傳統(tǒng)的鎖具由于其構(gòu)造簡(jiǎn)單，被強(qiáng)行破壞導(dǎo)致用戶財(cái)產(chǎn)被盜的事件屢見不鮮，電子密碼鎖安全系數(shù)高，使用方便，性價(jià)比高，受到了廣大用戶的喜愛。鎖具發(fā)展至今已有數(shù)千年的歷史了，但是傳統(tǒng)鎖具都有不同程度上的缺點(diǎn)：傳統(tǒng)鎖具制作工藝在技術(shù)上已經(jīng)明顯落后，其制造材料無(wú)法抵抗強(qiáng)力破壞，無(wú)法阻止技術(shù)手段的開啟，并且很多密碼鎖存在著夾手的問題。隨著電子技術(shù)和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，電 子類產(chǎn)品的發(fā)展更趨向智能化和自動(dòng)化。針對(duì)目前 市面上密碼鎖存在的問題，設(shè)計(jì)了一款基于MSP430 單片機(jī)的智能防夾電子密碼鎖，可以滿足大多數(shù)用 戶對(duì)于家庭防盜的需求。

1電子鎖設(shè)計(jì)特點(diǎn)

本設(shè)計(jì)從經(jīng)濟(jì)實(shí)用、防夾手的角度出發(fā)，采用MSP430 單片機(jī)作為主控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一款具有完善的密碼保護(hù)機(jī)制以及智能防夾功能的電子密碼鎖。 該密碼鎖設(shè)計(jì)方法合理，操作簡(jiǎn)單，成本低廉，性價(jià)比高，符合住宅區(qū)以及辦公室的用鎖要求，具有較高的推廣價(jià)值，其具體功能如下。

1）系統(tǒng)密碼由 6 位數(shù)字構(gòu)成，已修改密碼輸入正確即可開門。

2）設(shè)有 24C02 密碼防掉電保護(hù)，斷電后密碼仍然有效。

4）具有自我保護(hù)系統(tǒng)：在開鎖時(shí)，密碼連續(xù) 3 次輸入錯(cuò)誤，密碼鎖會(huì)在一分鐘內(nèi)自動(dòng)禁止輸入，從 而減少被破解的可能。

5）系統(tǒng)具有防止意外夾傷設(shè)計(jì)：采用紅外對(duì)管檢測(cè)電路。用戶開門進(jìn)門以后，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)門，如 果檢測(cè)到障礙物，會(huì)立即停止關(guān)門過程。

2系統(tǒng)方案

為了追求反應(yīng)速度快、能耗低的目標(biāo)，設(shè)計(jì)選用MSP430G2553 作為系統(tǒng)主控芯片。對(duì)于鍵盤輸入， 需要硬件設(shè)備快速準(zhǔn)確的進(jìn)行識(shí)別，并且在實(shí)現(xiàn)同等功能的情況下占用的最少的I/O 口，因此采用 AD 鍵盤進(jìn)行密碼輸入，AD 鍵盤通過采樣到的電壓來(lái)識(shí)別按鍵，只需要占用 3 個(gè)I/O 口完成對(duì)密碼的識(shí)別。系統(tǒng)的顯示器件要滿足顯示面積大、耗能低、操作簡(jiǎn)單以及編程容易等特點(diǎn)，我們采用了新型的LCD12864 液晶屏作為顯示器件。動(dòng)力系統(tǒng)需要有足夠的動(dòng)力，對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)的距離也需要嚴(yán)格的把控，并且開門與關(guān)門過程也不宜速度過快，為此，采用步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)模塊。直流電機(jī)一般需要連接 4 到 5 根跳線，動(dòng)力足、轉(zhuǎn)動(dòng)速度較慢，通過控制轉(zhuǎn)動(dòng)的角度來(lái)精確控制距離，并且實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)也更容易。系統(tǒng)總體框圖如圖 1 所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

3硬件設(shè)計(jì)

電子密碼鎖的硬件主要由 4 個(gè)模塊組成：主控器模塊、顯示器模塊、AD 鍵盤模塊以及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊。在電路的設(shè)計(jì)過程中，步進(jìn)電機(jī)工作 時(shí)電壓值會(huì)有較大波動(dòng)，為了避免其影響到其它電 路的正常運(yùn)行，故采用 LM2596 獨(dú)立供電。另外的主控芯片，AD 鍵盤，顯示器以及紅外對(duì)管檢測(cè)電路等都采用LM7805 三端穩(wěn)壓器對(duì)其供電。在穩(wěn)壓電路部分，LM7805 的輸入端與輸出端電容的選取，采用一個(gè)大電容并聯(lián)一個(gè)小電容的方法。大電容用來(lái)濾 除低頻雜波信號(hào)，并起到續(xù)流作用，小電容濾除高頻 雜波信號(hào)。可以選用 22 μF 的電解電容除去低頻的雜波信號(hào)和續(xù)流，采用 330 pF 的陶瓷電容濾除高頻雜波信號(hào)。

3.1主控器模塊

本電路設(shè)計(jì)采用MSP430 單片機(jī)作為主控，P1.0口處理來(lái)自AD 鍵盤的密碼信息，P1.1 到P1.4 控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)（開關(guān)門過程），P1.5 口接受來(lái)自紅外對(duì)管的信息，判斷是否停止關(guān)門或者繼續(xù)關(guān)門，P2.3到P2.5 口控制顯示器的讀寫以及使能，P1.6 和P1.7分別控制儲(chǔ)存芯片的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)。

3.2AD 鍵盤模塊

AD 鍵盤根據(jù)采樣點(diǎn)得到的電壓不同從而實(shí)現(xiàn)不同按鍵輸入。為了防止按鍵出錯(cuò)，選擇獨(dú)立電源為AD 鍵盤提供電壓，本設(shè)計(jì)中共有 16 個(gè)按鍵，每個(gè)按鍵都和一個(gè)電阻串聯(lián)，同時(shí)設(shè)置一個(gè)分壓電阻。 所以共需 17 個(gè)電阻與 16 個(gè)按鍵，為了達(dá)到美觀的效果，采用貼片式封裝。

3.3顯示模塊

我們采用了新型的LCD12864 液晶屏作為顯示器件。LCD12864 液晶顯示器，可以顯示字符、漢字、圖形等，顯示面積大、亮度高、功耗較低，程序簡(jiǎn)單， 便于操作。

3.4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊

采用紅外對(duì)管電路進(jìn)行檢測(cè)，紅外對(duì)管控制分 為紅外發(fā)射電路與紅外接收電路。紅外發(fā)射電路由 一個(gè)限流電阻后接一個(gè)紅外發(fā)光管即可，紅外接收 電路則需要將收到的信號(hào)放大后再經(jīng)過比較器，最 后將采集的信號(hào)傳輸給單片機(jī)。在安裝時(shí)保證紅 外發(fā)光管與接收管在同一直線上，通過檢測(cè)接收端 能否收到紅外線來(lái)判斷是否有障礙物（人），若接收 端未收到紅外線，即判斷為有障礙物，此時(shí)步進(jìn)電機(jī) 停止轉(zhuǎn)動(dòng)。此處對(duì)于紅外對(duì)管的安裝位置有一定的 要求，應(yīng)到將其安裝在門口距離地面 50 cm 左右，主要為防止小孩被意外夾傷，同時(shí)本設(shè)計(jì)也可以滿足對(duì)成人的檢測(cè)。

考慮到系統(tǒng)受到 MSP430G2553 單片機(jī)的引腳限制，數(shù)據(jù)傳輸采用串行模式，因此應(yīng)將 12864 的 15 腳（即 PSB）接地。在該模式下只需要一個(gè)串行數(shù)據(jù)傳輸線、一個(gè)同步時(shí)鐘和一個(gè)片選信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。硬件電路原理圖如圖 2 所示。

圖2 硬件電路原理圖

4軟件設(shè)計(jì)

編程采用Code Composer Studio 6.1.3（簡(jiǎn)稱 CCS） 作為軟件開發(fā)系統(tǒng)，該軟件具有在線調(diào)試功能，通過設(shè)置斷點(diǎn)調(diào)試程序判斷程序的運(yùn)行情況。主控系統(tǒng)上電后，單片機(jī)對(duì)液晶顯示器等硬件電路進(jìn)行初始化操作，接著 AD 鍵盤負(fù)責(zé)接收外部鍵盤輸入的數(shù)據(jù)信息，微控制器 MCU 對(duì)其進(jìn)行分析和處理，控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行開門、關(guān)門操作，或者密碼輸錯(cuò)時(shí)進(jìn)行相應(yīng)操作提示。微控制器MCU 與儲(chǔ)存芯片采用I2C 數(shù)據(jù)通信，將數(shù)據(jù)參數(shù)發(fā)送到串行的 E2PROM 24C02 中進(jìn)行對(duì)比，最終實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互控制。主控系統(tǒng)流程圖如圖 3 所示。

圖3 主控系統(tǒng)流程圖

LCD12864 是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器，它主要由行驅(qū)動(dòng)器/列驅(qū)動(dòng)器及 128×64 全點(diǎn)陣液晶顯示器組成，設(shè)計(jì)上較為靈活，液晶顯示流程圖如圖4 所示。

圖4 液晶顯示流程圖