(武漢軟件工程職業(yè)學院，湖北武漢 430205)

1 概 述

隨著科技的進步，人們對工作、生活中自動化水平提出了越來越高的要求，住宅小區(qū)易發(fā)生偷盜、鑰匙忘記攜帶，本智能門鎖可克服傳統(tǒng)的等待開門、起床開門或鎖門、鑰匙攜帶、出門擔心是否落鎖等困撓。

智能門鎖不僅具有傳統(tǒng)的密碼輸入功能，門鈴提示功能，還擴展遠程通信功能和高度人性化的人機交互功能，來訪客人在按門鈴時，系統(tǒng)能撥打號碼通知主人，由主人決定是否通過語言系統(tǒng)與來訪客人對話，然后決定是否遠程開門。如果發(fā)生非法入侵時，系統(tǒng)可馬上為主人提供信息，即時做好安防措施。

2 總體設計

本系統(tǒng)以STC12處理器為主控制器，包括單片機控制子系統(tǒng)，包括：ZLG7289按鍵模塊、12864顯示模塊、NRF24L01無線模塊；模擬門子系統(tǒng)，包含：模擬門、步進電機驅動、語音及門鈴模塊；功能執(zhí)行子系統(tǒng)，包括：微型打印機、TC35I無線通信模塊[1]。系統(tǒng)總體設計框架圖如圖1所示。

3 硬件設計

3.1 主控制器介紹

主控制器型號為STC12C5A60S2，該芯片內部有專門的Reset電路，工作可靠性強。主控制器部分包含串行接口電路、時鐘和復位電路、存儲系統(tǒng)(ROM、RAM、Flash)[2]，其電路圖如圖2所示。

3.2 TC35I模塊電路

TC35I是一種性價比高的工業(yè)級無線通信模塊，體積小巧，有data、語音傳輸、SMS服務和fax功能。支持AT指令集，處理器可通過AT指令集方便地雙向控制該無線通信模塊。最大功耗為2瓦，由于不需要長時間連接無線網絡，需要無線傳送的數(shù)據量也不大，因此該模塊的平均功耗可以控制得很小，在空閑模式下最大的工作電流為3.0毫安。有自動重啟和故障恢復能力。該模塊電路設計簡單，通信性能穩(wěn)定，可方便的實現(xiàn)移動終端接收和發(fā)送功能[3]。該模塊接口電路圖如圖3所示。

圖1 系統(tǒng)總體設計框圖

圖2 主控制器電路原理圖

圖3 TC35I模塊接口電路圖

TC35I電路原理圖如圖4所示。

圖4 TC35I電路原理圖

3.3 NRF24L01無線通信模塊

NRF24L01集RF接收和發(fā)射于一體，具有GFSK調制、集成OSI鏈路層、自動生成報頭等功能，工作電壓為1.9 V～3.6 V，本設計中選用該無線通信模塊成品，通過模塊的SPI接口和配套接插件與STC12處理器連接。模塊接口原理圖如圖5所示。

3.4 ZLG7289A按鍵電路

ZLG7289A是多功能顯示和按鍵處理集成電路，顯示功能方面，可連接8bit的數(shù)碼顯示管，也可連接64個發(fā)光二極管。按鍵處理上，可連接64個鍵的矩陣鍵盤。還能處理多種顯示效果命令。本系統(tǒng)共設計了20個按鍵，接KR0～KR4(五行)和KC0～KC3(四列)引腳。該芯片通過SPI接口與處理器連接[4]，圖6為ZLG7289A按鍵數(shù)碼管顯示原理圖。

圖5 NRF24L01無線通信模塊接口原理圖

圖6 ZLG7289A按鍵顯示模塊原理圖

4 軟件設計

本智能門鎖系統(tǒng)采用模塊化程序設計思路，該設計思路的特點有：功能程序易于設計和測試；代碼便于閱讀和理解；程序的修改和功能變動會比較簡單等。本智能門鎖系統(tǒng)軟件設計分為以下幾個模塊：門外電子密碼等程序模塊、門內電子鎖等程序模塊、KEY檢測及判斷程序、EEPROM處理程序等[5]。

(1)門外電子密碼等程序。該程序主要實現(xiàn)硬件和軟件設置、判斷ZLG7289模塊是否使能、密碼輸入及檢測、短距無線通信處理等功能。

(2)門內電子鎖等程序。該程序主要任務是結合TC35I完成遠程控制和撥打電話、打印等操作。

(3)KEY檢測及判斷程序。鍵盤采用ZLG7289芯片，在主函數(shù)中調用KEY功能函數(shù)，通過功能選擇進入合適的功能處理代碼，當ZLG7289不使能時，處理器進入循環(huán)代碼中，一旦檢測到ZLG7289處于使能狀態(tài)，就重復KEY功能函數(shù)處理。

(4)EEPROM處理程序。EEPROM選用AT24C02。在比較密碼時，會執(zhí)行EEPROM讀取程序，讀取密碼數(shù)據，并與按鍵輸入的密碼數(shù)據做比對。在密碼設置功能下，該處理程序會把新輸入的密碼數(shù)據保存到EEPROM中。

門外電子密碼等和門內電子鎖等程序模塊流程圖如圖7和圖8所示。

5 小 結

本系統(tǒng)設計采用STC12處理器，具有性價比高，可靠性強、適用性廣等特點，實現(xiàn)了多功能、高安全性的智能門鎖功能。文中詳細介紹了系統(tǒng)主處理器電路設計、TC35I無線通信電路設計、短距無線通信電路設計、ZLG7289按鍵電路設計等，利用模塊軟件設計思路實現(xiàn)軟件功能。本設計已形成產品投入生產和銷售，在實際使用中，系統(tǒng)的安全性及可靠性得到了高度認可。

圖7 門外電子密碼等主程序流程圖

圖8 門內電子鎖等程序設計流程圖