基于单片机与串行通信的电子密码锁设计

基于单片机与串行通信的电子密码锁设计

【摘要】随着计算机科技的发展，研究基于单片机与串行通信的电子密码锁设计有了更加重要的意义。笔者通过分析传统电子密码锁和基于单片机与串行通信的电子密码锁的基本功能，探讨基于单片机与串行通信的电子密码锁的设计方案。分析研究电子密码锁的系统研发，为电子密码锁的研究设计提供参考资料。

【关键词】传统电子密码锁；单片机；串行通信；电子密码锁；设计方案；系统研发

1.引言

和机械密码锁相比，电子密码锁具备较高可靠性的优势，也便于计算机网络化的控制和智能化的管理，设计和实现的过程较为简单，密码的设定灵活多变，其制造的成本费用较低。电子密码的市场价值在不断提高。本文针对基于单片机与串行通信的电子密码锁设计进行分析研究，为电子密码系统的研发提供科学的依据，从而便于单型机或联网的使用。

2.传统电子密码锁和基于单片机与串行通信的电子密码锁的基本功能

2.1 传统电子密码锁和基于单片机的基本功能

传统电子密码锁和基于单片机的设计原理：一定的密码位数和取值范围，密码的位数直接影响了锁体的健壮情况；用户自行设置和更改密码；按键过程中会出现相关提示信息，当用户输入的密码错误时，用户需要另行处理；开锁密码输入错误的次数不能超过规定的限制范围，一旦超出则会出现警示信号；输入准确的开锁密码之后才能开锁；硬件成本费用偏低，软件可靠性高，便于批量化生产[1]。

2.2 基于单片机与串行通信的电子密码锁的基本功能

基于单片机与串行通信的电子密码锁设计的设计原理：功能的多样性；计算机和网络通信技术的发展，使得智能型电子锁的功能不断地拓宽；和智能型现场实时监控设备或中央监控设备相连接；模块的高度集成，结构更加简单、可靠性更高，操作过程简单；人机界面的智能化、自动化和友善化；能够智能判断系统，提高了信号的提取技术。基于单片机与串行通信的电子密码锁设计实现了传统电子密码锁的基本功能，并引用了嵌入型技术；在设计方面减少了电子密码锁周边的元器件，使得电子锁硬件更加简单。基于单片机与串行通信的电子密码锁设计，使得电子密码锁不断朝着网络化、自动化、智能化的方向发展，密码锁具备了较强的可拓展性能。此外，利用网络系统可以实时监控联网的电子密码，并进行动态性管理。同时基于单片机与串行通信的电子密码锁还具备报警处理等延伸型功能。

3.基于单片机与串行通信的电子密码锁设计方案的研究

3.1 电子密码锁设计方案

电子密码锁设计方案利用两级控制、主从形式结构、总线型的计算机网络拓扑结构。键盘利用4*3的矩阵形式进行排列，主控芯片利用ATM EL89C52，键盘的扫描电路以行的形式进行扫描，按键利用机械形式的电子开关结构，所有的按键具有相应的基本功能，可以分为数字型按键和功能型按键。单片机进行密码的输入与上传工作，PC机对数据信息进行分析整理，设立完整的数据库，并形成计算机网络。利用串行通信，使得电子密码锁的传输距离不断加长、连接方式更加简单、操作更为灵活、数据信息传输的可靠性能不断提高[2]。

3.2 软件和硬件的开发平台

软件利用51系列的C编译器；硬件利用89系列的C52单片机。单片机的开发平台由嵌入型系统C编译器和仿真器组合而成。

3.3 通信协议

总线通信的接口电路利用的是灵活性较强的串行通信方法，肩负着管理和传输数据、编码、主控微机和电子密码锁控制部件之间的数据传输等工作任务。总线控制部件利用的是ATM EL89C52单片机，在互锁停止通信的基础上，利用主动型申请方法传输密码和发布命令。

4.电子密码锁系统的研发

4.1 人机式交互界面

把键盘以4行、3列的矩阵形式排列开来，利用4条I/O线作为行线，3条I/O线为列线，在所有交叉处设置按键。将行线逐行设置成低电平，检测列的输入实际情况，明确按键是否按下，对按键进行译码。利用WM-C1602N型的液晶显示模块，体现人机式交互界面友好。双层通信协议，每层协议相互独立独立，系统结构简单，通信双方利用RS-232C接口对单片机的输出引脚TXD和RXD定时的输出高、低电平来实现双方数据信息的通信，如图1所示。

4.2 密码信息的存储能力

52型单片机无在线型可写入的断电保持设备，保障用户在断电后保存用户密码，选取AT28C17作为辅助型存储设备。AT28C17 EEPROM具备以下特点：硬件没有任何特殊性要求、操作过程简单、单片机内设置了高电压脉冲能够自行产生电路、不需要增设编程电路和编程脉冲即可自行进行写入处理等基本优势。此外，外部的数据信息存储空间和电子密码的程序存储空间进行了合并，并采用查询手段操作和控制AT28C17。在擦写的过程中，RDY/BUSY的引脚呈低电平现象，擦写完成后成为高压片。利用集成性特征函数读写AT28C17。在读写过

程中，读写AT28C17和一般性静态RAM的读写操作相同。

4.3 多台主机网络通信

总线通信的控制设备在上电复位之后才开始工作，利用中断方法等待串行通信现象的出现，利用全双工互锁的停止控制方法进行电子密码锁系统的正常通信。利用通用型串行通信的总线控制分担在通信的主机上。总线通信的管理和网络中下位的电子密码锁管理设备设立在串行型通信数据信息的链路上，从而构建完善的主从形式的总线型网路。此外，为计算机网络中的电子密码锁管理部件提供充足的工作电源；所有电子密码锁的电路经过DC—DC模块电路转换之后，为电子密码锁自身的电路提供充足的电源。

4.4 总线的仲裁

通信协议约定所有机械设备在使用系统总线通信的前期，首先检测总线的浮动电平，没有出现跳动的总线则需要发送分组，所使用的总线必须要受到协议的保护。电平跳动利用89C52的多功能定时器来完成，总线的电平跳动需要计数，计数值不能为0；在总线忙的情况下，通信需要押后处理[3]。

4.5 下位机和服务器的通信

4.5.1 数据资料的解析

数据帧经过串行通信总线的接口进行传输，挂留在总线上的所有机械设备接受到帧，可以利用帧头的具体地址和本机地址进行比较，也可以根据数据帧的结束标志判断数据帧的结尾，并决定是否接受数据。一旦数据帧中出现传输和结束标志数据值同样的数据帧，通信两方机械设备错误理解为数据帧结尾，结束通信。

4.5.2 单片机的通信模块

单片机的通信模块的第一层通信协议中，单片机采用的是串口通信。在发送信息过程中当串口处于已经发送的状态，则将8位数据写入到串口的缓冲领域内；当串口处于是已经接收的状态，则将8位数据读取到串口的缓冲领域内，从而实现了同口式通信。单片机的通信模块的第二层通信协议中完成了软件的判别工作，基本功能函数是：接收来源于第一层通信协议中的8位数据资料并进行判别；明确转义字符的处理数据帧；将本机中的数据写入通信的缓冲区内并加以解析，利用C语言来完成。

5.结语

基于单片机与串行通信的电子密码锁设计的优势在于：能够自行设置多组电子密码；多次进行改写；断电后能够自行保存用户密码；便于单机和联网的使用；利用双层使通信协议，分组交换之后的通信协议在串行通信协议中运行，有利于解决数个电子密码锁的主机总线之间存在的争夺问题；提供针对性的现代化密码

管理和智能化防控。

参考文献

[1]刘丹阳，李齐森，孙振华.基于单片机与串行通信的电子密码锁设计[J].天津商学院学报，2011，10（03）：121-145.

[2]李群芳，欧阳树，陈春燕，唐德.带网络功能的电子门锁系统[J].国外电子元器件，2011，21（07）：145-163.

[3]钱德英，张志胜，张惜阴.MCS-51系列单片机使用接口技术[J].长江大学学报（社会科学版），2010，22（09）：112-130.