【正文】 基于MSP430單片機(jī)的智能門(mén)鎖控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：隨著科技的進(jìn)步，以單片機(jī)為核心的自動(dòng)門(mén)鎖控制系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入了人們的生活。本論文著重闡述了以msp430單片機(jī)為核心，通過(guò)并行接口直接控制LCD液晶顯示器模塊及鍵盤(pán)掃描，并與接觸式IC卡讀寫(xiě)技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)。為保證門(mén)鎖使用的安全性，系統(tǒng)自動(dòng)比較IC卡密碼和用戶(hù)輸入密碼，若輸入的密碼與系統(tǒng)讀出的IC卡密碼相同，門(mén)鎖自動(dòng)開(kāi)啟；若連續(xù)輸入三次錯(cuò)誤的密碼，系統(tǒng)自動(dòng)停止此卡的使用，并及時(shí)將報(bào)警信號(hào)通過(guò)RS485串行通信總線傳往主控臺(tái)。本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，具有一定的實(shí)用價(jià)值。該系統(tǒng)拓展后，可用于其他智能家電的控制，具有好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：MSP430單片機(jī)，接觸式IC卡，LCD顯示器，電子門(mén)鎖The hardware design and realization of IC card electronic door locks controlling systemAbstract：With the progress of technology, the automatic door locks control system which takes the the Single Micro Chip Computer as the core is stepping into people39。s lives. This paper focuses on the system which takes the series Single Micro Chip Computer msp430 as the core, which controls Liquid Crystal Display modules and keyboard scanning through the control chip directly, and contacts the IC card readwrite technology. In order to guarantee the security of the door lock39。s use, the system design offers an parision between the IC card password and the password which the user input. If inputed password and the IC card password read out on the system readout are same, the door lock will be opened automaticly. If you input wrong password three times continuously, the system will automatically stop the use of the card, and the alarm will be transmited to the key station promptly through the RS485 serial telemunications bus stbus. The advantage of this design is simple in the hardware circuits, software functional improvements, the control system′s reliablily, and has certain practical. After this system is developed, it can be used in other intelligent electrical appliances39。 control and has a good application prospect. Key words : MSP430 Single Chip Micro Computer, IC cards, Liquid Crystal Display, Electronic door locks一 系統(tǒng)分析（一） 系統(tǒng)研究的可行性任何系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)之前，都要進(jìn)行可行性分析來(lái)確定項(xiàng)目開(kāi)發(fā)是否有必要和可行。必須分析幾種主要可能解法的利弊，從而判斷原定的系統(tǒng)規(guī)模和目標(biāo)是否能現(xiàn)實(shí)，系統(tǒng)完成后所能帶來(lái)的效益是否大到值得投資開(kāi)發(fā)。因此，可行性研究實(shí)質(zhì)上是要進(jìn)行一次大大壓縮簡(jiǎn)化了的系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的過(guò)程，也就是在較高層次上以較抽象的方式進(jìn)行的系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的過(guò)程。首先需要進(jìn)一步分析和澄清問(wèn)題定義，在問(wèn)題定義階段初步確定規(guī)模和目標(biāo)，如果是正確的就進(jìn)一步加以肯定，如果有錯(cuò)誤就應(yīng)該及時(shí)改正，如果對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)有任何約束和限制，也必須把它們清楚地列舉出來(lái)。在澄清了問(wèn)題定義后，導(dǎo)出系統(tǒng)的邏輯模型，然后從系統(tǒng)邏輯模型出發(fā)，探討出系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，并仔細(xì)分析它的可行性。就本系統(tǒng)而言，在設(shè)計(jì)其邏輯模型時(shí)，要先判斷該系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)之后是否能在市場(chǎng)上得到廣泛的應(yīng)用，贏得經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)今越來(lái)越多的酒店、賓館都開(kāi)始使用智能電子門(mén)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的門(mén)，這樣既方便了客人的使用，也使賓館的客房管理更安全，即使卡丟失，通過(guò)總臺(tái)輸入相應(yīng)的客戶(hù)信息也能將門(mén)打開(kāi)。本設(shè)計(jì)成本也很低。隨著科技的進(jìn)步，當(dāng)今很多產(chǎn)品越來(lái)越智能化也是發(fā)展的必然趨勢(shì)，此產(chǎn)品及時(shí)地配合上了科學(xué)的發(fā)展，還會(huì)有一定的拓展空間，比如現(xiàn)在很多高校都用校園一卡通，很大程度地方便了學(xué)生的日常生活。再有，現(xiàn)在世界上和很多科學(xué)家正在努力開(kāi)發(fā)數(shù)字化家庭這個(gè)項(xiàng)目，本設(shè)計(jì)正是步入這個(gè)目標(biāo)的初級(jí)階段。它省去了攜帶鑰匙，只能一把鑰匙開(kāi)一把鎖的不便。人們?cè)谑褂脗鹘y(tǒng)的門(mén)時(shí)，如果丟失了鑰匙只能將門(mén)撬開(kāi)，智能門(mén)鎖系統(tǒng)就避免了這個(gè)弊端，它將每個(gè)門(mén)鎖密碼統(tǒng)一存在總臺(tái)控制中，即使IC卡丟失，也可通過(guò)總臺(tái)將門(mén)打開(kāi)。（二） 需求分析確定設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)目標(biāo)，并提煉出設(shè)計(jì)規(guī)格說(shuō)明書(shū)，作為正式設(shè)計(jì)指導(dǎo)和驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)的需求分析一般分功能性需求和非功能性需求兩方面。功能性需求是指系統(tǒng)的基本功能，如輸入輸出信號(hào)、操作方式等；非功能需求包括系統(tǒng)性能、成本、功耗等因素。本設(shè)計(jì)適應(yīng)著科技的發(fā)展，有相當(dāng)一部分的科技人員正在研究開(kāi)發(fā)這個(gè)項(xiàng)目，因此本系統(tǒng)具有技術(shù)可行性。本系統(tǒng)中還包括了后臺(tái)對(duì)電子門(mén)的控制，現(xiàn)在有專(zhuān)門(mén)從事這種后臺(tái)操作的工作人員，統(tǒng)一對(duì)電子門(mén)鎖系統(tǒng)進(jìn)行管理和技術(shù)維護(hù)，因此本系統(tǒng)還具有一定的管理可行性。（三） 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案　　描述系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)所述的功能和非功能需求，包括對(duì)硬件、軟件和執(zhí)行裝置的功能劃分以及系統(tǒng)的硬件、軟件選型等。一個(gè)好的體系結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵，根據(jù)上面的可行性和需求分析，我制定了系統(tǒng)基本功能的設(shè)計(jì)方案，識(shí)別卡之后：(1)系統(tǒng)自動(dòng)讀取IC卡程序，用一個(gè)中斷程序，只可對(duì)IC卡執(zhí)行繼續(xù)工作，對(duì)其他類(lèi)型的卡不可識(shí)別。(2)系統(tǒng)接著自動(dòng)讀取IC卡密碼，若此卡已經(jīng)過(guò)期，則自動(dòng)中斷，不可識(shí)別。(3)識(shí)別卡后，若IC卡有效，則液晶屏幕顯示漢字：請(qǐng)輸入密碼。(4)從鍵盤(pán)輸入密碼，讀入密碼，并在屏幕上以*顯示。(5)單片機(jī)比較兩個(gè)密碼。若不同，則中斷程序，并將程序跳到(4)，最多循環(huán)三次，若仍不相同，則系統(tǒng)收回對(duì)IC卡的使用權(quán)；若相同，則門(mén)自動(dòng)開(kāi)鎖。（四） 所需功能模塊通過(guò)系統(tǒng)的需求分析和可行性研究得出系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，并得出實(shí)現(xiàn)這些功能需要用到以下幾個(gè)功能模塊，包括：IC卡模塊、存儲(chǔ)器模塊、LCD液晶顯示、鍵盤(pán)模塊、電子門(mén)鎖開(kāi)啟及報(bào)警模塊。其中的電子門(mén)鎖開(kāi)啟及報(bào)警模塊與一個(gè)發(fā)光二級(jí)管和一個(gè)報(bào)警笛相連，當(dāng)系統(tǒng)通知電子門(mén)鎖開(kāi)啟及報(bào)警模塊可以將電子門(mén)打開(kāi)時(shí)，門(mén)鎖自動(dòng)打開(kāi)，在本設(shè)計(jì)中用綠燈亮來(lái)表示電子門(mén)打開(kāi)；當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行三次比較密碼程序后，若兩個(gè)密碼仍不相同，則系統(tǒng)就通過(guò)電子門(mén)鎖開(kāi)啟及報(bào)警模塊通知警笛報(bào)警。其他的功能模塊在以下的論文中會(huì)做詳細(xì)的介紹，這些功能模塊都是以MSP430單片機(jī)中的MSP430F149為核心實(shí)現(xiàn)的。二 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)計(jì)（一） 系統(tǒng)組成智能門(mén)鎖控制系統(tǒng)的思想是由用戶(hù)向系統(tǒng)提供身份信息和個(gè)人密碼作為開(kāi)鎖請(qǐng)求，經(jīng)系統(tǒng)與既有的電子帳戶(hù)核對(duì)后，確定是否執(zhí)行開(kāi)鎖步驟。同時(shí)，系統(tǒng)還提供對(duì)電子帳戶(hù)的管理功能，如查詢(xún)，修改 添加 和刪除功能。對(duì)這一設(shè)計(jì)思想進(jìn)行抽象，就可以建立起對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的邏輯層次。1 收集層收集層是智能門(mén)鎖控制系統(tǒng)與用戶(hù)互動(dòng)的橋梁，完成對(duì)用戶(hù)各種請(qǐng)求信息的收集，是整個(gè)系統(tǒng)中十分重要的部分。要收集的信息包括用戶(hù)卡信息 用戶(hù)個(gè)人密碼 用戶(hù)查詢(xún)要求等。該層次的具體組件包括硬件上的讀卡器 鍵盤(pán)和管理軟件程序界面。2 處理層處理層是完成對(duì)已收集到的信息的處理，主要負(fù)責(zé)對(duì)用戶(hù)信息的驗(yàn)證，控制門(mén)鎖開(kāi)關(guān)和對(duì)電子帳戶(hù)的各種管理工作。這一層完全由上層管理軟件構(gòu)成，是整個(gè)智能門(mén)鎖控制系統(tǒng)的核心，是實(shí)現(xiàn)智能化的關(guān)鍵。3 通信層有了收集到的信息和經(jīng)過(guò)處理的信息，還必須讓信息在整個(gè)系統(tǒng)中流動(dòng)，這就要靠通信層。通信層的最主要部分是連接信息收集層和信息處理層的單元。通信層的主體采用RS232串行通信口線的信息傳輸媒介，負(fù)責(zé)單片機(jī)和上位機(jī)的通信。4 執(zhí)行層處理層對(duì)通信層傳過(guò)來(lái)的信息進(jìn)行判斷處理，確定其合法性以后，把控制權(quán)交給執(zhí)行層。執(zhí)行層主要負(fù)責(zé)將弱電信號(hào)轉(zhuǎn)化為強(qiáng)電信號(hào)，開(kāi)鎖 信號(hào)燈顯示 報(bào)警顯示等。它是整個(gè)系統(tǒng)的最終執(zhí)行者。（二） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從宏觀上看整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)造如圖 1 鎖體所提部分采用電磁鎖這種所利用關(guān)門(mén)時(shí)人對(duì)鎖體內(nèi)部彈簧做功的勢(shì)能存儲(chǔ)起來(lái)作為開(kāi)鎖的動(dòng)力，當(dāng)鎖體內(nèi)的一塊電磁鐵通電時(shí)，就觸發(fā)彈簧把鎖打開(kāi)，既可以用電信號(hào)控制開(kāi)鎖。1 單片機(jī)系統(tǒng) 單片機(jī)系統(tǒng)是信息收集層的核心部分，它承擔(dān)讀取用戶(hù)卡片和密碼信息，與上位微機(jī)串行口通信的全部任務(wù)。主控芯片選用MSP430單片機(jī)；通信部分采用SP3220與微機(jī)串口進(jìn)行通信；芯片和鎖體之間采用繼電器，使芯片引腳提供的MA級(jí)電流可以驅(qū)動(dòng)A級(jí)電流的電磁鎖。 通過(guò)單片機(jī)對(duì)卡片讀寫(xiě)器與鍵盤(pán)的控制，可以讀取用戶(hù)卡片信息和密碼，并由單片機(jī)和上位微機(jī)通信識(shí)別用戶(hù)合法性，確定是否開(kāi)鎖。整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)得工作電源采用外接電源。2 微機(jī)系統(tǒng)微機(jī)系統(tǒng)全部由軟件組成，.微機(jī)系統(tǒng)主要處在信息處理層。主要信息處理程序分為兩部分，分別完成對(duì)開(kāi)鎖請(qǐng)求的合法性和驗(yàn)證，以及實(shí)現(xiàn)用戶(hù)對(duì)用戶(hù)表和登陸日志這兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢(xún)類(lèi)請(qǐng)求。與單片機(jī)的交互通信由串行通信程序集中處理，用于接受開(kāi)鎖請(qǐng)求和發(fā)送驗(yàn)證結(jié)果。 微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（三） 硬件設(shè)計(jì)方案根據(jù)控制系統(tǒng)的的工作原理和工作過(guò)程，整個(gè)系統(tǒng)硬件分為三大部分：用戶(hù)卡讀取器 鍵盤(pán) 單片機(jī)核心。1 用戶(hù)讀取器采用太陽(yáng)卡，該卡為光電卡，采用光電傳感器把卡上的信息轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以處理的信號(hào)。光電傳感器是以光敏元件作為轉(zhuǎn)化元件的傳感器，在此使用光敏三極管。使用光敏元件的特性，設(shè)計(jì)讀取電路單元見(jiàn) 當(dāng)控制端為高電平+5V時(shí)電平讀取端始終為高電平；當(dāng)控制端為低電平0V時(shí)，讀取端的電平取決于光敏元件的狀態(tài)；當(dāng)光敏元件受到光照而導(dǎo)通時(shí)，由于電阻的下拉作用，讀取端為低電平，反之為高電平。這樣就可以把光電卡上的通孔所記錄的信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。2 鍵盤(pán)硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 本系統(tǒng)采用薄膜式鍵盤(pán)，12個(gè)按鍵，34陣列，有10個(gè)數(shù)字鍵（09），2個(gè)功能鍵“確定”與“取消”，供程序處理輸入完畢和輸入錯(cuò)誤后重新輸入得情況。 鍵盤(pán)讀取方式為翻轉(zhuǎn)式讀取，程序代碼簡(jiǎn)單可靠。3 單片機(jī)電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)式整個(gè)門(mén)鎖控制系統(tǒng)得總控制者和總操作者，負(fù)責(zé)讀取用戶(hù)卡得信息和用戶(hù)密碼，同時(shí)負(fù)責(zé)與上位機(jī)通信：發(fā)送用戶(hù)卡片信息和用戶(hù)密碼，并接受上位機(jī)命令，控制門(mén)鎖開(kāi)啟。（1） 電源模塊以保證單片機(jī)系統(tǒng)得正常工作。（2） 復(fù)位電路（3） 與微機(jī)串行接口由于單片機(jī)與上位機(jī)通信時(shí)接口電平不同，因此需要進(jìn)行接口轉(zhuǎn)換，這里采用SP3220芯片來(lái)完成接口電平的轉(zhuǎn)換。SP3220具有功耗低，封裝小等特點(diǎn)，此芯片具有以下特點(diǎn)：252。 寬電壓供電?！?52。 上傳速率可以達(dá)到235K b/s252。 低功耗的電流為1181。A252。 增強(qiáng)性ESD規(guī)范通信電纜的連接方式如圖（4） 單片機(jī)與門(mén)鎖接口電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 單片機(jī)接收到上位微機(jī)發(fā)來(lái)的用戶(hù)合法信息后，置MSP430得P6 口為高電平進(jìn)行開(kāi)鎖操作。芯片提供的電流很?。╩A級(jí)），需要進(jìn)行信號(hào)放大。采用2級(jí)放大電路，第一極由三極管組成，第二極由繼電器組成。 MSP430芯片上的P6引腳信號(hào)進(jìn)入三極管的基極B，使電流從集電極流向發(fā)射極，進(jìn)入繼電器的觸發(fā)端，讓繼電器內(nèi)部的開(kāi)關(guān)閉合，接通大功率電源與電磁鎖，完成開(kāi)鎖。三 MSP430系列單片機(jī)單片機(jī)（微控制器MCU）技術(shù)已經(jīng)滲透到生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面，從不同家電 通訊設(shè)備 到工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品，處處可見(jiàn)單片機(jī)的身影，單片機(jī)技術(shù)和正改變?nèi)祟?lèi)的生活。在單片機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，89C51系列為中國(guó)大陸應(yīng)用最廣泛的品種，而MSP430單片機(jī)是在1996年問(wèn)世的，在1998年被杭州利爾達(dá)公司引進(jìn)到中國(guó)（IT公司產(chǎn)品）。MSP430單片機(jī)可被稱(chēng)為當(dāng)今的綠色16位單片機(jī)，由于該系列單片機(jī)是一種超低功耗的混合信號(hào)控制器，所以支持MSP430單片機(jī)的一節(jié)電池可以工作10年，比較適合于電池應(yīng)用或者手持設(shè)備（一） MSP430單片機(jī)簡(jiǎn)介1 在結(jié)構(gòu)上MSP430系列單片機(jī)集成了一部計(jì)算機(jī)的各個(gè)基本組成部分。雖然其工作原理與普通微機(jī)并無(wú)差異，但MSP430系列單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上更加突出了體積小、功能強(qiáng)、面向控制的特點(diǎn)，具有很高的性能價(jià)格比。2 MSP430系列單片機(jī)由CPU、存儲(chǔ)器和外圍模塊組成，這些部件通過(guò)內(nèi)部地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線相連構(gòu)成單片微機(jī)系統(tǒng)。3 MSP430的內(nèi)核CPU結(jié)構(gòu)是按照精簡(jiǎn)指令集的宗旨來(lái)設(shè)計(jì)的。具有豐富的寄存器資源、強(qiáng)大的處理控制能力和靈活的操作方式。4 MSP430的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)采用了統(tǒng)一編址方式，可以使得對(duì)外圍模塊寄存器