2置于低電平，掃描L1、L2、L3的電平是否為低電平，即可檢測4、5、6按鍵是否被按下。

由于按鍵的硬件特性，用戶在按下按鍵的時候回產(chǎn)生高低電平抖動的情況。考慮到成本問題，系統(tǒng)在硬件上沒有進(jìn)行相應(yīng)的處理，而是使用軟件進(jìn)行按鍵消除抖動。程序中利用Key_Buff最作為按鍵掃描的存儲區(qū)，若每次掃描所檢測到的按鍵相同，將向Key_ Buff寫入一位“1”。如果Key_Buff達(dá)到0xFF，即連續(xù)8次掃描到相同的按鍵被按下， 則程序確認(rèn)該鍵已經(jīng)被按下。這樣就實(shí)現(xiàn)了軟件按鍵消抖的功能。

2.3 定時器配置設(shè)計(jì)

系統(tǒng)利用51單片機(jī)的定時器0進(jìn)行定時工作。利用定時器的中斷功能，在中斷服務(wù)程序中分別調(diào)用數(shù)碼管掃描程序及按鍵掃描、按鍵處理程序。

我們將定時器設(shè)定為1ms定時。由于系統(tǒng)采用11.0592的晶振，根據(jù)公式：

X=M-計(jì)數(shù)值=M-(TC×fOSC)/12

計(jì)算可得，將定時器初值賦為TL0 = 0x66，TH0 = 0xFC時，定時器即可實(shí)現(xiàn)1ms定時。

在定時器0的中斷服務(wù)程序中，系統(tǒng)進(jìn)行了定時器的重新賦值、LED燈閃爍狀態(tài)更新、數(shù)碼管動態(tài)掃描及矩陣按鍵的掃描工作。其中，數(shù)碼管顯示我們設(shè)定為1毫秒掃描一次，LED燈的掃描設(shè)定為100毫秒更新一次，矩陣按鍵設(shè)置為5毫秒掃描一次。程序利用變量cnt的加減即可實(shí)現(xiàn)上述功能。

2.4 密碼驗(yàn)證及修改設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)實(shí)際工作的時候，密碼鎖的密碼驗(yàn)證程序是最重要的一個環(huán)節(jié)。我們需要確保系統(tǒng)密碼驗(yàn)證的功能穩(wěn)定有效。當(dāng)輸入的密碼完全匹配，才能觸發(fā)解鎖，否則系統(tǒng)將控制LED燈進(jìn)行閃爍報(bào)警。

只有在正確輸入密碼后，連續(xù)點(diǎn)擊兩次確認(rèn)按鈕，系統(tǒng)才會進(jìn)入密碼修改程序。進(jìn)入程序后，系統(tǒng)會提示用戶輸入兩次新密碼，若兩次輸入的密碼不同，系統(tǒng)不保存新密碼，而是控制LED燈進(jìn)行閃爍提示；若兩次輸入的新密碼完全一致，系統(tǒng)將更新密碼，并將其寫入到EEPROM中，以供下次開機(jī)時讀取。

2.5 藍(lán)牙串口控制設(shè)計(jì)

系統(tǒng)使用HC-05串口藍(lán)牙芯片作為無線通訊模塊。通過該模塊，系統(tǒng)能與手機(jī)APP進(jìn)行無線通信。

使用串口藍(lán)牙模塊之前，我們需要先對單片機(jī)串口進(jìn)行波特率配置。利用單片機(jī)定時器1作為波特率發(fā)生器。經(jīng)過計(jì)算之后，程序能將定時器1配置成115200波特率的發(fā)生器，該波特率與串口藍(lán)牙模塊的波特率一致，能夠穩(wěn)定通信。

系統(tǒng)利用串口的中斷服務(wù)進(jìn)行接收信息檢驗(yàn)。在手機(jī)APP上，解鎖功能對應(yīng)的命令為“K”，加鎖的命令為“J”，通過檢測SBUF寄存器接收到的字符，即可實(shí)現(xiàn)上述兩個功能。APP中的密碼修改指令為“C+[四位密碼]”，程序中利用變量count來進(jìn)行密碼接收檢測。當(dāng)接收到上述指令時，系統(tǒng)能準(zhǔn)確無誤地將收到的密碼進(jìn)行更新，并將其寫入EEPROM中進(jìn)行鎖存。

3. 結(jié)束語

本系統(tǒng)是基于STC10F08XE單片機(jī)的帶手機(jī)控制功能的記憶密碼鎖，意在代替目前市面上安全性較低、使用較不方便的機(jī)械式密碼鎖。該系統(tǒng)有健全的密碼判斷機(jī)制，程序邏輯清晰且不存在漏洞，難以被破解。系統(tǒng)還可方便地更改密碼，使其安全性更上一層。另外，還創(chuàng)造性地將智能手機(jī)與其相結(jié)合，提供配套的APP，可使用手機(jī)進(jìn)行無線控制及密碼修改，成為本系統(tǒng)的一大特色。

[1]余發(fā)山,王福忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[M].中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2011.

[2]宋雪松,李東明,崔長勝.手把手教你學(xué)51單片機(jī)[M].清華大學(xué)出版社,2014.

尚博陽（1996－），男，河南洛陽人，河南理工大學(xué)本科生，研究方向：電氣工程及其自動化。

基金課題：河南理工大學(xué)青年基金項(xiàng)目（Q2015-2A）。