CN104594733A - 基于单片机控制的机械式密码门锁 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于单片机控制的机械式密码门锁，包括机械锁、锥齿轮一、锥齿轮二、减速电机、电机驱动电路、单片机、蓝牙通信模块、矩形键盘、存储器、传感器组、指示灯组；机械锁包括锁壳和锁芯，锥齿轮一环套在锁芯的转轴上，锥齿轮一啮合有锥齿轮二，锥齿轮二设于减速电机的转轴上，单片机通过电机驱动电路控制驱动减速电机，单片机通过蓝牙通信模块与手持移动端通信，单片机分别连接传感器组合指示灯组；通过加装一套锥齿轮，并借助减速电机就能控制门锁的正反转。通过手机蓝牙通信、矩阵密码键盘认证、密码掉电储存电路、人体红外热释放探测器、火焰传感器、烟雾传感器、震动传感器、触摸开关等电路实现远程控制及安防报警等功能。

Description

基于单片机控制的机械式密码门锁

技术领域

    本发明涉及一种基于单片机控制的机械式密码门锁。

背景技术

在门锁的使用上，韩国、日本等较为发达的国家，智能锁占民用锁的50%以上，而我国作为制锁大国，且机械式锁的市场和技术较为成熟，民用门锁也以机械式门锁为主。面对国内机械式所占较大的市场份额和电子技术的快速发展，需要立足于传统机械式门锁的智能化给出一种新的解决方案。

而现有的专利中，如专利号CN102818659A“机械式密码门锁”，为在机械门锁上进行设计纯机械的号码锁组与解锁组，存在操作不便捷且重设密码复杂的问题。同样，专利号为CN201437655U“转盘式机械密码门锁”为纯机械结构，制作加工复杂，难以检修。再如专利号为01107211.3“智能防盗门”，由传动轮，皮带轮、连接杆等组成，故障率高可靠性不佳，且针对各大厂家生产的锁把手规格不一，即通用性差。另专利号为CN101691829A“一种装有防盗预警仪的三防安全门”，采用机械常开式电磁吸控结构，成本较高，且对当今广泛使用的传统机械锁应用不广。

发明内容

本实用新型的目的在于针对民用锁市场中被广泛使用的机械式门锁进行设计一套安装简易、价格低廉的装置，实现远程控制、密码认证、安防报警等功能。

本发明的技术解决方案是：

一种基于单片机控制的机械式密码门锁，包括机械锁、锥齿轮一、锥齿轮二、减速电机、电机驱动电路、单片机、蓝牙通信模块、触摸开关、矩形键盘、存储器、传感器组、指示灯组；

机械锁包括锁壳和锁芯，锥齿轮一环套在锁芯的转轴上，锥齿轮一啮合有锥齿轮二，锥齿轮二设于减速电机的转轴上，单片机通过电机驱动电路控制驱动减速电机，单片机通过蓝牙通信模块与手持移动端通信，触摸开关连接单片机，单片机分别连接传感器组合指示灯组；

单片机采用89C52为主控芯片，存储器采用储存芯片AT24C02；存储器AT24C02的引脚1、引脚2、引脚3、引脚4、引脚6均接地；存储器AT24C02的引脚5连接电源，存储器AT24C02的引脚7连接单片机89C52的引脚P3.3，存储器AT24C02的引脚8连接单片机89C52的引脚P3.2。

进一步地，蓝牙通信模块接收匹配成功的手持移动端发来的数据，蓝牙通信模块选用HC—06模块，HC—06模块通过RXD管脚和TXD管脚与单片机通信，该蓝牙通信模块集成蓝牙芯片BC41713、Flash存储芯片M29W800及蓝牙天线。

进一步地，单片机STC89C52从存储器AT24C02读取数据作为当前密码，单片机STC89C52接收到外接键盘的输入数据，将输入数据传输至存储器AT24C02进行储存；若键入6位密码并按下确认键后，则将6位密码数据与存储器AT24C02里的当前密码数据进行比较，如相同则进入开锁函数，否则蜂鸣器响指示输入密码有误。

进一步地，若矩阵键盘输入的键值为特定指令，则进入室内监控模式，人体热释放红外传感器工作；若在输入正确密码的基础上进入修改密码功能，则单片机STC89C52将输入数据写入存储器AT24C02，存储器AT20C02将更新输入数据作为当前密码。

进一步地，传感器组包括人体热释放红外传感器、震动传感器、烟雾探测传感器、火焰探测传感器，人体热释放红外传感器连接单片机6STC89C52的引脚P2.0，火焰传感器连接单片机6STC89C52的引脚P1.7，震动传感器连接单片机6STC89C52的引脚P2.3，烟雾传感器连接单片机6STC89C52的引脚P2.1。

进一步地，指示灯组包括绿灯、蓝灯、红灯、黄灯。

进一步地，单片机STC89C52的控制具体为：

初始化后，读取存储器内当前密码，扫描键盘是否有键按下，如有键按下读取键盘，检测输入键值是否为开锁密码；如未有键盘按下时，跳过读取键盘，直接判断是否为开锁密码；如是开锁密码，执行开锁命令；

如不是开锁密码，判断是否为修改密码命令，如是修改密码命令，修改密码写入存储器；如不是修改密码命令，判断是否为进入布防命令，如是进入布防命令，则进入布防模式；

在执行开锁命令或不进入布防命令后，读取各传感器数据，执行相应功能函数后，继续循环扫描键盘。

本发明的有益效果是：该种基于单片机控制的机械式密码门锁，通过加装一套锥齿轮，并借助减速电机就能控制门锁的正反转。外围电路设有手机蓝牙通信、矩阵密码键盘认证、密码掉电储存电路、人体红外热释放探测器、火焰传感器、烟雾传感器、震动传感器、触摸开关等电路实现远程控制及安防报警等功能。具有使用简便，安全系数高，无需再携带传统钥匙等特点，符合当代便利安全的生活理念，有很大的现实意义。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是图1的A向视图；

图3是实施例的系统框图；

图4是实施例中单片机的电路连接图；

图5是实施例中电机驱动电路连接图；

图6是实施例中单片机STC89C52与蓝牙通信模块HC-06的连接示意图；

图7是实施例中存储器AT24C02的连接关系图；

图8是实施例中单片机的控制流程的说明示意图；

图9是实施例的中断处理的说明示意图；

其中：1-机械锁，2-锥齿轮一，3-锥齿轮二，4-减速电机，5-电机驱动电路，6-单片机，7-蓝牙通信模块，8-触摸开关，9-存储器，10-传感器组，11-指示灯组，12-蜂鸣器，13-变压器。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例以当前仍被广泛使用的传统机械式门锁为研究对象，设计给出一种附加装置实现一定程度的智能化。在传统拧转式门锁的构造基础上，加装一套锥齿轮，并借助减速电机4就能控制门锁的正反转。

通过采用一对锥齿轮对门锁转轴进行控制，将锥齿轮一2的内孔加工至合适大小，再采用螺丝进行固定再门锁的转轴上，可以使锥齿轮一2稳定。通过减速电机4控制锥齿轮二3的正反转，从而控制机械锁1转轴的前进或后退，实现门锁的开或关。

实施例采用STC89C52单片机6作为核心芯片，如图4，外围电路设有手机蓝牙通信、矩阵密码键盘认证、密码掉电储存电路、人体红外热释放探测器、火焰传感器、烟雾传感器、震动传感器等电路实现远程控制及安防报警等功能。

该种基于单片机6控制的机械式密码门锁，如图1，包括机械锁1、锥齿轮一2、锥齿轮二3、减速电机4、电机驱动电路5、单片机6、蓝牙通信模块7、触摸开关8、矩形键盘、存储器9、传感器组10、指示灯组11。

机械锁1包括锁壳和锁芯，如图2，锥齿轮一2环套在锁芯的转轴上，锥齿轮一2啮合有锥齿轮二3，锥齿轮二3设于减速电机4的转轴上，单片机6通过电机驱动电路5控制驱动减速电机4，减速电机4通过L型支板固定在门板上。单片机6通过蓝牙通信模块7与手持移动端通信，如图3，触摸开关8连接单片机6，单片机6分别连接传感器组10合指示灯组11。

减速电机4由单片机6STC89C52通过电机驱动电路5L298N控制，如图5。整个系统使用减速电机4额定电压12V，另采用L7805稳压芯片给5V主控单片机6供电，避免双电源加大系统体积。HC-06蓝牙通信模块7从手持移动端得到数据与单片机6STC89C52通信，4×4矩阵键盘作为6位密码输入，AT24C02作为密码储存器单元，若干传感器实现无人监控与安防功能，指示灯电路指示系统工作状态。

单片机6采用89C52为主控芯片，如图6，存储器9采用储存芯片AT24C02；存储器9AT24C02的引脚1、引脚2、引脚3、引脚4、引脚6均接地；存储器9AT24C02的引脚5连接电源，存储器9AT24C02的引脚7连接单片机689C52的引脚P3.3，存储器9AT24C02的引脚8连接单片机689C52的引脚P3.2。存储器9AT24C02是一个2K位串行CMOS EEPROM，内部含256字节的储存器，该储存器功耗小，成本低、电源范围宽，静态电源电流约30μA至100μA。

蓝牙通信模块7接收匹配成功的手持移动端发来的数据，蓝牙通信模块7选用HC—06模块，HC—06模块通过RXD管脚和TXD管脚与单片机6通信，该蓝牙通信模块7集成蓝牙芯片BC41713、Flash存储芯片M29W800及蓝牙天线。

用户可以利用手机客户端通过蓝牙与门禁系统进行匹配，匹配成功后发送指定指令实现开门或通过键入六位开锁密码实现开门。当用户离开屋内时，可以键入特定的六位密码，系统即进入布防模式，传感器即进入工作状态。前端入侵探测器主要完成探测工作，对屋内范围的各种参数，包括红外辐射、火焰、烟雾等进行探测。通过系统处理器执行相应的程序输出信号，控制其他模块的状态。当用户回到屋内时,可通过键入特定指令解除布防模式.实验发现效果良好，且通用性高。锥齿轮一2、锥齿轮二3可采用1模18齿配54齿规格。

单片机6STC89C52从存储器9AT24C02读取数据作为当前密码，单片机6STC89C52接收到外接键盘的输入数据，将输入数据传输至存储器9AT24C02进行储存；若键入6位密码并按下确认键后，则将6位密码数据与存储器9AT24C02里的当前密码数据进行比较，如相同则进入开锁函数，否则蜂鸣器12响指示输入密码有误。

若矩阵键盘输入的键值为特定指令，则进入室内监控模式，人体热释放红外传感器工作；若在输入正确密码的基础上进入修改密码功能，则单片机6STC89C52将输入数据写入存储器9AT24C02，存储器9AT20C02将更新输入数据作为当前密码。

矩阵键盘可作为密码键入器，键入值与密码匹配成功后进入开锁函数，也可键入特定指令进入特定模式。矩阵式键盘按键连接在行、列线交叉处，每当有键按下时通过该键相应的行、列线连通。获取键值的过程为：单片机6STC89C52先将某一列线置低，比如这里将P0^4置0，通过P0口加10K上拉电阻，然后读取行线的值，若P0^0为0，说明P0^4与P0^4相连了，那么可以确定“1”号键被按下去了，以此类推。

系统初始化时，如图8，单片机6STC89C52从存储器9AT24C02读取数据作为当前密码，单片机6STC89C52接收到外接键盘的数据，将该数据传输至存储器9AT24C02进行储存。若键入6位密码按下确认键后，则将数据与存储器9AT24C02里的数据进行比较，如相同则进入开锁函数，否则蜂鸣器12响指示输入密码有误。若输入的键值为特定指令，这里设定的为六个D，则系统进入室内监控模式，人体热释放红外传感器工作；若在输入正确密码的基础上进入修改密码功能，则单片机6STC89C52将数据写入存储器9AT24C02保存。下次系统开机即刻从存储器9AT20C02读取修改好的新密码作为当前密码。存储器9AT24C02电路连接图如图7所示。

实施例中蓝牙通信由串口中断服务子程序实现，如图9，串口中断入口后，保护现场，读取蓝牙数据，该数据与开锁指令相同则执行开锁指令，如该数据与开锁指令则跳过执行开锁指令直接恢复现场后，中断返回。

触摸开关8是一个基于触摸检测集成电路TTP223B的电容式点动型触摸开关8模块，触摸开关8连接单片机6STC89C52的引脚P2.2。常态下，模块输出低电平，模式为低功耗模式；当用手指触摸相应位置时，模块会输出高电平，模式切换为快速模式；当持续12秒没有触摸时，模式又切换为低功耗模式。由于门内侧锁芯加装锥齿轮和减速电机4装置致使用户出门不便，设计触摸开关8电路，用户只需手指触摸感应区，便可实现自动开锁过程。

减速电机4电源采用220V转12V变压器13，单片机6系统采用LM7805稳压成5V直流电源。lm78/lm79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。

电机驱动电路5L298N 是一种双H桥电机驱动芯片，其中每个H桥可以提供2A的电流，功率部分的供电电压范围是2.5-48v，逻辑部分5v供电。

    密码锁的功能除了实现蓝牙控制以外，还可以通过人体热释放红外传感器、火焰传感器、震动传感器等实现门锁的智能管理。人体热释放红外传感器连接单片机6STC89C52的引脚P2.0，火焰传感器连接单片机6STC89C52的引脚P1.7，震动传感器连接单片机6STC89C52的引脚P2.3，烟雾传感器连接单片机6STC89C52的引脚P2.1，蜂鸣器电路连接单片机6STC89C52的引脚P1.6。单片机6STC89C52的引脚RET连接有复位电路。单片机6STC89C52的引脚P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7连接有10K的上拉电阻。

人体热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料制成的探测元件。用户外出时，可在矩阵键盘输入特定6位按键，则系统进入无人监控模式。人体热释放探测器开始工作。若探测到屋内有人则立即触发报警电路。

火焰传感器是是专门用来监测火源的传感器，传感器对火焰特别灵敏。当探测到明火时，便输出低电平信号传输至单片机6STC89C52。烟雾传感器内部采用离子式烟雾传感，是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器。烟雾传感器检测到烟雾产生时，输出高电平信号至单片机6STC89C52。单片机6STC89C52综合处理火焰传感器、烟雾传感器的输出信号做出相应的措施。具体工作为传感器同时探测到明火与烟雾时，自动打开门锁，并且通过报警IC电路发出火灾警报声。

震动传感器是采用新型高灵敏度传感膜而设计的全向振动传感器，具有全向检测、灵敏度可调、高抗干扰能力、产品一致性和互换性好、体积小、可靠性高、价格低等特点。该模块是考虑到传统机械式门锁易遭破坏而设计的，传感器对门锁震动的灵敏度大小可调节，当传感器探测到门锁震动程度高于某一值时输出低电平至单片机6STC89C52，即刻触发报警装置。

指示灯组11包括如下：

电源指示灯：接通电源后，红色指示灯长亮。

Led1：绿灯指示电机工作状态，输入指令/密码正确，进入开锁功能函数，完成锁芯的收缩和恢复后，绿灯亮30s后熄灭。

Led2：蓝灯指示电机运转状态，电机正转5s，锁舌收缩，延时5s，接着反转5s锁舌恢复原状态。

Led3：红灯，指令输入错误，红灯闪烁。

Led4：黄灯，3次输入指令错误，进入锁闭状态,指示灯全亮，无法再输入指令。

Claims (7)

1.一种基于单片机控制的机械式密码门锁，其特征在于：包括机械锁、锥齿轮一、锥齿轮二、减速电机、电机驱动电路、单片机、蓝牙通信模块、触摸开关、矩形键盘、存储器、传感器组、指示灯组；

机械锁包括锁壳和锁芯，锥齿轮一环套在锁芯的转轴上，锥齿轮一啮合有锥齿轮二，锥齿轮二设于减速电机的转轴上，单片机通过电机驱动电路控制驱动减速电机，单片机通过蓝牙通信模块与手持移动端通信，触摸开关连接单片机，单片机分别连接传感器组合指示灯组；

单片机采用89C52为主控芯片，存储器采用储存芯片AT24C02；存储器AT24C02的引脚1、引脚2、引脚3、引脚4、引脚6均接地；存储器AT24C02的引脚5连接电源，存储器AT24C02的引脚7连接单片机89C52的引脚P3.3，存储器AT24C02的引脚8连接单片机89C52的引脚P3.2。

2.如权利要求1所述的基于单片机控制的机械式密码门锁，其特征在于：蓝牙通信模块接收匹配成功的手持移动端发来的数据，蓝牙通信模块选用HC—06模块，HC—06模块通过RXD管脚和TXD管脚与单片机通信，该蓝牙通信模块集成蓝牙芯片BC41713、Flash存储芯片M29W800及蓝牙天线。

3.如权利要求2所述的基于单片机控制的机械式密码门锁，其特征在于：单片机STC89C52从存储器AT24C02读取数据作为当前密码，单片机STC89C52接收到外接键盘的输入数据，将输入数据传输至存储器AT24C02进行储存；若键入6位密码并按下确认键后，则将6位密码数据与存储器AT24C02里的当前密码数据进行比较，如相同则进入开锁函数，否则蜂鸣器响指示输入密码有误。

4.如权利要求3所述的基于单片机控制的机械式密码门锁，其特征在于：若矩阵键盘输入的键值为特定指令，则进入室内监控模式，人体热释放红外传感器工作；若在输入正确密码的基础上进入修改密码功能，则单片机STC89C52将输入数据写入存储器AT24C02，存储器AT20C02将更新输入数据作为当前密码。

5.如权利要求4所述的基于单片机控制的机械式密码门锁，其特征在于：传感器组包括人体热释放红外传感器、震动传感器、烟雾探测传感器、火焰探测传感器，人体热释放红外传感器连接单片机6STC89C52的引脚P2.0，火焰传感器连接单片机6STC89C52的引脚P1.7，震动传感器连接单片机6STC89C52的引脚P2.3，烟雾传感器连接单片机6STC89C52的引脚P2.1。

6.如权利要求4所述的基于单片机控制的机械式密码门锁，其特征在于：指示灯组包括绿灯、蓝灯、红灯、黄灯。

7.如权利要求1-6任一项所述的基于单片机控制的机械式密码门锁，其特征在于，单片机STC89C52的控制具体为：

初始化后，读取存储器内当前密码，扫描键盘是否有键按下，如有键按下读取键盘，检测输入键值是否为开锁密码；如未有键盘按下时，跳过读取键盘，直接判断是否为开锁密码；如是开锁密码，执行开锁命令；

如不是开锁密码，判断是否为修改密码命令，如是修改密码命令，修改密码写入存储器；如不是修改密码命令，判断是否为进入布防命令，如是进入布防命令，则进入布防模式；

在执行开锁命令或不进入布防命令后，读取各传感器数据，执行相应功能函数后，继续循环扫描键盘。