單片機的現(xiàn)場無電源電子密碼鎖設計

1、【Word版本下載可任意編輯】 單片機的現(xiàn)場無電源電子密碼鎖設計 0 引言 目前，市場上有多種基于IC卡設計的電子鎖，廣泛應用于賓館、公寓、倉庫、學校等場所。這些場合能夠提供很好的直流或交流電源，電子鎖的控制部分可以長時間方便地獲取穩(wěn)定的電源。但是，在野外環(huán)境中往往不能為控制部分方便地提供電源，需要手持部分為控制部分提供電源，執(zhí)行*和閉鎖操作，因此傳統(tǒng)由控制部分提供電源的電子鎖不能滿足野外環(huán)境的需要，例如采油井、注水站、電信通訊井等，在這些地方，尤其是偏遠的地方，往往對安全性要求較高，提供電源又較為困難。 本文介紹了一種電子鎖，電子鎖系統(tǒng)分為控制和手持兩部分。手持部分的電源采用鋰電池，控制部分

2、的工作電源由手持部分提供，數據線和電源線共用一根線，有效解決了上述問題，使用方便。 1 硬件系統(tǒng)設計 電子鎖由控制部分和手持部分組成。控制部分由STCl2C2052單片機、信號接收電路、電機驅動電路、保護電路構成，主要完成電子鎖鑰匙密碼的接收、驗證、直流電機驅動、電機保護功能；手持部分主要由STCl2C2052單片機、可充電電源電路、信號發(fā)送電路、鎖開關按鍵電路構成，主要完成電子鎖系統(tǒng)電源的提供，*、閉鎖信號和鑰匙密碼信號的發(fā)送功能。為了使用方便，控制部分和手持部分的連接采用紐扣式接頭，外部為地，內部為電源線，通過單根電源線實現(xiàn)數據傳輸和控制功能。*、閉鎖操作的執(zhí)行由3 V直流變速電機完成，直

3、流變速電機可以降低轉速，增大力矩。硬件系統(tǒng)構造示意圖如圖1所示。 1.1 STCl2C2052單片機 控制部分和手持部分微處理器采用STCl2C2052單片機。STCl2C2052除了具有運算器、控制器、RAM、FLASH、定時器、串行接口等功能部件外，還具有以下特點：SOP-20封裝，體積??；3.55.5 V寬工作電壓，具有ESD保護，高抗靜電干擾，抗4 kV快速脈沖干擾；-40+80工作溫度范圍，低功耗的空閑和掉電工作模式，2 KB芯片內E2PROM，ISP系統(tǒng)在線可編程，硬件看門狗(WDT)等特點，適用于野外環(huán)境。 1.2 信號發(fā)送電路 手持部分的信號發(fā)送電路將*、閉鎖信號和鑰匙密碼信號

4、通過電源線發(fā)送到控制部分。信號發(fā)送電路由三極管Q1、二極管D1、電阻R1和線圈L1構成，如圖2所示。當單片機的P3.1輸出高電平時，Q1截止，輸出低電平時，Q1導通，電源正極通過D1、限流電阻R1和Q1接地。此時，會在電源線上產生一個瞬時的低脈沖，說明有信號發(fā)送，低脈沖信號的不同頻率代表發(fā)送的是“0”，還是“1”。 1.3 信號接收電路 控制部分信號接收電路通過電源線接收*、閉鎖控制信號和鑰匙密碼信號。接收電路包括電容C1，三極管Q2和一個反向器。電源通過線圈L2給控制部分提供電源，如圖3所示。手持部分通過電源線發(fā)送信號，產生瞬時的低電平脈沖，低脈沖信號通過C1加載到Q2的基極，使得Q2處于截

5、止狀態(tài)。此時，反向器輸出低電平信號。無脈沖信號時，Q2處于飽和導通狀態(tài)。此時，反向器輸出高電平信號。根據信號頻率可以判斷發(fā)送來的是“0”，還是“1”。 1.4 直流電機倒向驅動電路 系統(tǒng)采用帶有變速器的3 V直流電機，通過電機的順時針、逆時針旋轉完成*、閉鎖操作。倒向驅動電路由三極管Q4，Q6，Q8，Q10，Q5，Q7，Q9，Q11組成，單片機的P1.O，P1.1，P1.2，P1.3分別經反相器后接Q4，Q6，Q8，Q10的基極。電路如圖4所示。 當單片機的P1.O，P1.1，P1.2，P1.3為低電平時，Q4，Q6，Q8，Q10截止，V1和V2處于浮空狀態(tài)，電機靜止；當*時，單片機的P1.0

6、，P1.3為高電平，P1.1，P1.2為低電平，Q4，Q5，Q10，Q11導通，Q6，Q7，Q8，Q9截止，V1為正，V2為負，電機正轉*；當閉鎖時，單片機的P1.0，P1.3為低電平，P1.1，P1.2為高電平，Q4，Q5，Q10，Q11截止，Q6，Q7，Q8，Q9導通，V1為負，V2為正，電機反轉閉鎖。 在程序實現(xiàn)時，必須注意嚴禁P1.0，P1.1，P1.2，P1.3同時為高電平，即Q4，Q6，Q8，Q10同時處于導通狀態(tài)。 1.5 電機保護電路 直流變速電機執(zhí)行*、閉鎖操作一定時間后，外部機械裝置會迫使電機停止轉動，如果不采取措施，會產生較大電流，損壞直流電機，所以保護電路是必不可少的。

7、 保護電路由TLV2252運算放大器、電阻R4，R5，R6組成，電路如圖5所示。TLV2252的1IN+(引腳3)接R5，R6構成分壓電路；11N-(引腳2)接電阻R4，電阻R4串聯(lián)到電機倒向驅動電路的公共輸出端。當電機正常工作時，通過R4的電流較小，TLV2252的輸出(引腳1)經兩個反向驅動后送給單片機的P3.3，此時為“1”，開展正常的開關操作。當外部機械裝置迫使電機停止轉動時，由于直流電機負載過大，通過R4的電流較大，這時放大器TLV2522輸出經兩個反向驅動后送給單片機的P3.3，此時為“O”，利用此信號產生中斷信號，停止*、閉鎖操作，以此起到對電機的保護作用。 2 軟件系統(tǒng)設計 系

8、統(tǒng)軟件由控制部分主程序、數據接收程序、電機驅動程序、手持部分主程序、數據發(fā)送程序組成?？刂撇糠峙c手持部分傳送開門、關門信號和鑰匙密碼信號，其中鑰匙密碼信號用1l位二進制數，具有較好的安全性。 2.1 數據“0”，“1”傳送方法 采用異步FSK通訊方式，使用信號的不同頻率來區(qū)分“0”和“1”，如圖6所示。 當信號頻率為20 kHz時，代表傳輸為“O”；當信號頻率為10 kHz時，代表傳輸為“1”。當晶振為12 MHz時，機器周期大約為1s。在接收部分，定時器計數器1用來記錄機器周期的個數。當記錄的機器周期個數在3070之間時，可以確定接收到的是“O”(O的標準個數為50個)；當記錄的機器周期個數

9、在80120之間時，確定接收到的是“1”(1的標準個數為100個)，其他情況按錯誤處理。 2.2 通信協(xié)議設計 在傳送的信息中，一部分是*、閉鎖控制命令信號，另一部分是鑰匙密碼信息?？刂撇糠纸邮盏借€匙密碼信息，經驗證與本機的密碼一致后可以執(zhí)行*、閉鎖操作。采用異步通信方式，定義協(xié)議格式為起始位、鑰匙密碼信息位、開關位、校驗位。其中，起始位為1位；鑰匙密碼信息為11位；開關位為1位；校驗位為4位。當起始位為“0時，表示一幀數據的開始，加上此后連續(xù)的16位為一幀數據。 鑰匙信息共有2048種組合，開關位為“1”，代表*操作；開關位為“0”，代表閉鎖操作；校驗位由11鑰匙信息位和1為開關位共12位(

10、由高到低4位為1組)經2次異或操作得到。 2.3 程序設計 手持部分主程序完成系統(tǒng)初始化、讀取按鍵，形成數幀，啟動發(fā)送等任務。使用定時中斷T1，完成數據的發(fā)送過程。當為數據“0”時，定時器初值為65 535-50=65 485=FFCO(H)；當為數據“1”時，定時器初值為65535-100=FF9B(H)，逐次發(fā)送各位，直到將一幀數據發(fā)送結束。手持部分主程序和T1中斷程序流程如圖7和圖8所示。 控制部分采用定時器T0和外部中斷O實現(xiàn)，初始化設置定時器為內部計數方式，計數初值為0。當手持部分信號到達控制部分時，單片機的外部中斷O產生中斷，在中斷程序中讀取計數器的計數值t。當30t70時，接收到的位為“0”；當80t120時，接收到的位為“1”。將接收的各位組合起來恢復發(fā)送的一幀數據，經檢驗處理正確無誤后開展*或