趙銘

【摘 要】本文根據(jù)單片機(jī)技術(shù)及相關(guān)原理，設(shè)計(jì)出一款以單片機(jī)為控制核心并融合了紅外線技術(shù)的新型密碼鎖。該鎖結(jié)合電子密碼和光控的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，擺脫了老式機(jī)械鎖難更換，易損壞以及電子鎖安全性不高的缺點(diǎn)，是一類極具發(fā)展前景新型鎖。

【關(guān)鍵詞】紅外線;密碼鎖;設(shè)計(jì)

20世紀(jì)末，電子技術(shù)的飛速發(fā)展有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，特別是在人類安全防護(hù)領(lǐng)域的運(yùn)用尤為突出[1]。馬洛斯提出的人類五級(jí)需求中安全需求排名第二，人類只有在安全得到保障的基礎(chǔ)上才能往更高級(jí)別的需求發(fā)展。如何使自己的人身和財(cái)產(chǎn)安全得到有效的防護(hù)已成為人們考慮的焦點(diǎn)，因此，和人們生活息息相關(guān)的鎖的發(fā)展和改進(jìn)也更加受到關(guān)注和重視。

1 鎖的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，市面上流通的鎖的類型繁多，概括起來(lái)主要分為以下三種：第一種是機(jī)械鎖，由20世紀(jì)50年代意大利人設(shè)計(jì)，其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格便宜。但在使用中暴露了諸多缺點(diǎn)：一是機(jī)械鎖是靠金屬制成的鑰匙上的不同齒形與鎖芯的配合來(lái)工作的;二是鎖本身設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，極容易被撬開破壞。第二種電子密碼鎖，它具有成本低，抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但電子密碼鎖都采用的是固定鍵盤式的，使得用戶在操作時(shí)沒有隱蔽性，易被人看見和偷拍，使得密碼不安全，而且沒有自動(dòng)報(bào)警功能，無(wú)法拒絕非法用戶嘗試密碼。第三種智能鎖（如指紋辨別、IC卡識(shí)別），但這類產(chǎn)品的特點(diǎn)是針對(duì)特定指紋或有效卡，只能適用于保密要求高且僅供個(gè)別人使用的箱、柜、房間等。而且IC卡易丟失，加上其成本一般較高，在一定程度上限制了這類產(chǎn)品的普及和推廣。

根據(jù)以上三類鎖的特點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，現(xiàn)根據(jù)單片機(jī)技術(shù)及相關(guān)原理，創(chuàng)新設(shè)計(jì)一個(gè)以單片機(jī)為控制核心并融合了紅外線技術(shù)的新型密碼鎖。此鎖結(jié)合了電子密碼和光控的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，擺脫了老式機(jī)械鎖難更換，易損壞以及電子鎖安全性不高的缺點(diǎn)，是一類極具發(fā)展前景新型鎖型。

2 新型密碼鎖的可行性和設(shè)計(jì)思路

2.1 可行性

此新型密碼鎖是一款以單片機(jī)為控制核心并融合了光控技術(shù)的新鎖型。該鎖的設(shè)計(jì)有效地兼顧了目前三類鎖的優(yōu)點(diǎn)，并且引入了光控鑰匙的概念，使其在未來(lái)的發(fā)展上有了更大的晉升空間。其優(yōu)勢(shì)可表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：一是，該鎖整體依靠各類電子器件來(lái)實(shí)現(xiàn)主要功能，無(wú)大型活動(dòng)零件，因此避免了由于零件長(zhǎng)期磨損而帶來(lái)的各項(xiàng)問(wèn)題;二是，該鎖結(jié)合了密碼輸入與光控鑰匙組成的雙重保險(xiǎn)，直接克服了電子密碼鎖單靠輸入密碼開啟門鎖的低安全性問(wèn)題，即便按鍵密碼泄露，無(wú)正確的光控鑰匙依然無(wú)法打開由它把守的大門。三是，光控密碼的設(shè)置更為靈活，更為人性化。用戶可根據(jù)自己的意愿更改光控密碼，并且無(wú)需重鑄新鑰匙，只要對(duì)應(yīng)修改光控鑰匙的密碼即可。這也進(jìn)一步避免了因鑰匙遺失、密碼泄露而不得不換鎖的尷尬。四是，該鎖的制造成本較低，投放至市場(chǎng)上，更能被普通用戶所接受，易于大范圍推廣。五是，光控鑰匙的使用是在近距離有遮蔽物的鎖體內(nèi)部，紅外線不會(huì)受到外界環(huán)境的干擾，并且工作方式隱蔽，不容易被外人所察覺[2]。

2.2 總體設(shè)計(jì)思路

利用特制的光控鑰匙與正確按鍵密碼，共同驅(qū)動(dòng)門鎖將門打開。具體的功能是由光控模塊，按鍵模塊、單片機(jī)控制模塊和顯示模塊來(lái)共同完成。此設(shè)計(jì)創(chuàng)新之處就在于利用了不可見的紅外光線，來(lái)間接實(shí)現(xiàn)對(duì)鎖頭的控制，從而擺脫了普通鎖鎖頭復(fù)雜的制作工藝，進(jìn)而也避免了遺失鑰匙后換新鎖的繁瑣過(guò)程，操控者只需對(duì)鎖頭進(jìn)行簡(jiǎn)易的密碼更改以及對(duì)應(yīng)的密鑰更改即可。同時(shí)，配合按鍵密碼一同工作也極大地加強(qiáng)了鎖的安全性。

3 新型密碼鎖的原理

新型密碼鎖主要由五個(gè)模塊組成，分別為光控模塊、按鍵模塊、單片機(jī)控制模塊、顯示模塊、門鎖顯示燈模塊。如圖1所示。其中，將按鍵模塊、單片機(jī)控制模塊合稱為密碼模塊。

圖1 新型密碼鎖原理圖

新型密碼鎖的系統(tǒng)整體電路，如圖2所示。其工作原理為：

圖2 系統(tǒng)整體電路圖

當(dāng)光控模塊插入正確的鑰匙后，八輸入與非門會(huì)輸出一個(gè)高電平。同時(shí)當(dāng)按鍵模塊輸入正確密碼時(shí)，單片機(jī)P1.0口也會(huì)輸出一個(gè)高電平，這樣兩個(gè)高電平再經(jīng)過(guò)一次與非產(chǎn)生一個(gè)低電平，促使門鎖顯示燈電路導(dǎo)通，達(dá)到模擬開門的效果;若按鍵鎖部分輸入三次密碼均不正確時(shí)，單片機(jī)會(huì)將鍵盤鎖死，無(wú)法再次有效輸入，當(dāng)重新按下復(fù)位按鈕時(shí)，系統(tǒng)恢復(fù)常態(tài)。

由于本設(shè)計(jì)是基于模擬電路設(shè)計(jì)的，所以使用Proteus軟件進(jìn)行仿真[3]。

4 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

第一步：通過(guò)對(duì)光敏二極管后方的開關(guān)進(jìn)行A/B位選擇，實(shí)現(xiàn)高/低輸出電平的有效篩選，完成光控模塊中鎖部分的一位密碼設(shè)置功能。當(dāng)開關(guān)撥到A位時(shí)，選擇低電平有效，光敏二極管處于接收紅外線模式，為0狀態(tài);當(dāng)開關(guān)撥到B位時(shí)，選擇高電平有效，光敏二極管處于未接收紅外線模式，為1狀態(tài)。同理對(duì)多個(gè)開關(guān)進(jìn)行位的選擇，就能實(shí)現(xiàn)多位密碼的設(shè)置。第二步：對(duì)光控模塊中鑰匙部分的開關(guān)進(jìn)行開/閉位選擇，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)光管工作位的控制，完成鑰匙對(duì)應(yīng)密碼的設(shè)置功能。當(dāng)開關(guān)撥到開位時(shí)，發(fā)光管處于紅外線輻射模式，為0狀態(tài);當(dāng)開關(guān)撥到閉位時(shí)，發(fā)光管處于休眠模式，為1狀態(tài)。同理對(duì)多個(gè)開關(guān)進(jìn)行位的選擇，就能實(shí)現(xiàn)多位密碼的設(shè)置。對(duì)單片機(jī)程序進(jìn)行密碼設(shè)定，完成對(duì)密碼模塊中按鍵密碼的設(shè)置。第三步：將鑰匙正確放入光控模塊鎖部分中。第四步：在鍵盤上鍵入4位數(shù)字密碼，通過(guò)顯示器對(duì)鍵入內(nèi)容進(jìn)行觀察。若鍵入錯(cuò)誤，可按退格鍵清除當(dāng)前一位鍵入信息，或按清零鍵清除當(dāng)前所有鍵入信息，重新輸入。第五步：輸入完畢后，按下確認(rèn)鍵。若顯示器顯示“OPEN”字樣，說(shuō)明輸入密碼正確，門鎖打開;若顯示器顯示“ERROR”字樣，說(shuō)明輸入密碼錯(cuò)誤，門鎖無(wú)法打開;若顯示器顯示“LOCK”字樣，說(shuō)明連續(xù)輸入錯(cuò)誤密碼次數(shù)已超過(guò)3次，系統(tǒng)已自鎖，無(wú)法再輸入。第六步：當(dāng)出現(xiàn)“LOCK”自鎖情況時(shí)，主人需按下復(fù)位鍵，將系統(tǒng)重新復(fù)位，恢復(fù)正常工作。

5 展望

綜上所述，本設(shè)計(jì)著重在于提出一種新的思路，為鎖的未來(lái)發(fā)展提供一種新的參考。如果進(jìn)行進(jìn)一步的研究，還可以從以下幾個(gè)方面著手：一是，光控模塊的鑰匙部分可以加入單片機(jī)進(jìn)行電路集成，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)密碼的設(shè)置、更改，控制紅線的發(fā)射;二是，光控模塊中鎖的接收裝置對(duì)信號(hào)的接收可以發(fā)展為單位時(shí)間內(nèi)對(duì)紅外線發(fā)射次數(shù)的采集，將次數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)化為密碼信息;三是，光控模塊中鎖的密碼設(shè)置發(fā)展為利用單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行自由更改;四是，系統(tǒng)的電源采用可自行充放電的獨(dú)立電源裝置。

【參考文獻(xiàn)】

[1]任旭.基于CPLD的全橋諧振式大功率脈沖激光電源的研究[D].長(zhǎng)春理工大學(xué)，2004.

[2]趙思成.單片機(jī)紅外線遙控器輸入系統(tǒng)研究[J].硅谷，2009.

[3]趙亮，侯國(guó)銳.單片機(jī)C語(yǔ)言編程與實(shí)例[M].北京：人民郵電出版社，2003.

[責(zé)任編輯：湯靜]