當前雖然許多智能鎖(如指紋辨別、IC卡識別)已相繼問世,但這類產(chǎn)品是針對特定指紋或有效卡,只能適用于保密要求高且僅供個別人使用的箱、柜、房間等。另外,卡片式的IC卡易丟失和損壞,加上其成本較高,在一定程度上限制了這類產(chǎn)品的普及和推廣。
電子密碼鎖具有安全性能高、成本低、功耗低、操作簡單等優(yōu)點使其作為防盜衛(wèi)士的角色越來越重要。現(xiàn)有國內(nèi)市場上的電子密碼鎖有的是通過購買一些產(chǎn)品模塊再開發(fā),不具備自主知識產(chǎn)權(quán);有的是自主研發(fā)的,但其功耗與成本都比較高,不具備廣泛的應用價值。為了克服這些缺點,從經(jīng)濟實用角度出發(fā),采用單片機AT89S5l與低功耗CMOS型E2PROM AT24C02作為主控器件與數(shù)據(jù)存儲器單元,設計一款可更改密碼,具有報警、實時監(jiān)控和遠程管理功能的電子密碼鎖。該電子密碼鎖體積小,易于開發(fā)、成本較低,安全性高,能將其存儲的現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)及時上報給上位機系統(tǒng),實現(xiàn)網(wǎng)絡實時監(jiān)控,方便管理人員及時分析和處理數(shù)據(jù)。
1 電子密碼鎖的硬件設計
電子密碼鎖的硬件由核心處理模塊、電源管理模塊,執(zhí)行模塊和通信模塊組成,其電路結(jié)構(gòu)如圖l所示。
1.1 核心處理模塊
核心處理模塊是電子密碼鎖工作的核心,它不僅要對密碼鎖的信息進行處理,還要負責調(diào)度各種程序穩(wěn)定的運行并控制其他模塊,其模塊主要由單片機,鍵盤,存儲器,顯示電路組成。其中,單片機是核心處理模塊的核心部分,其主要任務是配合軟件來完成信息處理和記錄、控制調(diào)度其他部分正常工作、電器的控制、密碼校對和修改等工作。從電子密碼鎖功能的需要、性價比、程序的數(shù)據(jù)量和接口電路等多方面綜合考慮,本文選用ATMEL公司的AT89S51單片機作為控制器的核心。鍵盤電路的設計采用4×4行列鍵盤的形式,直接由AT89S51的Pl口的高、低字節(jié)構(gòu)成。
電路中選用AT24C02作為密碼和開鎖信息的存儲器,該存儲器是一款具有I2C總線接口的串行EEFROM,由于AT89S51單片機沒有I2C總線接口,在電路上選用單片機的P2.2、P2.3分別與AT24C02的SCL和SDA線相連,軟件上實現(xiàn)模擬I2C總線接口。在該存儲器中還保存著用戶修改后的一級、二級權(quán)限密碼和最近20次開鎖的具體時間,以及非法偷、套密碼的提示信息,用戶通過按鍵可方便的實現(xiàn)查閱。存儲器與單片機的連接如圖2所示。鑒于該系統(tǒng)在功能上要求實現(xiàn)密碼輸入提示、開鎖信息的查閱、時間顯示等信息,并從低成本出發(fā),故選用SMCl602A液晶顯示模塊作為顯示電路,其電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。
1.2 電源管理模塊
該設計需要使用+5 V直流電源為整個電路供電。電路中采用一個穩(wěn)壓器將輸入的直流電源電壓轉(zhuǎn)換成+5 V的電壓。另外,如果僅僅依靠外接直流電源供電會出現(xiàn)因停電而無法開鎖的問題,為了解決這個問題,在設計電源管理模塊時加入了自動切換電路的方案,使電池組供電和外接直流電源供電這兩種方式能夠根據(jù)實際需要迅速自動切換,從而保證電子密碼鎖可以長時間不間斷工作。電源自動切換電路選用LTC-4414器件。通過LTC4414對2個P溝道絕緣柵場效應管控制,實現(xiàn)2個電源高效“或”操作的自動切換電路。
1.3 執(zhí)行模塊
執(zhí)行電路通過單片機其中1個引腳線發(fā)出信號,經(jīng)三極管放大后。由繼電器驅(qū)動電磁閥動作將鎖打開的方案,電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。另外,報警電路采用時基集成電路555及其輔助元件構(gòu)成,在聯(lián)網(wǎng)的情況下,報警信號可通過串口擴展網(wǎng)絡發(fā)給主控制器,提醒管理人員注意。
關(guān)鍵字:AT89S52 溫度顯示報警
1.4 通信模塊
在通信電路設計中,采用MAX489進行全雙工通信,MAX489的引腳R0為接收器輸出,接TTL電平RXD信號;引腳DI為發(fā)送器輸入,接TTL電平TXD信號;引腳-VT、引腳+VT為發(fā)送器輸出,接發(fā)送傳輸線;引腳-VT,引腳+VT為接收器輸入,接收傳輸線;引腳DE為發(fā)送使能端,接+5 V;引腳是接收使能端,接地,通信電路如圖5所示。
2 電子密碼鎖的軟件設計
電子密碼鎖的軟件設計是整個電子密碼鎖可靠安全運行的關(guān)鍵,為了提高電子密碼鎖的安全性能,該設計引入安全體系概念,即在設計時建立一般的指導原則和約束條件,為電子密碼鎖提供了安全服務和安全機制,使其軟件程序構(gòu)成一個完整的安全體系結(jié)構(gòu)。安全體系主要是由4種安全服務和4種安全機制構(gòu)成,其中安全服務包括:鑒別、訪問控制、信息機密性、信息完整性;安全機制包括:鑒別交互機制、訪問控制機制、加密、信息完整性。安全體系主要是通過軟件設計來實現(xiàn)的。密碼鎖軟件總體分為兩部分:1)控制程序,其中包括主程序、延時子程序、時間設置子程序、修改密碼子程序、掃描鍵盤輸入子程序、報警子程序;2)網(wǎng)絡管理程序,其中包括開鎖信息查詢子程序、串行通信程序。軟件設計中,引入了二層權(quán)限加密的技術(shù),對輸入的8位十進制基礎密碼進行判別,如果輸入密碼正確,則可以直接開鎖。如果不正確,并且3次以上輸入不正確,則封鎖輸入口并報警利用互聯(lián)網(wǎng)通知管理人員,存儲報警信息。如果要修改密碼,則需要在輸入基礎密碼判別正確后,輸入高級權(quán)限密碼,通過系統(tǒng)確認后方可修改密碼。電子密碼鎖利用AT89S5l單片機軟、硬件資源,從而使系統(tǒng)具有很高的可靠性和安全性。
該系統(tǒng)設計程序流程如圖6所示,圖7和圖8給出人機交互界面和電子密碼鎖實物。
3 結(jié)束語
該電子密碼鎖設計實現(xiàn)遠程監(jiān)控、自動報警和開關(guān)鎖等功能,并具有結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、成本低等優(yōu)點,但是設計電子密碼鎖需要結(jié)合實際綜合考慮很多因素,因此該電子密碼鎖設計需要在實際中進一步完善和改進。另外,在系統(tǒng)應用程序方面,該設計只實現(xiàn)了修改密碼、開關(guān)鎖、自動報警和遠程監(jiān)控等功能,要想在現(xiàn)實生活中推廣,還必須針對實際應用場合的需要,進一步完善系統(tǒng)功能的程序。