CN107145806B - 一种基于微型计算机的密码锁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微型计算机的密码锁，涉及微电子控制技术领域，包括主控机以及分别与所述主控机连接的电源模块、信号采集模块、存储模块、显示模块、报警模块、开锁模块与遥控模块；所述主控机包括安装有客户端平台的微机终端；所述微机终端包括控制芯片以及分别与其连接的时钟模块、通讯模块。本发明利用微型计算机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，实现自由设定密码、报警提示、设置万用密码、掉电存储密码等功能。

Description

一种基于微型计算机的密码锁

技术领域

本发明涉及一种微电子控制技术领域，尤其是涉及一种基于微型计算机的密码锁。

背景技术

近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展。人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。然而不法分子也是越来越多，原因在于大部分人防盗意识还不够强，造成偷盗现象屡见不鲜。越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。在信息产业飞速发展的今天，我们生活中必不可需的设备都向着小型化、便携化、智能化、自动化的方向发展。所以电子密码锁随着快节奏的生活应运而生。在我国六七十年代还是传统的一把钥匙配一把锁，不管是单位还是个人每天都要认真检查是否锁上了门，而且钥匙还不能随便乱放，一旦不小心忘记放在哪里很可能就打不开门了。传统的锁也相当的不安全，会有一些不法分子想尽办法打开你的房锁去偷盗东西。电子密码锁的产生使得这些问题都不再是问题。

20世纪80年代后，随着电子锁专用集成电路的出现，电子锁的体积缩小，同时可靠性提高，成本也相对提高，所以只适合使用在安全性要求较高的场合，且需要有电源提供能量，使用还局限在一定范围，难以普及，所以对密码锁的研究一直没有明显进展。到了90年代，美国、意大利、德国、日本、加拿大、韩国以及我国的台湾、香港等地的微电子技术的进步和通信技术的发展为密码锁提供了技术上的支持，从而推动密码锁走向实际应用的阶段。目前，在西方国家，电子密码锁技术相对先进，种类齐全，电子密码锁已被广泛应用于智能门禁系统中，使之更加安全更加可靠实现大门的管理。我国于90年代初期开始对密码锁进行初步的探索。到目前为止，随着电子技术和信息技术的发展，电子密码锁的技术领域已发展的十分成熟。从目前的技术水平和市场认可程度看，使用最为广泛的是键盘式电子密码锁，该产品主要应用于保险箱、保险柜和金库，还有一部分应用于保管箱和运钞车。在其他技术领域还有遥控式电子密码锁以及卡片式密码锁等。

申请号为201110344427.X的专利公开一种单片机控制的电子密码锁,涉及密码装置及电子控制领域。本发明的特征在于:包括键盘输入部分、显示模块5、单片机控制模块、密码判断指示灯,声音提示模块;所述各部分由执行线路连接后实现功能。本发明的有益效果是:使用4行4列的矩阵式键盘输入,成本低、使用方便;提供了数字显示模块5和密码判断指示灯,密码正确与否,可通过数字显示模块5来提示用户,也可通过不同的指示灯发光判断;可修改、重新设置密码;提供了声音提示模块,密码输入错误会给出警告音;限制输入错误次数。

申请号为94107641.5的专利公开一种由单片微型计算机控制的可编码密码锁,只用三个按钮发密码,操作限时,非法操作超过允许次数报警,兼有门铃、功能扩展信号报警、拆锁破门报警、电源电压不足时指示灯发光告知需更换电池、可在门外接入外接电源以便在电池失效的情况下仍能正常开锁、遗忘开锁密码时可拆锁开锁功能。比目前国内外用十个键发码、功能单一的同类产品具有功能丰富、保密性强、结构简单、操作方便、微电脑智能化控制的特点。

申请号为201210237347.9 的专利公开一种基于电子密码锁的防盗系统。本发明在应用过程中，并不是向开锁人员分配物理的钥匙，而是一个索引码和一个门锁密码，当开锁人员通过密码输入装置输入门锁密码，通过监控计算机对门锁密码进行处理，监控计算机首先对门锁密码进行核对，当核对无误时，再对当前开锁人员的面部图像进行处理和核对，当两次核对无误，则控制装置控制电子锁开锁。同时控制装置要向管理员所持有的用户终端发出通知信号，以便通知管理员有人进入了房间，需要管理员加以注意。本发明核对门锁密码和开锁人员的面部图像，只有具有权限的本人才可以进入房间，避免门锁密码被他人获取后非法进入房间的情况，极大的提高了基于电子密码锁的防盗系统的安全性能。

然而，上述三种密码检测装置或系统存在造价高、使用不便、故障率高等问题，出现不同的局限性，所以本发明提供了一种基于微型计算机的密码锁。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于微型计算机的密码锁，利用微型计算机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，实现自由设定密码、报警提示、设置万用密码、掉电存储密码等功能。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于微型计算机的密码锁，包括主控机以及分别与所述主控机连接的电源模块、信号采集模块、存储模块、显示模块、报警模块、开锁模块与遥控模块；所述主控机包括安装有客户端平台的微机终端；所述微机终端包括控制芯片以及分别与其连接的时钟模块、通讯模块。

进一步地，所述电源模块包括复位模块以及分别与所述复位模块连接的变压器、整流模块、滤波器和稳压模块，所述稳压模块包括稳压芯片以及与其连接的降压电容，所述复位模块包括电自动复位单元、按键复位单元和外部脉冲复位单元。

进一步地，所述控制芯片为嵌入式单片机，所述时钟模块包括内部时钟模块和外部时钟模块，所述内部时钟模块包括频率振荡器与瓷片电容，所述外部时钟模块包括电子计数器，所述嵌入式单片机连接接地电容。

进一步地，所述信号采集模块包括矩阵式键盘及其连接的外设端口，所述外设端口通过I/O总线连接编码器。

进一步地，所述客户端平台包括分析软件，所述分析软件包括Labview软件，用来实现开锁指令输入、指令存储和识别结果输出。

进一步地，所述存储模块包括存储芯片、寻址寄存器和定时器，所述存储芯片和所述控制芯片之间通过串行接口总线连接。

进一步地，所述遥控模块包括红外接收端、检波电路和放大电路，所述红外接收端连接所述控制芯片。

进一步地，所述显示模块包括LCD显示器，所述LCD显示器包括液晶芯片，所述液晶芯片与所述主控机采用总线连接或模拟口先连接。

进一步地，所述报警模块包括扬声器与报警指示灯，所述开锁模块包括电磁锁与触发信号器，所述报警模块与所述开锁模块分别连接所述主控机。

本发明的有益效果是：

本发明的密码锁采用先进的电子技术，利用键盘或外接人机交互界面的输入，通过控制电磁开关的闭合，实现安全保护的作用。当用户输入正确的密码，可打开锁；当用户输入错误密码，则进行提示，输入错误密码达到一定次数，即发出报警信号，并将电子锁锁死，等待一定时间后或由解码器输入授权密码方可进行再次开锁，并提供密码修改功能，一旦密码泄漏或者是其他情况，可以通过解码器更改密码。在密码设计方面，也可以通过设置不同的用户编号给以不同的解锁密码，达到更加安全的效果，从而将传统的机械密码锁和微电子技术结合起来，使密码锁技术更加智能化，在检测键盘，密码识别和机械控制方面具有较好的效果，通过修改程序增强密码的复杂程度，在进行系统优化后可以实现多功能、多用途的电子锁设计方案。系统性能稳定、体积小、功耗低、安装方便，值得广泛推广与使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明密码锁的组成结构图。

图2是本发明主控机的组成结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图1、2所示，一种基于微型计算机的密码锁，包括主控机1以及分别与主控机1连接的电源模块2、信号采集模块3、存储模块4、显示模块5、报警模块6、开锁模块7与遥控模块8；主控机1包括安装有客户端平台的微机终端；微机终端包括控制芯片9以及分别与其连接的时钟模块10、通讯模块11。控制芯片9为嵌入式单片机，时钟模块10包括内部时钟模块12和外部时钟模块13，内部时钟模块12包括频率振荡器及其连接的瓷片电容，外部时钟模块13包括电子计数器，嵌入式单片机连接接地电容。

在实施例中控制芯片9可以选择STC单片机，系统控制方案简单，数据量小，可以做到最优的成本控制，包括两片E2PROM ，无需外扩存储器，模块简单可靠，时钟模块10是保证控制芯片9工作指令的同步执行，是产生时序的基础，单片机每执行一条指令都是建立在时序模块上的，为了能保证单片机执行指令的同步，模块就要在唯一的时钟信号控制下按时序的先后进行工作。它分为内部时钟模块12和外部时钟模块13。外部时钟模块13通过外置的电子计数器进行时序的同步激发，内部时钟模块12是在单片机的内部形成一个高增益的反向放大器，在其输入引脚与输出引脚分别接入一个电容，并在两个电容之前串联一个晶振，形成一个稳定的自激频率振荡器。晶振的大小与单片机的振荡频率有关，电容的大小影响着振荡器振荡的稳定性和起振的快速性，通常选择10~30pF的瓷片电容。本发明电容选择为33pF的瓷片电容，晶振频率为12MHz，这样是为了在进行单片机与电脑进行串口通信时容易产生和电脑时钟同步的波特率，另外在设计模块时，晶振和电容应尽可能的靠近芯片，这样可以提高系统的抗干扰能力，电嵌入式单片机与地之间可以接一个0.1uF的电容，它用来滤除电源的纹波，使单片机稳定工作。

电源模块2包括复位模块以及分别与复位模块连接的变压器、整流模块、滤波器和稳压模块，稳压模块包括稳压芯片以及与其连接的降压电容，复位模块包括电自动复位单元、按键复位单元和外部脉冲复位单元。密码锁需要使用5V直流电源供电，把有效值为220V频率为50Hz单相交流电压转换为幅值稳定的5V直流电压。其主要原理是把单相交流电，经过电源变压器降压。由于输入电压为电网电压，一般情况下所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而电源变压器的主要作用是起到降压作用。降压后还是交流电压，所以需要整流模块把交流电压转换成直流电压。由于经整流模块整流后的电压含有较大的交流分量，会影响到负载模块的正常工作。需要通过低通滤波模块滤除交流成分使输出电压平滑稳定。稳压模块的功能是使输出直流电压基本不受负载电阻变化和电网电压波动的影响，从而获得稳定性足够高的直流电压。本模块使用集成稳压芯片LM7805解决了电源稳压问题，在稳压芯片的前段分别放置两个电容主要是为了滤除电源中的高低频干扰而在芯片之后又经过一级的滤波以使电源更为洁净，并在电源输出端加上LED以此来显示电源的开关状态。

单片机的RST引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平的时候才有效，其有效时间应持续24个震荡脉冲周期（即2个机器周期）以上；通常为了保证应用系统能够准确地复位，复位模块应使引脚RST脚保持10ms以上的高电平状态。只要RST保持高电平，单片机就会自动循环复位。当RST引脚从高电平状态转为低电平状态时，单片机退出复位状态，从程序存储器的0000H地址开始执行用户程序。电容C3和电阻R5组成上电复位模块。上电瞬间RST引脚获得高电平，随着电容C11的充电，RST引脚的高电平逐渐下降。只要高电平保持足够的时间，单片机就能完成复位。

信号采集模块3包括矩阵式键盘及其连接的外设端口，外设端口通过I/O总线连接编码器。键盘是单片机十分重要的输入设备，是实现人机对话的纽带。键盘是由一组规则排列的按键组成，一个按键实际上就是一个开关元件，即键盘是一组规则排列的开关。根据按键与单片机的连接方式不同，按键主要分为独立式按键和矩阵式按键 ，有了这些按键，对单片机的控制就方便多了。当有一个键按下时，通过某一边引脚赋低电平，扫描全部引脚看是否与最初的赋值一样，不一样则根据相应的算法（通过改变后的值与初始值相或，根据结果赋值）确定是哪个键按下。

客户端平台包括分析软件，分析软件包括Labview软件，用来实现开锁指令输入、指令存储和识别结果输出。微机终端的通讯模块11包括串行通信模块，随着计算机在各个领域的广泛应用和智能化控制的发展，多微机系统和计算机网络技术的普及，计算机的通信功能显得越来越重要。计算机通信是指将计算机技术和通信技术相结合完成计算机与外部控制设备或计算机与计算机之间的信息交换或信息处理，按通信方式可以分为两大类：并行通信与串行通信。并行通信通常是将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送 ,并行通信控制简单、传输速度快，但是由于传输线较多长距离传送时成本高且接收方的各位同时接收存在一定的困难。串行通讯传输线少，长距离传送时成本低且可以利用电话网等现成的设备，所以本发明采用串口与单片机进行通信。串行通讯端口，RS-232主要用于计算机之间进行数据的交换与通讯RS-232通讯接口是电子领域的一种标准化传输接口，主要是为了进行远程传输与通讯连接终端设备的物理接口。RS-232采用非平衡连接在这个线路中信号的电压都使用一个公共的接地线，所有信号电压都加到一条导线上为了能提高串口通信的抗干扰能力和数据传送距离，RS-232芯片的信号和电平采用负逻辑电平，直流电压值在-15至-5V芯片规定为逻辑值“1”，直流电压值在+ 5至+15V芯片规定逻辑值“0”，直流电压在-5至+5V为过渡区。由于单片机输入与输出为TTL电平这与 PC机所执行的串行接口标准不一致数据无法正常传输。要实现单片机与PC机之间的数据通读，必须进行电平转换。一般常用的电平转换器件有MC1488、MC1489及MAX232等，但MC1488、MC1489需要±12V电源，这对于不具备±12V电源的单片机系统是非常不便的。故本发明使用MAX232实现电平转换。单片机的第10、11管脚与MAX232芯片的11、12管脚相连并互相传送数据通过MAX232芯片将单片机的TTL电平转换成电脑所能识别的电平。

存储模块4包括存储芯片、寻址寄存器和定时器，存储芯片和控制芯片9之间通过串行接口总线连接。存储芯片可以选择24C04存储芯片，在使用时，把存储芯片的WP引脚接到GND上使密码锁进行正常的读/写操作，把SDA串行数据/地址与单片机的数据输入引脚使AT24C02与单片机进行所有数据的发送或接收，把SCK串行时钟引脚与单片机时钟输入引脚相连接，让单片机产生一个24c04工作的时钟，使其正常的工作。定时器可以选择数据线看门狗定时器，可实现编程复位功能，串行接口总线可实现高数据传输速率。

遥控模块8包括红外接收端、检波电路和放大电路，红外接收端连接控制芯片9。红外数据传输的特点：成本廉价、建设工程期短、适应性好、扩展性好、设备维护上更容易实现。使用红外模块进行传输，丰富了系统的功能，提高了系统的可操作性，因而达到了交互式与智能化。红外数据传输广泛地运用在红外遥控系统和车辆的监控、门禁系统、小区的安全防火系统和传呼系统、身份的识别、非接触RF的智能卡等。工业设备中，在高压，辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。遥控模块8将信号的接受、放大、检波等集于一身，而且可以经过编码解码时单片机收到可识别的信号源。这样一来便会减少硬件设计过程中的麻烦，使模块简单化，且应用起来比较方便。

显示模块5包括LCD显示器，LCD显示器包括液晶芯片，液晶芯片与主控机1采用总线连接或模拟口先连接。在实际使用中，显示器可以是LED发光二极管或者数码管，用以显示一个简单的开关信息或者进行数字显示，也可以使用LCD液晶显示器，不仅显示内容丰富而且好节约了单片机的管脚资源。本发明采用的是液晶显示LCD1602。LCD1602内部的字符已经储存了不同的字符形式，每一个字符都有一个固定的代码，其代码与标准的ASCII字符代码一致，显示时单片机往液晶模块写入显示指令，模块就会把地址为43H中的点阵字符图形识别出，LCD1602液晶显示与单片机的连接可以分为两种方式：总线方式和模拟口线方式。LCD1602液晶的几个特性：+5V电压、对比度可调、内含复位模块；提供各种控制命令，如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能；有80字节显示数据存储器DDRAM；内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM 8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM。

报警模块6包括扬声器与报警指示灯，开锁模块7包括电磁锁与触发信号器，报警模块6与开锁模块7分别连接主控机1。当密码输入两次的数值与所设定的参数值不同时，单片机便通过数据端口控制三极管来驱动扬声器报警，当输出低电平时三极管截止，当输出高电平时三极管导通扬声器报警。开锁模块7的功能是当输入正确的密码后密码锁将被锁定，既开锁。当单片机输出引脚发出信号经三极管放大后，触动电磁阀即会把锁打开。一旦输入密码，单片机便会与初始密码进行比对，如果密码输入两次都与原始密码不相符即会报警。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于微型计算机的密码锁，其特征在于：包括主控机以及分别与所述主控机连接的电源模块、信号采集模块、存储模块、显示模块、报警模块、开锁模块与遥控模块；所述主控机包括安装有客户端平台的微机终端；所述微机终端包括控制芯片以及分别与其连接的时钟模块、通讯模块；所述电源模块包括复位模块以及分别与所述复位模块连接的变压器、整流模块、滤波器和稳压模块，所述稳压模块包括稳压芯片以及与其连接的降压电容，所述复位模块包括电自动复位单元、按键复位单元和外部脉冲复位单元；所述控制芯片为嵌入式单片机，所述时钟模块包括内部时钟模块和外部时钟模块，所述内部时钟模块包括频率振荡器与瓷片电容，所述外部时钟模块包括电子计数器，所述嵌入式单片机连接接地电容。

2.按照权利要求1所述的一种基于微型计算机的密码锁，其特征在于：所述信号采集模块包括矩阵式键盘及其连接的外设端口，所述外设端口通过I/O总线连接编码器。

3.按照权利要求1所述的一种基于微型计算机的密码锁，其特征在于：所述客户端平台包括分析软件，所述分析软件包括Labview软件，用来实现开锁指令输入、指令存储和识别结果输出。

4.按照权利要求1所述的一种基于微型计算机的密码锁，其特征在于：所述存储模块包括存储芯片、寻址寄存器和定时器，所述存储芯片和所述控制芯片之间通过串行接口总线连接。

5.按照权利要求1所述的一种基于微型计算机的密码锁，其特征在于：所述遥控模块包括红外接收端、检波电路和放大电路，所述红外接收端连接所述控制芯片。

6.按照权利要求2所述的一种基于微型计算机的密码锁，其特征在于：所述显示模块包括LCD显示器，所述LCD显示器包括液晶芯片，所述液晶芯片与所述主控机采用总线连接或模拟口先连接。

7.按照权利要求6所述的一种基于微型计算机的密码锁，其特征在于：所述报警模块包括扬声器与报警指示灯，所述开锁模块包括电磁锁与触发信号器，所述报警模块与所述开锁模块分别连接所述主控机。