電子密碼鎖單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)

目前，在國(guó)外RSA電子加密鎖技術(shù)運(yùn)用已經(jīng)非常成熟，尤其在美國(guó)、德國(guó)等計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家，它的運(yùn)用已經(jīng)相當(dāng)普遍，美國(guó)已經(jīng)將這項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用到了公鑰加密標(biāo)準(zhǔn)和電子商業(yè)中。電子密碼鎖包括圖形鎖、密碼鎖、指紋鎖、人臉識(shí)別等，這些安全鎖使用不同的設(shè)鎖和解鎖的模式，大多運(yùn)用電容、機(jī)器碼、熱感等開鎖原理，具有很高的安全性，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)用戶的個(gè)人信息和財(cái)務(wù)等方面的安全提供了有力保障。但是，還是有少部分高智商的犯罪分子仍然無(wú)視他們的存在，究其主要原因還是因?yàn)檫@些加密技術(shù)在現(xiàn)有的破鎖技術(shù)下可強(qiáng)破性很高，如此的結(jié)果就使的他們無(wú)法達(dá)到對(duì)更高機(jī)密的保護(hù)要求。

當(dāng)下，RSA電子密碼鎖開鎖解鎖模式和美國(guó)所運(yùn)用的RSA密碼鎖解鎖開鎖模式基本相符，只是運(yùn)用的主要硬件有所不同，電子密碼鎖所使用的STC89C52單片機(jī)內(nèi)部使用匯編語(yǔ)言處理信息，對(duì)代碼的要求較低，提升了電子密碼鎖廣泛應(yīng)用的可行性。而在本設(shè)計(jì)思路中運(yùn)用了RSA密鑰加密技術(shù)，由于RSA加密技術(shù)在當(dāng)下還屬于不可強(qiáng)破的加密技術(shù)，從而增加了密碼鎖的不可強(qiáng)破性，提高了電子密碼鎖的安保性能，操作簡(jiǎn)單、性價(jià)比更高。

一、電子密碼鎖單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1單片機(jī)的內(nèi)部引腳原件功能和外部實(shí)現(xiàn)

單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等，還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、發(fā)送數(shù)據(jù)的功能，具有接收信息、處理信息和做出外部響應(yīng)的功能，以此來(lái)模擬密碼鎖。其內(nèi)部有四個(gè)八位并行I/O端口：記作P0、P1、P2和P3，每個(gè)端口都是準(zhǔn)雙向口，包含一個(gè)鎖存器、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)輸入緩沖器。

P0口主要用于數(shù)碼管的顯示。P1口主要用于外部開鎖閉鎖和相對(duì)狀態(tài)的顯示，輸入輸出電路圖如圖1所示。P2端口的第1位（P2.1）接在繼電器的DIO端，在單片機(jī)內(nèi)控制高低電平，為P3口控制中斷提供指令。

P3口主要是控制器，端口的第0位連接藍(lán)牙的TX端，是單片機(jī)串口的接收端，P3端口的第1位連接藍(lán)牙的RX端，是單片機(jī)串口的發(fā)送端。按鍵S4在內(nèi)部連接P3端口的第2位，為外部中斷0（低電位），按鍵S5在內(nèi)部連接P3端口的第3位，為部中斷1（高電位）。

P1口作為通用I/O口，被設(shè)計(jì)為電子密碼鎖的外部鎖頭的旋轉(zhuǎn)控制，對(duì)P1的操作可以采用字節(jié)操作，也可以采用位操作。復(fù)位以后，口鎖存器為“1”，對(duì)于作為輸入的口線，相應(yīng)位的口鎖存器不能寫入“0”，在圖1中P1.0~P1.3作為輸出線，分別接，鎖身、鎖柄、開鎖狀態(tài)指示燈和閉鎖狀態(tài)指示燈，P1.4~P1.7作為輸入線，接四個(gè)開關(guān)S0~S3。圖1子程序采用字節(jié)操作指令將開關(guān)狀態(tài)送到P1.0~P1.3顯示，S1,S2閉合P1.0和P1.2分別處于開鎖和開鎖指示狀態(tài)，S3,S4閉合P1.1和P1.3分別處于閉鎖和閉鎖指示狀態(tài)，如果狀態(tài)指示燈不能與鎖頭鎖柄同步進(jìn)行指示狀態(tài)，說(shuō)明電子加密鎖出現(xiàn)故障，需要維修。

1.2單片機(jī)的功能

1）連接：和連接轉(zhuǎn)換模塊一樣，藍(lán)牙模塊的RX連接單片機(jī)的TX，藍(lán)牙模塊的TX連接單片機(jī)的RX，此處說(shuō)明單片機(jī)的RX和TX引腳分別為P3.0 RXD(串行輸入口)和P3.1 TXD（串行輸出口），之后可相互記錄彼此的IP地址。在藍(lán)牙模塊和單片機(jī)進(jìn)行連接的時(shí)候，還要注意保持兩者的晶振相同，一般在12MHZ左右，晶振大小可在某平臺(tái)購(gòu)買的時(shí)候在詳細(xì)數(shù)據(jù)參數(shù)中查詢。

2）傳送數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)傳送的匯編語(yǔ)言指令一共有28種，用到的助記符有如下8種：MOV、MOVC、XCH、XCHD、SWAP、PUSH、POP、MOVX，也可以使用C語(yǔ)言代碼中的UART_DMA_Enable傳送信息，電子加密鎖主要使用了UART_DMA_Enable調(diào)用dma（直接存儲(chǔ)器）的發(fā)送方式。傳送數(shù)據(jù)的類型可分為內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)傳輸指令和片外RAM的數(shù)據(jù)傳輸指令，片內(nèi)RAM的數(shù)據(jù)傳送指令可以分為立即型、直接型、寄存器型和寄存器間址型，立即型數(shù)據(jù)傳輸一般使用助記符MOV。而電子密碼鎖所使用的是片內(nèi)RAM的立即數(shù)據(jù)型傳送指令。

51單片機(jī)的串口,是個(gè)全雙工的串口,發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí),還可以接收數(shù)據(jù)。當(dāng)串行發(fā)送完畢后,將在標(biāo)志位TI置1,同樣,當(dāng)收到了數(shù)據(jù)后,也會(huì)在RI置1。無(wú)論RI或TI出現(xiàn)了1,只要串口中斷處于開放狀態(tài),單片機(jī)都會(huì)進(jìn)入串口中斷處理程序。在中斷程序中,要區(qū)分出來(lái)研究是發(fā)送引起的中斷,還是接收引起的中斷,然后分別進(jìn)行處理。如果接收到1,則將P10置高電平,接收到0,P1.0置低電平。處于高電平時(shí)，開鎖狀態(tài)，輸入輸出電路如圖1所示，以此來(lái)完成開鎖請(qǐng)求。

3）接收信息：接收信息，代碼使用程序存儲(chǔ)器ROM取數(shù)據(jù)指令，這種指令只有兩條，完成從程序存儲(chǔ)器ROM中讀入數(shù)據(jù)，傳送至累加器。這兩條指令常用于查表操作，故又被稱之為查找指令，內(nèi)部主要依賴于P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）和P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）。串口接收程序基于串口中斷,單片機(jī)串口每次接收到一字節(jié)數(shù)據(jù)產(chǎn)生一次中斷,然后再讀取寄存器就可以得到串口所接收的數(shù)據(jù)。然而在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中,基本上不會(huì)有單字節(jié)接收的情況。一般都是基于一定串口通信協(xié)議的多字節(jié)通信。在422或者485通信中,還可能是一個(gè)主機(jī)(一般是計(jì)算機(jī))帶多個(gè)從機(jī)(相應(yīng)的有單片機(jī)的板卡)。這就要求單片機(jī)能夠在連續(xù)接收到的串口數(shù)據(jù)序列中識(shí)別出符合自己板卡對(duì)應(yīng)的通信協(xié)議,來(lái)進(jìn)行控制操作,不符合則不進(jìn)行任何操作。簡(jiǎn)而來(lái)說(shuō)就是,單片機(jī)要在一串?dāng)?shù)據(jù)中找到符合一定規(guī)律的幾個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，來(lái)達(dá)到匹配效果。

二、藍(lán)牙模塊原理和功能

2.1藍(lán)牙模塊的功能和作用

藍(lán)牙模塊是指集成藍(lán)牙功能的芯片基本電路集合，用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊，大致可分為三大類型：數(shù)據(jù)傳輸模塊、遠(yuǎn)程控制模塊和數(shù)據(jù)采集模塊。一般模塊具有半成品的屬性，是在芯片的基礎(chǔ)上進(jìn)行加工，使后續(xù)應(yīng)用更為方便。電子密碼鎖使用的是半成品藍(lán)牙模塊。電子密碼鎖藍(lán)牙模塊相當(dāng)于開鎖裝置，是用來(lái)存儲(chǔ)RSA加密源碼和解秘源碼的模塊，同時(shí)具有與單片機(jī)進(jìn)行藍(lán)牙方式連接、發(fā)送信息和接收信息的功能。

1）連接：使用的是HC-05型號(hào)的藍(lán)牙模塊，通過(guò)USB-TTL轉(zhuǎn)接器，在與單片機(jī)進(jìn)行連接之前連接到電腦上，通過(guò)串口調(diào)試助手調(diào)試。進(jìn)入命令調(diào)試模式，輸入AT指令，設(shè)置模塊的參數(shù)。設(shè)置藍(lán)牙的名稱，用指令A(yù)T+name=”xxx” 設(shè)置藍(lán)牙模塊名字為xxx，方便后續(xù)查找。設(shè)置自動(dòng)連接模式的串口波特率為9600，為了與藍(lán)牙模塊波特率進(jìn)行匹配，用指令A(yù)T+uart=9600,0,0 ，設(shè)置波特率為9600，停止位1位，無(wú)校驗(yàn)位。若藍(lán)牙模塊為手機(jī)時(shí)，可直接使用手機(jī)藍(lán)牙功能進(jìn)行藍(lán)牙連接，在藍(lán)牙模塊的Java代碼內(nèi)進(jìn)行波特率設(shè)置。

2）發(fā)送信息：配對(duì)完成后，設(shè)備之間已經(jīng)記錄了雙方的IP地址，通過(guò)點(diǎn)擊listView設(shè)備，觸發(fā)HandleMessage線程傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)流以字節(jié)流的形式進(jìn)行傳播。

3）接收數(shù)據(jù)：通過(guò)觸發(fā)handerler.sendMessage自動(dòng)接收數(shù)據(jù)流，以字節(jié)的方式接收之后再進(jìn)行字符形式的轉(zhuǎn)換，達(dá)到獲取數(shù)據(jù)的目的。

2.2硬件功能流程

開始使用電子密碼鎖時(shí)，首先對(duì)藍(lán)牙模塊和單片機(jī)進(jìn)行初始化，主要是執(zhí)行重啟操作即可，第二步在藍(lán)牙模塊上只需要按請(qǐng)求鍵請(qǐng)求請(qǐng)求重新生成密碼密鑰，可在，單片機(jī)接收并信息處理信息，做出生成密碼和保存密碼的指令，單片機(jī)顯示屏?xí)崾久艽a設(shè)置完成，第三步，利用藍(lán)牙模塊發(fā)出解鎖請(qǐng)求信息，在液晶顯示屏上顯示開鎖成功，開鎖狀態(tài)指示燈點(diǎn)亮，鎖頭旋轉(zhuǎn)，達(dá)到解鎖的目的。解鎖開鎖的過(guò)程省去了手動(dòng)輸入密碼是過(guò)程，在內(nèi)部使用函數(shù)直接調(diào)用接收信息端口。

結(jié)語(yǔ)

電子加密鎖選擇51單片機(jī)，是因?yàn)樗闹噶詈?jiǎn)單，外圍電路簡(jiǎn)單，硬件設(shè)計(jì)方便，I/O口操作簡(jiǎn)單，無(wú)方向寄存器，可用資源豐富，一般設(shè)計(jì)就可以滿足電子密碼鎖的需要，而且易學(xué)易懂，方便后期電子密碼鎖的維修工作。而藍(lán)牙模塊，價(jià)格便宜、容易購(gòu)買，資料豐富容易獲得，程序編寫簡(jiǎn)單，低功率，便于在停電的情況下使用小功率電池長(zhǎng)期供電使用，而且使用藍(lán)牙通信，不受互聯(lián)網(wǎng)的限制，即便在沒(méi)有無(wú)線網(wǎng)的情況下也可以正常使用。所以基于51單片機(jī)模塊設(shè)計(jì)的電子密碼鎖將以其操作簡(jiǎn)單、安全系數(shù)高和價(jià)格低廉等特點(diǎn)，被大眾所接受并得到廣泛的應(yīng)用。

以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的電子密碼鎖開發(fā)示例。如果您有電子密碼鎖控制板方案開發(fā)需求，可以放心交給我們。我們代理多種單片機(jī)、語(yǔ)音芯片、雙模藍(lán)牙IC、wifi芯片。品牌有松翰單片機(jī)、應(yīng)廣單片機(jī)、杰理藍(lán)牙、安凱藍(lán)牙、全志、瑞昱（realtek）。我們的技術(shù)服務(wù)范圍有：PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙方案、軟硬件定制開發(fā)、APP開發(fā)、小程序開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)、生活電器開發(fā)、美容儀器研發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)用、智能家居控制系統(tǒng)、TWS耳機(jī)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童益智玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)等。