基于STC89C51的零接触智能密码锁的设计与实现

王乐乐 李斌 曹骥龙 夏茳南 周欣欣

摘 要：为解决疫情期间病毒的传染性对生活造成的不便，文章提出一种零接触智能密码锁的设计，采用数字信号控制和自上而下的模块化设计思想，以单片机为核心控制器，结合安全性和适用范围，增强系统的可扩展性和运行的稳定性;通过红外遥控技术实现零接触远程密码开锁，降低病毒二次传染的风险。文章分别论述了对零接触密码锁的设计思路、硬件电路设计、软件设计。测试结果表明，系统各项功能达到了设计要求。

关键词：电子密码锁;遥控;STC89C51

0   引言

随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点，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、闭锁等任务[1-2]。现在应用较广的电子密码锁通常以芯片为核心，其性能和安全性已大大超过了机械锁。在疫情期间，由于病毒的传染性与潜伏性，使用传统的密码锁会因过多的接触而导致很多不必要的麻烦[3-4]。

本文设计了一款零接触智能密码锁，采用红外遥控的方法，切断了由于开锁接触导致病毒传染的途径，有效保障人们在公共场所的健康安全，降低病毒传染的风险。本系统适用于学校、写字楼等日常人员活动密集的场所[5]。

1   系统硬件设计

零接触的实现方式就是将公用的开锁方式转化成无线的个人开锁方式，也就是将传统的按键式密码锁更换为遥控式密码锁。在使用过程中，每个用户都将拥有一个密码锁遥控器，通过遥控器的按键输入密码，实施零接触开锁。用户使用时，通过连接单片机的矩阵键盘输入密码，单片机对用户输入的密码与自己保存的密码进行对比，从而判断密码是否正确，然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或者报警电路控制开锁还是报警。

本系统硬件设计主要由单片机核心控制模块、键盘输入模块、密码存储模块、红外遥控模块、复位模块、显示模块、开锁模块等组成。系统结构如图1所示[3]。

1.1 单片机核心控制模块

STC89C51是一款低功耗、高性能CMOS8位微控制器，在运算处理上有着八核CPU和使用方便的编码系统，使得STC89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。本系统采用STC89C51单片机最小系统作为整个密码锁的控制核心，连接所有的功能模块，将密码锁化为一个整体，也同样在每个功能模块之间起到连接的作用，它负责接收键盘输入的密码以及指令，分析密码是否与密码库一致，传递指令给开锁电路，显示电路[5]。

1.2 键盘输入模块

本系统采用行列式键盘，键盘模块用于输入数字密码和进行各种控制功能的实现，如确认、取消输入、修改密码等，同时也能减少键盘与单片机接口时所占用的I/O线的数目。在按键比较多的时候采用这样方法，能够有效的提高I/O利用率。通过每一条水平线和垂直线的交叉处设立一个按键，利用这种行列式矩阵结构只需要N条行线和M条列线，即可组成具有N×M个按键的键盘。

1.3 存储模块

用于存储密码锁的密码。AT24C02存储芯片采用了I2C总线式进行数据读写的串行器件，占用很少的资源和I/O线，并且支持在线编程，进行数据实时的存取，十分方便，可满足本系统设计需求。

1.4 显示模块

LCD1602A是一种工业字符型液晶，能够同时显示32个字符。在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件，液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。

在本系统中，LCD1602A液晶模块用于显示用户输入的数字密码和各种提示信息，比如修改密码后弹出“Reset Password OK”界面。显示屏在密码锁中的使用也是高级密码锁人性化设置的体现。

1.5 红外接收模块

红外线遥控是目前使用很广泛的一种通信和遥控技术。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其他小型电器装置上也纷纷得到采用。在本系统中，红外线遥控的应用体现在密码模块的远程实施，通过红外遥控装置，实现远程密码输入和开锁。

2   系统软件设计

本系统软件组成主要包括：主程序、LCD显示程序、键盘扫描程序、启动程序模块、关闭程序、密码设置程序等。

2.1 主程序设计

本系统软件部分由：主程序、初始化程序、LCD显示程序、键盘扫描程序、键功能程序、密码设置程序、EEPROM读写程序和延时程序等组成。

2.2 密码设置程序

在程序设计过程中，采用分模块式的设计思路，将整体的程序分为不同的子程序。子程序不但可以使程序化整为零，使其由繁化简，还方便阅读和修改。每个功能模块都有它自己的子程序。

3 系统测试

硬件部分的测试，主要是为了测试每个端口和引脚的焊接有没有失误，所以使用万能表，检测每个引脚的状况。软件部分，就按照使用说明书一步步的检测，确定每个功能正常使用。

3.1 初始化功能

新焊接好的密码锁要输入管理员密码131420，输入管理员密码后密码锁会弹出“init password”输入初始密码000000并确认，密码锁弹出“open”界面，开锁成功。

3.2 修改密码功能

先输入原密码000000，确认后密码锁弹出“open”界面，开锁成功;再次输入原密码000000，确认后修改密码。输入新密码333333，确认后再次输入新密码333333，确认后密码锁弹出“Reset Password OK”界面，密码修改成功。输入旧密码000000，确认后密码锁显示错误，开锁失败;输入新密码333333，确认后开锁成功。

3.3 掉电保存功能

修改密码后将密码锁重启，输入旧密码000000，确认后密码锁弹出“error”界面，开锁失败;输入新密码333333，确认后密码锁弹出“open”界面，开锁成功。

4   结语

本文从经济实用角度出发，设计并实现了一款零接触智能密码锁。本设计通过单片机和红外控制模块等相结合，结合键盘输入、显示、报警等功能，实现用户通过遥控器间接开锁，一改传统机械锁的操作不易且易成为病毒人传人的媒介，实现零接触密码锁的目标，有助于疫情防控。该系统具有可控性强，经济实惠，具有较广阔的应用前景。

[参考文献]

[1]冯蓉珍.基于51单片机和无线通信的红外智能密码锁设计[J].甘肃科技纵横，2019（4）：1-3.

[2]刘元琦，宋人杰，王永利，等.基于树莓派的便携式智能眼镜实时通信系统的设计[J].东北电力大学学报，2019（4）：81-85.

[3]胡伶俐，何建铵，欧汉福，等.单片机技术基础与应用[M].重庆：重庆大学出版社，2015.

[4]邓昭辉，邢宏超，林順生.动态约束下可重构模块化变压器攀爬机器人的滑模控制研究[J].东北电力大学学报，2020（5）：50-55.

[5]张毅刚，王少军，付宁.单片机原理及接口技术[M].北京：人民邮电出版社，2015.

（编辑 姚 鑫）