【文章內(nèi)容簡介】 tronic code lock 密碼鎖控制電路開鎖部分作為電子密碼鎖的主要部分之一，是通過單片機發(fā)送信號給開鎖執(zhí)行機構，電路驅(qū)動電磁鎖吸合，從而達到開鎖閉鎖的目的。其原理圖如圖42所示。圖42 開鎖原理流程圖Figure 42 Principle flow chart of Unlock當用戶輸入的密碼正確而且是在規(guī)定的時間內(nèi)（不同用戶要求在12s內(nèi)輸入正確的密碼，管理員要求在5s內(nèi)輸入正確的密碼）輸入的話，單片機便輸出開鎖信號，送到開鎖驅(qū)動電路，然后驅(qū)動電磁鎖，達到開鎖的目的。其電路圖如圖43所示。開鎖控制電路由電路驅(qū)動和開鎖兩級組成。由DR1T4組成驅(qū)動電路，其中T4可以選擇普通的小功率三極管，如9019018都可以滿足要求。D5作為開鎖的提示，由D、C1T6組成開鎖電路。其中D、C11是為了消除電磁鎖可能產(chǎn)生的反向高電壓以及可能產(chǎn)生的電磁干擾。T6可選用中功率三極管，如8050。電磁鎖的選用要視情況而定，但是吸合力要足夠切有一定的余量。圖43 電磁鎖驅(qū)動電路Figure 43 Electromagnetic Lock Driver在本次設計中，基于節(jié)省材料，降低成本價格的原則，暫時用發(fā)光二極管代替電磁鎖，如果發(fā)光二極管亮，說明開鎖，如果發(fā)光二極管暗，說明沒有開鎖。 按鍵電路設計由于在本設計中需要輸入多位數(shù)字密碼，所以采用矩陣鍵盤作為輸入工具，在本設計中采用行列式鍵盤，方便而且減少鍵盤與單片機接口時所占用的I/O線的數(shù)目，減少I/O口的使用量，在按鍵數(shù)目比較多的時候都會采用這種方法。每一條水平線（行線）與垂直線（列線）的交叉處不相通，而是通過一個按鍵來連通，利用這種行列式矩陣結構只需要N條行線和M條列線，就可以組成具有N*M個按鍵的矩陣鍵盤。在這種行列式矩陣鍵盤非鍵盤編碼的單片機系統(tǒng)中，按鍵處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認有無按鍵按下的程序段。當確認有按鍵按下后，下一步就要識別是哪一個按鍵被按下，對鍵的識別通常有兩種方法，一種是常用的逐行掃描查詢法；另一種是速度較快的線翻轉(zhuǎn)法[15]。首先辨別鍵盤中有無鍵按下，有單片機I/O口向鍵盤送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來判斷。方法是：向行線輸出全掃描字00H,把全部列線置為低電平，然后將列線的電平狀態(tài)讀入累加器A中，如果有按鍵按下，總會有一根行線電平被拉至低電平從而使行線不全為1。判斷鍵盤中哪一個鍵被按下使通過鍵列線逐列至低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來實現(xiàn)的。方法是：一次給列線送低電平，然后查詢所有行線狀態(tài)，如果全為1，則所按下的鍵不在系此列，如果不全為1，則所按下的鍵必在此列，而且是在與零電平行線相交的交點上那個鍵。操作面板如圖44所示，共有數(shù)字鍵10個，功能鍵4個，還有四個指示燈和一個蜂鳴報警器，外加一個LED顯示器。上鎖01確認23456789菜單返回LED顯示器圖44 操作面板示意圖Figure 44 Schematic diagram of the control panel10個數(shù)字鍵用來輸入密碼，六個功能鍵上鎖、確認、菜單、返回，主要是上鎖和對輸入密碼的確認，對于菜單鍵，當按下菜單鍵后，在LCD顯示器上將會出現(xiàn)，修改密碼、開鎖、密碼清除等提示，根據(jù)提示進行操作，上下箭頭是用于選擇功能的。上面的4個指示燈是用來指示操作的狀態(tài)，鎖合（左一）指示狀態(tài)燈，正常的情況下顯示紅色，表示上鎖。當鍵盤動作的時候，鍵有效（左三）燈開始閃動，當輸入錯誤時則沒有反應，指示燈也顯示紅色。鎖開（左二）指示燈，當用戶在規(guī)定的時間內(nèi)正確的輸入了密碼，此燈轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色，表示開鎖，否則不顯示。錯誤（左四）指示燈是當用戶輸入密碼三次錯誤時燈亮，自動啟動報警系統(tǒng)，進行蜂鳴報警。面板上的蜂鳴器一個作用是對用戶的操作進行語言提示，另一個作用是在用戶輸入錯誤密碼次數(shù)超過三次后自動啟動報警系統(tǒng)進行蜂鳴報警。在本設計中，鍵盤電路設計如圖45所示。圖45鍵盤電路Figure 45 Keyboard Circuit AT24C02掉電存儲單元的設計掉電存儲單元的作用是在電源突然斷開的時候，存儲當前設定的信息，防止數(shù)據(jù)丟失。AT24C02是由ATMEL公司提供的，I2C總線串行EEPROM，其容量為1KB，～，生產(chǎn)工藝是CMOS工藝。芯片內(nèi)的資料可以保存很久，而且使用方便。圖46 AT24C02掉電存儲電路Figure 46 AT24C02 memory circuit powerdown如圖46中RR10是上拉電阻，其作用是減少AT24C02的靜態(tài)功耗，由于AT24C02的數(shù)據(jù)線和地址線是復用的，采用串行口的方式傳送數(shù)據(jù)，所以只用兩根線SCL（以為脈沖）和SDA（數(shù)據(jù)/地址）與單片機傳送數(shù)據(jù)[16]。每當出現(xiàn)一次數(shù)據(jù)變化，系統(tǒng)就會自動調(diào)用存儲程序，將新的數(shù)據(jù)保存在芯片當中，當系統(tǒng)重新上電的時候，系統(tǒng)會自動調(diào)用讀存儲器程序，將存儲期內(nèi)的數(shù)據(jù)讀到緩存單元中，供主程序使用。 顯示模塊顯示電路采用八個共陽極LED數(shù)碼管，從P0并行輸出溫度段碼，～，控制數(shù)碼管的點亮。其具體電路圖如圖47所示。圖47 顯示電路Figure 47 shows the circuit其工作過程如下：并行數(shù)據(jù)由P0口送至八個數(shù)碼管?！?，LED數(shù)碼管依次被點亮，顯示P0傳送來的數(shù)據(jù)。由于數(shù)碼管余輝效應和人眼的視覺延遲，當數(shù)碼管每秒點亮50次時，就會出現(xiàn)靜止顯示的密碼值。 電源電路設計電源是一個系統(tǒng)正常工作的基礎，電源模塊為系統(tǒng)其他各個模塊提供所需要的能源保證，因此電源模塊的設計至關重要。系統(tǒng)中接受供電的部分包括：顯示模塊、單片機模塊、開鎖電路模塊、以及其它的外圍輔助模塊等。設計中，除了需要考慮電壓范圍和電流容量等基本參數(shù)外，還要在電源轉(zhuǎn)換效率、噪聲、干擾和電路簡單等方面進行優(yōu)化?？煽康碾娫捶桨甘钦麄€硬件電路穩(wěn)定可靠運行的基礎。為了防止停電情況的發(fā)生，本電路后備了UPS電源，它包括市電供電電路，停電檢測電路，電子開關切換電路，蓄電池充電電路和蓄電池組。電源電路圖如圖48所示。圖48市電供電電路Figure 48 mains power supply circuit220V市電通過變壓器降壓成12V的交流電，在經(jīng)過整流橋整流，穩(wěn)壓到5V送往電子切換電路，由于本電路功耗較少，所以選用10W的小型變壓器。由R1R1R1R19以及IC14構成電壓比較器，正常情況下，V+VIC14輸出高電平，繼電器的常閉觸點和市電相連；當市電斷開時，V+VIC14輸出高電平，由TT4構成的達林頓管使繼電器J開啟，用其常開觸點將蓄電池和電路相連，實現(xiàn)市電和蓄電池供電的切換，保證電子密碼鎖的正常工作（電池容量決定持續(xù)時間）。其電路圖如圖48所示。圖49停電檢測及電子開關切換電路Figure 49 and electronic switching power failure detection circuitTT2構成蓄電池的自動充電電路，它在電池充滿后自動停止充電，其中D1亮為正在充電，D2為工作指示。由R1RT1構成電壓檢測電路，蓄電池電壓低。則TT2導通，實現(xiàn)對其充電；充滿后，TT2截止，停止充電，同時D1熄滅，電路中C13的作用是濾除干擾信號。其電路圖如圖410所示。圖410蓄電池自動充電電路Figure 410 Automatic battery charging circuit全部硬件電路的電源由6V電源提供。由于電路中的不同電路模塊所需要的工作電流容量各不相同，因此電源模塊應該包含多個穩(wěn)壓電路，將充電電池電壓轉(zhuǎn)換成各個模塊所需要的電壓。電源模塊由若干相互獨立的穩(wěn)壓電源電路組成。在本系統(tǒng)中，5V電源的實現(xiàn)是通過電源管理芯片LM7805來實現(xiàn)的。LM7805為3端正穩(wěn)壓電路,TO220封裝，能提供多 種固定的輸出電壓，應用范圍廣。內(nèi)含過流、過熱和過載保護電路。帶散熱片時，輸出電流可達1A。雖然是固定穩(wěn)壓電 路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。應用電路如圖411所示：圖411 5v電路應用電Figure 411 5v power circuit applications由于系統(tǒng)中有多個模塊需要5V供電，考慮到電流不足的問題，所以系統(tǒng)中有多個獨立的5V電源為不同的模塊供電。 電路總體構成通過上面各個單元的設計可以知道，在本設計中總體電路圖主要包括四個大的部分，開鎖部分、掉電存儲部分、電源輸入部分和按鍵輸入部分?？傮w電路圖詳見附錄C。5 系統(tǒng)軟件設計 keil C編譯環(huán)境Keil C51 軟件是眾多單片機應用開發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集編輯，編譯，仿真于一體，支持匯編，PLM 語言和C 語言的程序設計，界面友好，易學易用。Keil C51 181。Vision2集成開發(fā)環(huán)境是Keil Software，Inc/Keil Elektronik GmbH開發(fā)的基于80C51內(nèi)核的微處理器軟件開發(fā)平臺，內(nèi)嵌多種符合當前工業(yè)標準的開發(fā)工具，可以完成從工程建立到管理、編譯、鏈接、目標代碼的生成、軟件仿真、硬件仿真等完整的開發(fā)流程尤其是C編譯工具在產(chǎn)生代碼的準確性和效率方面達到了較高的水平，而且可以附加靈活的控制選項，在開發(fā)大型項目時非常理想。Keil C51集成開發(fā)環(huán)境的主要功能有以下幾點：1）181。Vision2 for Windows：是一個集成開發(fā)環(huán)境，它將項目管理、源代碼編輯和程序調(diào)試等組合在一個功能強大的環(huán)境中；2）C51國際際準化C交叉編譯器：從C源代碼產(chǎn)生可重定位的目標模塊；3）A51宏匯編器：從80C51匯編源代碼產(chǎn)生可重定位的目標模塊；4）BL51鏈接器/定位器：組合由C51和A51產(chǎn)生的可重定位的目標模塊，生成絕對目標模塊；5）LIB51庫管理器：從目標模塊生成連接器可以使用的庫文件；6）OH51目標文件至HEX格式的轉(zhuǎn)換器，從絕對目標模塊生成Intel Hex文件；7）RTX51實時操作系統(tǒng)：簡化了復雜的實時應用軟件項目的設計。這個工具套件是為專業(yè)軟件開發(fā)人員設計的，但任何層次的編程人員都可以使用，并獲得80C51單片機的絕大部分應用。Keil Software提供了一流的80C51系列開發(fā)工具軟件，下面描述每個套件及其內(nèi)容：1）PK51專業(yè)開發(fā)套件。PK51專業(yè)開發(fā)套件提供了所有工具，適合專業(yè)開發(fā)人員建立和調(diào)試80C51系列微控制器的復雜嵌入式應用程序。專業(yè)開發(fā)套件可針對80C51及其所有派生系列進行配置使用。2）DK51開發(fā)套件。DK51開發(fā)套件是PK51的精簡版，它不包括RTX51 Tiny實時操作系統(tǒng)。開發(fā)套件可針對80C51及其所以派生系列進行配置使用。3）CA51編譯器套件。如果開發(fā)者只需要一個C編譯器而不需要調(diào)試系統(tǒng)，則CA51編譯器套件就是最好的選擇。CA51編譯器套件只包含181。Vision2 IDE集成開發(fā)環(huán)境，CA51不提供181。Vision2調(diào)試器的功能。這個套件包括了要建立嵌入式應用的所有工具軟件，可針對80C51及其所有派生系列進行配置使用。4）A51匯編器套件。A51匯編器套件包括一個匯編器和創(chuàng)建嵌入式應用所需要的所有工具。它可針對80C51及其所有派生系列進行配置使用。5）RTX51實時操作系統(tǒng)（FR51）。RTX51實時操作系統(tǒng)是80C51系列微控制器的一個實時內(nèi)核。RTX51 Full提供RTX51 Tiny的所以功能和一些擴展功能，并且包括CAN通信協(xié)議接口子程序。6）比較表。列出了每個套件的功能，表的頂上一欄為工具套件名稱，表的左邊一列為軟件組成部分，使用這個對照表可以選擇符合需要的套件。 程序設計程序設計（Programming）是指設計、編制、調(diào)試程序的方法和過程。它是目標明確的智力活動。在進行微機控制系統(tǒng)設計時，除了系統(tǒng)硬件設計外，大量的工作就是如何根據(jù)每個產(chǎn)生對象的實際需要設計應用程序。因此，軟件設計在微機控制系統(tǒng)設計中占重要地位。在單片機控制系統(tǒng)中，大體上可以分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個基本類型。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)濾波、標度變換等。過程控制程序主要是使單片機按一定的方法進行計算，然后再輸出，以便控制生產(chǎn)。為了完成上述任務，在進行軟件設計時，通常把整個過程分為若干個部分，每一個部分叫做一個模塊。把一個程序分成具有多個明確任務的程序模塊，分別編制、調(diào)試后再把它們連接在一起形成一個完整的程序，這樣的程序設計方法稱為模塊化程序設計。所謂“模塊”，實質(zhì)上就是能完成一定功能，并相對獨立的程序段，這種程序段設計方法稱為模塊程序設計法。l 模塊程序設計法的主要優(yōu)點是：l 單個模塊比一個完整的程序易編寫、調(diào)試及修改；l 程序易讀性好；l 程序的修改可局部化；l 模塊可以共存，一個模塊可以被多個任務在不同條件下調(diào)用；l 模塊程序允許設計者分割任務和利用已有程序，為設計者提供方便。 模塊介紹在本設計中，軟件設計主要分為主程序模塊、鍵盤掃描及識別子程序、掉電存儲服務程序、顯示子程序四個部分。以下是對各部分的分別介紹。 主程序模塊主程序模塊要完成初始化、設置中斷向量、檢查有無按鍵按下以及調(diào)用顯示等等。 鍵盤掃描及識別子程序鍵盤采用查詢的方式，放在主程序中，當沒有按鍵按下的時候，單片機循環(huán)主程序，一旦有按鍵按下，便轉(zhuǎn)向相應的子程序處理，處理結束再返回。 掉電存儲服務程序當比較密碼的時候，需要讀AT24C02程序，將存儲在芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)讀到RAM中，然后和輸入的密碼相比較。當修改密碼的時候，需要把輸入的密碼保存到AT24C02中。 顯示子程序由于是分屏顯示數(shù)據(jù)，所以就要用到5個顯示子程序，分別是關閉狀態(tài)顯示子程序、開鎖狀態(tài)顯示子程序、密碼輸入及修改狀態(tài)顯示子程序、密碼輸入錯誤后的提示子程序，以及密碼在規(guī)定的時間內(nèi)輸入錯誤次數(shù)超過3次后的鎖定狀態(tài)顯示子程序。 程序流程圖主程序流程圖如圖51所示：圖51 程