基于STC12处理器的智能门锁系统设计

(武汉软件工程职业学院，湖北武汉 430205)

1 概 述

随着科技的进步，人们对工作、生活中自动化水平提出了越来越高的要求，住宅小区易发生偷盗、钥匙忘记携带，本智能门锁可克服传统的等待开门、起床开门或锁门、钥匙携带、出门担心是否落锁等困挠。

智能门锁不仅具有传统的密码输入功能，门铃提示功能，还扩展远程通信功能和高度人性化的人机交互功能，来访客人在按门铃时，系统能拨打号码通知主人，由主人决定是否通过语言系统与来访客人对话，然后决定是否远程开门。如果发生非法入侵时，系统可马上为主人提供信息，即时做好安防措施。

2 总体设计

本系统以STC12处理器为主控制器，包括单片机控制子系统，包括：ZLG7289按键模块、12864显示模块、NRF24L01无线模块；模拟门子系统，包含：模拟门、步进电机驱动、语音及门铃模块；功能执行子系统，包括：微型打印机、TC35I无线通信模块[1]。系统总体设计框架图如图1所示。

3 硬件设计

3.1 主控制器介绍

主控制器型号为STC12C5A60S2，该芯片内部有专门的Reset电路，工作可靠性强。主控制器部分包含串行接口电路、时钟和复位电路、存储系统(ROM、RAM、Flash)[2]，其电路图如图2所示。

3.2 TC35I模块电路

TC35I是一种性价比高的工业级无线通信模块，体积小巧，有data、语音传输、SMS服务和fax功能。支持AT指令集，处理器可通过AT指令集方便地双向控制该无线通信模块。最大功耗为2瓦，由于不需要长时间连接无线网络，需要无线传送的数据量也不大，因此该模块的平均功耗可以控制得很小，在空闲模式下最大的工作电流为3.0毫安。有自动重启和故障恢复能力。该模块电路设计简单，通信性能稳定，可方便的实现移动终端接收和发送功能[3]。该模块接口电路图如图3所示。

图1 系统总体设计框图

图2 主控制器电路原理图

图3 TC35I模块接口电路图

TC35I电路原理图如图4所示。

图4 TC35I电路原理图

3.3 NRF24L01无线通信模块

NRF24L01集RF接收和发射于一体，具有GFSK调制、集成OSI链路层、自动生成报头等功能，工作电压为1.9 V～3.6 V，本设计中选用该无线通信模块成品，通过模块的SPI接口和配套接插件与STC12处理器连接。模块接口原理图如图5所示。

3.4 ZLG7289A按键电路

ZLG7289A是多功能显示和按键处理集成电路，显示功能方面，可连接8bit的数码显示管，也可连接64个发光二极管。按键处理上，可连接64个键的矩阵键盘。还能处理多种显示效果命令。本系统共设计了20个按键，接KR0～KR4(五行)和KC0～KC3(四列)引脚。该芯片通过SPI接口与处理器连接[4]，图6为ZLG7289A按键数码管显示原理图。

图5 NRF24L01无线通信模块接口原理图

图6 ZLG7289A按键显示模块原理图

4 软件设计

本智能门锁系统采用模块化程序设计思路，该设计思路的特点有：功能程序易于设计和测试；代码便于阅读和理解；程序的修改和功能变动会比较简单等。本智能门锁系统软件设计分为以下几个模块：门外电子密码等程序模块、门内电子锁等程序模块、KEY检测及判断程序、EEPROM处理程序等[5]。

(1)门外电子密码等程序。该程序主要实现硬件和软件设置、判断ZLG7289模块是否使能、密码输入及检测、短距无线通信处理等功能。

(2)门内电子锁等程序。该程序主要任务是结合TC35I完成远程控制和拨打电话、打印等操作。

(3)KEY检测及判断程序。键盘采用ZLG7289芯片，在主函数中调用KEY功能函数，通过功能选择进入合适的功能处理代码，当ZLG7289不使能时，处理器进入循环代码中，一旦检测到ZLG7289处于使能状态，就重复KEY功能函数处理。

(4)EEPROM处理程序。EEPROM选用AT24C02。在比较密码时，会执行EEPROM读取程序，读取密码数据，并与按键输入的密码数据做比对。在密码设置功能下，该处理程序会把新输入的密码数据保存到EEPROM中。

门外电子密码等和门内电子锁等程序模块流程图如图7和图8所示。

5 小 结

本系统设计采用STC12处理器，具有性价比高，可靠性强、适用性广等特点，实现了多功能、高安全性的智能门锁功能。文中详细介绍了系统主处理器电路设计、TC35I无线通信电路设计、短距无线通信电路设计、ZLG7289按键电路设计等，利用模块软件设计思路实现软件功能。本设计已形成产品投入生产和销售，在实际使用中，系统的安全性及可靠性得到了高度认可。

图7 门外电子密码等主程序流程图

图8 门内电子锁等程序设计流程图