基于PIC单片机原理的智能锁开发设计.doc

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基于PIC单片机原理的智能锁开发设计

　　摘要

　　为了能够提高电子门琐的安全可靠性，将PIC单片机应用于智能门锁的开发设计中。

首先，提出了智能门锁的总体设计，设计了系统的整体功能；其次，研究了智能门锁的机械结构；最后，分别进行了智能门锁芯硬件设计和软件设计，提出了智能门锁的控制算法。

该智能门锁具有较为广阔的应用前景。

　　【关键词】PIC单片机智能门锁开发设计

　　目前，机械门锁和电子门锁是比较常见的两种锁具，已经广泛地应用于家居防盗中。

前者的基本原理是通过扭转机械钥匙实现门锁的启闭，后者是通过电磁力实现门缩的启闭。

机械门锁具有结构简单和使用方便的优点，适合人们的日常习惯。

机械门锁的安全性较好，基本上不会出现锁死的情况。

机械门锁有一致命的缺陷，不断机械门琐有多高的档次，都可以通过开锁技术将其打开。

电子门锁是科技发展的产物，具有使用灵活和便捷的优点，但是在使用过程中需要和电辅助系统配合使用。

电子门锁的原理比较复杂，安全性相对于机械门锁要低一些，为了能够防止锁死现象的出现，当掉电时，电子门锁设计成“常开”，从而降低了其安全性。

　　为了能够提高电子门锁的安全性，将PLC单片机应用于智能门锁的设计中，通过锁芯中的电子芯片连接机械数据触点，把电子锁芯的防范技术和机械锁芯融合起来，从而提高了门锁的识别水平，通过现场和远程报警，从而消除了电子锁芯的安全隐患。

　　1智能门锁的总体设计

　　智能锁主要包括数码钥匙、控制存储器、锁芯、无线通信装置、能量供应装置以及报警装置。

当将数码钥匙插进门锁中，旋转钥匙的瞬时，控制存储器能够读取锁芯中的的数据信息，接着将数据信息与控制存储器中已经设置好的数据进行对比，如果数据相同，则门锁打开，如果数据不同，则门锁无法打开，同时通过无线通信装置发出报警信号，报警装置将报警信号传输给用户或者监控中心。

　　2智能锁的机械结构

　　智能电子锁的锁芯可以控制电子弹子的收回和弹出实现门锁的开闭。

电子弹子主要包括两部分，分别为螺线管和永磁体，示意图如图1所示。

　　图1：

智能锁芯的机械结构示意图

　　螺线管有两端，分别和电源正极与三极管集电极相联，三极管的发射极接地，基极和PIC单片机的弹子控制接口相连。

PIC单片机接电以后，弹子控制接口在缺省情况下的输出为高电平，三极管导通，螺线管中通过电流形成的电磁力使永磁体进如锁胆的凹槽内，从而导致锁胆不能顺利转动，从而能够使锁胆被卡死。

　　3智能锁芯硬件设计

　　智能锁控制系统的诸多功能的实现主要和主机警戒状态相关，即和遥控电子弹子的收回和弹出有关，该模块就为数码钥匙产生的信号的接收电路。

信号产生于发射器，通过该电路接收后，接着进入单片机。

　　3.1遥控接收电路

　　信号接收电路的供电取自电源电路，电路中CP2起滤波作用，引脚RF接单片机的4脚，该模块将从遥控钥匙上接收的信号送入单片机进行处理，电路中的芯片为了使钥匙不易被破译，保密性好，而且容易重新学习加密，还为电路提供数码钥匙的滚动解码加密技术。

　　3.2信号检测及电平转换电路

　　该电路是将外部采集到的脉冲信号转换送入单片机，因为外部电器是12V的工作电压，而单片机是5V的工作电压，因此，应该进行处理转换。

控制系统中单片机对输入信号采用高电平有效的读取方式，但外部电器及传感器有的高电平有效，有的低电平有效，故设计中主要有高电平有效电路和低电平有效两种。

　　3.3放大电路

　　信号经过PIC单片机输出后通过芯片进行放大处理，接着驱动电子弹子控制门锁的开关。

芯片集成了若干个放大器，从降低了整个电路的体积，使电路更为简单，连接更加方便，突出了模块集成控制的优点，该模块只有一块芯片，其型号为TDA2003。

　　3.4PIC选型

　　选择型号PIC18F458的单片机，该类型的单片机有16位指令，8位宽数据通道，4kB的数据存储器，2MB的程序存储器。

CCP引脚设置为：

16位捕捉输入，分辨率最高可达到6.25ns；16位比较单元，分辨率可达到100ns；脉宽输出的分辨率为1-10位。

PIC18F458应用了哈佛总线结构，通过流水作业的形式读取和执行各种指令，从而有效地提升了单片机的工作效率。

该类型的单片机具有功耗较少的优点，在8MHz时钟条件下耗电量2mA，在休眠状态下耗电量小于1mA。

PIC18F458单片机具有较强的驱动能力，I/O端口驱动负载的性能良好，不同的I/O引脚最大的吸入电流为2mA，最大的输出电流为20mA，可以驱动微型继电器、发光二极管等。

PIC18F458单片机具备独特的C语言开发环境，程序设计可以采用C语言，从而可以极大地提升工作效率。

　　4控制系统的算法设计

　　智能锁芯控制系统的算法设计是非常重要的环节。

在控制算法设计的过程中，应该充分地考虑各种影响因素，从而提高算法的有效性。

为了能够实现智能锁芯的设计，可以采取智能PID控制算法，采取比例、积分和微分的控制方法，可以对被控制对象进行动态控制，有效地选择控制模式。

智能锁芯开发控制根据被控对象的偏差以及变化规律选择合理的控制决策，当智能锁芯的偏差增加时，控制系统将制约误差的增加；当智能锁芯的偏差降低时，控制系统的控制将降低，系统处于开环状态，此外，持续地记录智能锁芯偏差的极值，从而能够及时地调节控制点，能够适应智能锁芯开发的实际需求。

　　控制规则如下所示：

（1）当控制系统偏离偏差区域时，|en|>e1，利用Bang-Bang控制模式，控制系统的输出量取为Ku?

Umax或者Ku?

Umin。

（2）当控制系统进入偏差区域之后，误差有降低的趋势，en?

Δen<0，控制系统将积分控制取消。

　　（3）当误差有增加的趋势时，en?

Δen>0，控制器积分控制起作用，能够制约误差的提高。

　　通过智能控制算法能够提高智能锁芯开发控制系统的可靠性和稳定性，有利于抗干扰能力的提升。

　　5智能锁芯软件设计

　　软件设计是智能锁芯开发的重点，直接影响智能锁芯的性能。

智能锁芯控制软件包括以下几个主要组成部分，分别是主程序、电子钥匙设置模块、数据比较模块、合法开门模块、故障报警模块、钥匙重设模块。

其中，主程序可以完成控制系统的初始化，能够控制整个控制系统各个模块的功能。

　　钥匙设定模块可以实现钥匙的注册设置，钥匙主要包括主钥匙和副钥匙两个类型，前者具备最大的权限，副钥匙的设置需要有主钥匙的参与。

程序设计的过程中，应该保证主钥匙可以管理副钥匙，当主钥匙丢了的情况下，可以通过升级将副钥匙转换为主钥匙，进而能够大大提高智能锁芯的安全可靠性。

第一次使用智能锁芯的时候，单片机数据信息中已存储的钥匙数量为零，此时，程序将转换为钥匙设定模块，当前钥匙将设置为主钥匙，同时将地址信息储存于单片机中。

在使用过程中，通过单片机能够判定钥匙是否为主钥匙，和操作按键配合使用，接着进入副钥匙的设定程序。

　　数据比较模块可以控制单片机获取的要是地址，和已经设定好的地址逐一比较，通过对比分析可以修改要是的属性。

主程序可以数据比较模块的输出结果确定子程序对锁胆进行控制操作。

　　故障报警模块主要是利用无线发射电路把报警信息传输到终端，从而能够实现智能锁芯报警信息的传输和信息的存储，并且产生警报声。

　　6结论

　　将单片机应用于智能锁芯的开发设计中，能够提高智能锁芯的安全可靠性，智能门锁的性能远远大于传统的机械门锁，并且提高了锁芯的可扩展性。

该设计方法易于实现，性能优良，故障率较低，因此具有较好的实用价值，可以进一步推广使用。

　　参考文献

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　　作者单位

　　中山市基信锁芯有限公司广东省中山市528416