|
當前雖然許多智能鎖(如指紋辨別、IC卡識別)已相繼問(wèn)世，但這類(lèi)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(gè)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(lèi)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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)使其作為防盜衛士的角色越來(lái)越重要�，F有國內市場(chǎng)上的電子密碼鎖有的是通過(guò)購買(mǎi)一些產(chǎn)品模塊再開(kāi)發(fā)，不具備自主知識產(chǎn)權；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(jià)值。為了克服這些缺點(diǎn)，從經(jīng)濟實(shí)用角度出發(fā)，采用單片機AT89S5l與低功耗CMOS型E2PROM AT24C02作為主控器件與數據存儲器單元，設計一款可更改密碼，具有報警、實(shí)時(shí)監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(kāi)發(fā)、成本較低，安全性高，能將其存儲的現場(chǎng)歷史數據及時(shí)上報給上位機系統，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)監控，方便管理人員及時(shí)分析和處理數據。 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，執行模塊和通信模塊組成，其電路結構如圖1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(jìn)行處理，還要負責調度各種程序穩定的運行并控制其他模塊，其模塊主要由單片機，鍵盤(pán)，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(wù)是配合軟件來(lái)完成信息處理和記錄、控制調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?xún)r(jià)比、程序的數據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(pán)電路的設計采用4×4行列鍵盤(pán)的形式，直接由AT89S51的Pl口的高、低字節構成。 電路中選用AT24C02作為密碼和*信息的存儲器，該存儲器是一款具有I2C總線(xiàn)接口的串行EEFROM，由于A(yíng)T89S51單片機沒(méi)有I2C總線(xiàn)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(xiàn)相連，軟件上實(shí)現模擬I2C總線(xiàn)接口。在該存儲器中還保存著(zhù)用戶(hù)修改后的一級、二級權限密碼和最近20次*的具體時(shí)間，以及非法偷、套密碼的提示信息，用戶(hù)通過(guò)按鍵可方便的實(shí)現查閱。存儲器與單片機的連接如圖2所示。鑒于該系統在功能上要求實(shí)現密碼輸入提示、*信息的查閱、時(shí)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，其電路結構如圖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(gè)電路供電。電路中采用一個(gè)穩壓器將輸入的直流電源電壓轉換成+5 V的電壓。另外，如果僅僅依靠外接直流電源供電會(huì )出現因停電而無(wú)法*的問(wèn)題，為了解決這個(gè)問(wèn)題，在設計電源管理模塊時(shí)加入了自動(dòng)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實(shí)際需要迅速自動(dòng)切換，從而保證電子密碼鎖可以長(cháng)時(shí)間不間斷工作。電源自動(dòng)切換電路選用LTC-4414器件。通過(guò)LTC4414對2個(gè)P溝道絕緣柵場(chǎng)效應管控制，實(shí)現2個(gè)電源高效“或”操作的自動(dòng)切換電路。 1．3 執行模塊 執行電路通過(guò)單片機其中1個(gè)引腳線(xiàn)發(fā)出信號，經(jīng)三極管放大后。由繼電器驅動(dòng)電磁閥動(dòng)作將鎖打開(kāi)的方案，電路結構如圖4所示。另外，報警電路采用時(shí)基集成電路555及其輔助元件構成，在聯(lián)網(wǎng)的情況下，報警信號可通過(guò)串口擴展網(wǎng)絡(luò )發(fā)給主控制器，提醒管理人員注意。 1．4 通信模塊 在通信電路設計中，采用MAX489進(jìn)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(xiàn)；引腳-VT，引腳+VT為接收器輸入，接收傳輸線(xiàn)；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(gè)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(shí)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(wù)和安全機制，使其軟件程序構成一個(gè)完整的安全體系結構。安全體系主要是由4種安全服務(wù)和4種安全機制構成，其中安全服務(wù)包括：鑒別、訪(fǎng)問(wèn)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(fǎng)問(wèn)控制機制、加密、信息完整性。安全體系主要是通過(guò)軟件設計來(lái)實(shí)現的。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(shí)子程序、時(shí)間設置子程序、修改密碼子程序、掃描鍵盤(pán)輸入子程序、報警子程序；2)網(wǎng)絡(luò )管理程序，其中包括*信息查詢(xún)子程序、串行通信程序。軟件設計中，引入了二層權限加密的技術(shù)，對輸入的8位十進(jìn)制基礎密碼進(jìn)行判別，如果輸入密碼正確，則可以直接*。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，輸入高級權限密碼，通過(guò)系統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，從而使系統具有很高的可靠性和安全性。 該系統設計程序流程如圖6所示，圖7和圖8給出人機交互界面和電子密碼鎖實(shí)物。 3 結束語(yǔ) 該電子密碼鎖設計實(shí)現遠程監控、自動(dòng)報警和開(kāi)關(guān)鎖等功能，并具有結構簡(jiǎn)單、功耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但是設計電子密碼鎖需要結合實(shí)際綜合考慮很多因素，因此該電子密碼鎖設計需要在實(shí)際中進(jìn)一步完善和改進(jìn)。另外，在系統應用程序方面，該設計只實(shí)現了修改密碼、開(kāi)關(guān)鎖、自動(dòng)報警和遠程監控等功能，要想在現實(shí)生活中推廣，還必須針對實(shí)際應用場(chǎng)合的需要，進(jìn)一步完善系統功能的程序。 |
