傳統的鎖具由于其構造簡單，被強行破壞導致用戶財產被盜的事件屢見不鮮，電子密碼鎖安全系數高，使用方便，性價比高，受到了廣大用戶的喜愛。鎖具發展至今已有數千年的歷史了，但是傳統鎖具都有不同程度上的缺點：傳統鎖具制作工藝在技術上已經明顯落后，其制造材料無法抵抗強力破壞，無法阻止技術手段的開啟，并且很多密碼鎖存在著夾手的問題。隨著電子技術和人工智能技術的不斷發展，電 子類產品的發展更趨向智能化和自動化。針對目前 市面上密碼鎖存在的問題，設計了一款基于MSP430 單片機的智能防夾電子密碼鎖，可以滿足大多數用 戶對于家庭防盜的需求。

1電子鎖設計特點

本設計從經濟實用、防夾手的角度出發，采用MSP430 單片機作為主控系統，設計了一款具有完善的密碼保護機制以及智能防夾功能的電子密碼鎖。 該密碼鎖設計方法合理，操作簡單，成本低廉，性價比高，符合住宅區以及辦公室的用鎖要求，具有較高的推廣價值，其具體功能如下。

1）系統密碼由 6 位數字構成，已修改密碼輸入正確即可開門。

2）設有 24C02 密碼防掉電保護，斷電后密碼仍然有效。

4）具有自我保護系統：在開鎖時，密碼連續 3 次輸入錯誤，密碼鎖會在一分鐘內自動禁止輸入，從 而減少被破解的可能。

5）系統具有防止意外夾傷設計：采用紅外對管檢測電路。用戶開門進門以后，系統自動關門，如 果檢測到障礙物，會立即停止關門過程。

2系統方案

為了追求反應速度快、能耗低的目標，設計選用MSP430G2553 作為系統主控芯片。對于鍵盤輸入， 需要硬件設備快速準確的進行識別，并且在實現同等功能的情況下占用的最少的I/O 口，因此采用 AD 鍵盤進行密碼輸入，AD 鍵盤通過采樣到的電壓來識別按鍵，只需要占用 3 個I/O 口完成對密碼的識別。系統的顯示器件要滿足顯示面積大、耗能低、操作簡單以及編程容易等特點，我們采用了新型的LCD12864 液晶屏作為顯示器件。動力系統需要有足夠的動力，對于轉動的距離也需要嚴格的把控，并且開門與關門過程也不宜速度過快，為此，采用步進電機作為動力系統的驅動模塊。直流電機一般需要連接 4 到 5 根跳線，動力足、轉動速度較慢，通過控制轉動的角度來精確控制距離，并且實現正反轉也更容易。系統總體框圖如圖 1 所示。

圖1 系統總體框圖

3硬件設計

電子密碼鎖的硬件主要由 4 個模塊組成：主控器模塊、顯示器模塊、AD 鍵盤模塊以及步進電機驅動控制模塊。在電路的設計過程中，步進電機工作 時電壓值會有較大波動，為了避免其影響到其它電 路的正常運行，故采用 LM2596 獨立供電。另外的主控芯片，AD 鍵盤，顯示器以及紅外對管檢測電路等都采用LM7805 三端穩壓器對其供電。在穩壓電路部分，LM7805 的輸入端與輸出端電容的選取，采用一個大電容并聯一個小電容的方法。大電容用來濾 除低頻雜波信號，并起到續流作用，小電容濾除高頻 雜波信號。可以選用 22 μF 的電解電容除去低頻的雜波信號和續流，采用 330 pF 的陶瓷電容濾除高頻雜波信號。

3.1主控器模塊

本電路設計采用MSP430 單片機作為主控，P1.0口處理來自AD 鍵盤的密碼信息，P1.1 到P1.4 控制步進電機正反轉（開關門過程），P1.5 口接受來自紅外對管的信息，判斷是否停止關門或者繼續關門，P2.3到P2.5 口控制顯示器的讀寫以及使能，P1.6 和P1.7分別控制儲存芯片的時鐘和數據。

3.2AD 鍵盤模塊

AD 鍵盤根據采樣點得到的電壓不同從而實現不同按鍵輸入。為了防止按鍵出錯，選擇獨立電源為AD 鍵盤提供電壓，本設計中共有 16 個按鍵，每個按鍵都和一個電阻串聯，同時設置一個分壓電阻。 所以共需 17 個電阻與 16 個按鍵，為了達到美觀的效果，采用貼片式封裝。

3.3顯示模塊

我們采用了新型的LCD12864 液晶屏作為顯示器件。LCD12864 液晶顯示器，可以顯示字符、漢字、圖形等，顯示面積大、亮度高、功耗較低，程序簡單， 便于操作。

3.4步進電機驅動控制模塊

采用紅外對管電路進行檢測，紅外對管控制分 為紅外發射電路與紅外接收電路。紅外發射電路由 一個限流電阻后接一個紅外發光管即可，紅外接收 電路則需要將收到的信號放大后再經過比較器，最 后將采集的信號傳輸給單片機。在安裝時保證紅 外發光管與接收管在同一直線上，通過檢測接收端 能否收到紅外線來判斷是否有障礙物（人），若接收 端未收到紅外線，即判斷為有障礙物，此時步進電機 停止轉動。此處對于紅外對管的安裝位置有一定的 要求，應到將其安裝在門口距離地面 50 cm 左右，主要為防止小孩被意外夾傷，同時本設計也可以滿足對成人的檢測。

考慮到系統受到 MSP430G2553 單片機的引腳限制，數據傳輸采用串行模式，因此應將 12864 的 15 腳（即 PSB）接地。在該模式下只需要一個串行數據傳輸線、一個同步時鐘和一個片選信號即可實現數據的傳輸。硬件電路原理圖如圖 2 所示。

圖2 硬件電路原理圖

4軟件設計

編程采用Code Composer Studio 6.1.3（簡稱 CCS） 作為軟件開發系統，該軟件具有在線調試功能，通過設置斷點調試程序判斷程序的運行情況。主控系統上電后，單片機對液晶顯示器等硬件電路進行初始化操作，接著 AD 鍵盤負責接收外部鍵盤輸入的數據信息，微控制器 MCU 對其進行分析和處理，控制步進電機進行開門、關門操作，或者密碼輸錯時進行相應操作提示。微控制器MCU 與儲存芯片采用I2C 數據通信，將數據參數發送到串行的 E2PROM 24C02 中進行對比，最終實現人機交互控制。主控系統流程圖如圖 3 所示。

圖3 主控系統流程圖

LCD12864 是一種圖形點陣液晶顯示器，它主要由行驅動器/列驅動器及 128×64 全點陣液晶顯示器組成，設計上較為靈活，液晶顯示流程圖如圖4 所示。

圖4 液晶顯示流程圖