带手机控制功能的记忆密码锁

河南理工大学电气工程与自动化学院 尚博阳

带手机控制功能的记忆密码锁

河南理工大学电气工程与自动化学院 尚博阳

介绍一款基于STC10F08XE单片机的带手机控制功能的记忆密码锁。该系统可通过自带键盘进行加锁、密码解锁、修改密码等功能，且具有相应的指示。此外还可使用配套APP通过蓝牙连接遥控密码锁进行加锁、解锁及修改密码。此外，修改后的密码会自动存储到EEPROM中进行保存，保证掉电重启后新密码不会丢失。

单片机；密码锁；蓝牙

引言

随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，安全性能低，无法满足人们的需要。随着电子产品向智能化和微型化的不断发展，单片机已成为电子产品研制和开发中首选的控制器。

本文从经济实用的角度出发，采用宏晶科技STC10F08XE单片机作为主控芯片，结合外围的键盘输入、显示等电路，用C51语言编写主控芯片的控制程序，设计了一款具有更改密码及密码记忆功能，且可以通过手机进行控制的电子密码锁。

经实验证明，该密码锁具有设计方法合理，简单易行、成本低、安全实用等特点，符合住宅、办公室用锁要求，具有推广价值。

1. 系统总体设计

1.1 系统原理及设计思路

电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。目前应用较广的电子密码锁大多是以单片机为核心，通过编程来实现的。其性能和安全性已大大超过了机械锁。

本系统采用STC10F08XE单片机作为微处理器，采用HC-05蓝牙模块作为无线通讯装置，以及3*2矩阵键盘、LCD1602显示电路、LED指示灯等外围设备构成。利用矩阵键盘，用户可以输入由1-4组成的四位数字密码，并带有“确认键”及“清除键”。当用户输入密码后，按下确认键，系统将进行密码校验：若密码正确，将解锁密码锁；若密码错误，LED指示灯将闪烁报警。在密码验证通过后，连按两次确认键可进入密码修改程序。用户重复输入两次新密码后，若两次输入的密码相同，修改密码成功，密码将被写入EEPROM中，即使系统掉电后重启，密码也不会丢失。在用户输入密码的过程中，按下“清除键”均可撤销一次输入。

使用配套的手机APP，可以对密码锁进行解锁、加锁以及密码修改操作。按下APP中相应的按键即可进行相对应的操作。

1.2 系统工作流程图（见图1）

图1 系统工作流程图

2. 系统硬件设计

2.1 显示电路设计

目前市场中的显示方法有数码管显示与LCD屏显示。为了使得使用者可以简单明了的看到时间日期的信息，本系统采用LCD显示方式。LCD1602是一个能够显示16*2个字符的液晶显示屏，其引脚可直接与单片机I/O口相连接进行并行通讯，省去驱动电路，提高电路的可靠性。LCD显示电路图，单片机的P0口经接上拉电阻后接到LCD屏的八个数据端，同时LCD1602的三个控制端RS、WR和E分别与单片机的P2.0、P2.1和P2.2口相连。

2.2 按键扫描设计

为了节省单片机IO口资源，系统将3*2键盘利用矩阵键盘的形式进行连接。在扫描程序中，利用程序先将H1置于低电平，H2置于高电平，扫描L1、L2、L3的电平是否为低电平，即可检测1、2、3按键是否被按下；再利用程序先将H1置于高电平，H2置于低电平，扫描L1、L2、L3的电平是否为低电平，即可检测4、5、6按键是否被按下。

由于按键的硬件特性，用户在按下按键的时候回产生高低电平抖动的情况。考虑到成本问题，系统在硬件上没有进行相应的处理，而是使用软件进行按键消除抖动。程序中利用Key_Buff最作为按键扫描的存储区，若每次扫描所检测到的按键相同，将向Key_ Buff写入一位“1”。如果Key_Buff达到0xFF，即连续8次扫描到相同的按键被按下， 则程序确认该键已经被按下。这样就实现了软件按键消抖的功能。

2.3 定时器配置设计

系统利用51单片机的定时器0进行定时工作。利用定时器的中断功能，在中断服务程序中分别调用数码管扫描程序及按键扫描、按键处理程序。

我们将定时器设定为1ms定时。由于系统采用11.0592的晶振，根据公式：

X=M-计数值=M-(TC×fOSC)/12

计算可得，将定时器初值赋为TL0 = 0x66，TH0 = 0xFC时，定时器即可实现1ms定时。

在定时器0的中断服务程序中，系统进行了定时器的重新赋值、LED灯闪烁状态更新、数码管动态扫描及矩阵按键的扫描工作。其中，数码管显示我们设定为1毫秒扫描一次，LED灯的扫描设定为100毫秒更新一次，矩阵按键设置为5毫秒扫描一次。程序利用变量cnt的加减即可实现上述功能。

2.4 密码验证及修改设计

在系统实际工作的时候，密码锁的密码验证程序是最重要的一个环节。我们需要确保系统密码验证的功能稳定有效。当输入的密码完全匹配，才能触发解锁，否则系统将控制LED灯进行闪烁报警。

只有在正确输入密码后，连续点击两次确认按钮，系统才会进入密码修改程序。进入程序后，系统会提示用户输入两次新密码，若两次输入的密码不同，系统不保存新密码，而是控制LED灯进行闪烁提示；若两次输入的新密码完全一致，系统将更新密码，并将其写入到EEPROM中，以供下次开机时读取。

2.5 蓝牙串口控制设计

系统使用HC-05串口蓝牙芯片作为无线通讯模块。通过该模块，系统能与手机APP进行无线通信。

使用串口蓝牙模块之前，我们需要先对单片机串口进行波特率配置。利用单片机定时器1作为波特率发生器。经过计算之后，程序能将定时器1配置成115200波特率的发生器，该波特率与串口蓝牙模块的波特率一致，能够稳定通信。

系统利用串口的中断服务进行接收信息检验。在手机APP上，解锁功能对应的命令为“K”，加锁的命令为“J”，通过检测SBUF寄存器接收到的字符，即可实现上述两个功能。APP中的密码修改指令为“C+[四位密码]”，程序中利用变量count来进行密码接收检测。当接收到上述指令时，系统能准确无误地将收到的密码进行更新，并将其写入EEPROM中进行锁存。

3. 结束语

本系统是基于STC10F08XE单片机的带手机控制功能的记忆密码锁，意在代替目前市面上安全性较低、使用较不方便的机械式密码锁。该系统有健全的密码判断机制，程序逻辑清晰且不存在漏洞，难以被破解。系统还可方便地更改密码，使其安全性更上一层。另外，还创造性地将智能手机与其相结合，提供配套的APP，可使用手机进行无线控制及密码修改，成为本系统的一大特色。

[1]余发山,王福忠.单片机原理及应用技术[M].中国矿业大学出版社,2011.

[2]宋雪松,李东明,崔长胜.手把手教你学51单片机[M].清华大学出版社,2014.

尚博阳（1996－），男，河南洛阳人，河南理工大学本科生，研究方向：电气工程及其自动化。

基金课题：河南理工大学青年基金项目（Q2015-2A）。