智能家居电子密码锁

开锁控制电路
图 3－11 总体设计框图
指示电路
四、程序设计
1．模块介绍
(1)主程序模块 主程序主要完成初始化、设置中断向量、检查有无按键按下、以及调用显示等等。主程序的流程图 如下所示。
(2)键盘扫描及识别子程序 键盘采用查询的方式，放在主程序中，当没有按键按下的时候，单片机循环主程序，一旦有
按键按下，便转向相应的子程序处理，处理结束再返回。其程序流程如图 所示.
连杆： 法 1：直接用舵机配套的连杆，缺点是用塑料制成，弯曲许用应力小，仅适合小功率传动。 法 2：用铣床加工出外壳，内齿轮则用插头内径小的扩大插齿机完成。另一头与锁舌相连的部 分直接钻孔即可。 锁舌： 采用 5mm×10mm 的铝合金块儿制成。先用铣床把毛坯件加工出符合尺寸要求的外形，然后在与 连杆相连的部分开一个 2mm 的凹槽（减少厚度），另外的 3mm 厚度部分钻个孔（与连杆的孔一样大）， 这样两孔间只需一根轴就能带动它们的相对运动。另外，为防止卡住门，在锁舌的另一端的横截面 的下边那条边上挫出一个直接较大的圆角，这样就能保证其伸缩自如。锁舌需要定期上油，以防生 锈。
2.外壳与底板
本密码锁的外壳由 96*120*30 mm³铝合金材料制成。为了美观与安全起见，我们并未先做出盒 子展开图然后“折”成一个盒子，而是将长方体铝块通过数铣加工掏空自然形成，为壁厚 3mm 的银 白色或黑色的无盖长方体。正面上半部掏一个长方形孔来“镶嵌”液晶显示屏。键盘紧挨着显示屏 下面放置，并紧贴在特制的凹槽中，使其表面与外壳平齐；而且，在放置键盘的凹槽的适当位置还 挖一个窄槽，用来引出连接键盘的导线。另外，外壳的右侧面开一个长方形的孔供锁舌出入。以上 开孔与取凹槽工作均由数铣加工完成。外壳底面的四个角处则用丝攻开四个孔用于固定。除此之外， 为了安全起见，所有边，角等尖锐部位均倒成圆角。此过程可以用锉刀来完成，但为防止铝屑阻塞 挫齿，因此要用粗齿锉刀。如图 2
一、 引言
随着人们生活水平的提高，人们的生活节奏加快，人门的移动加快，如何实现家庭防盗这一问 题也变的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，电子锁由于其保密 性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的亲爱。
另外传统密码锁没有一次性密码，这样当朋友或家居装潢人员进出房间后使密码可靠性降低， 增加了不安全因素。
二、本项目创新点
加入串口通信功能，提高密码锁的功能拓展能力和网络化的兼容能力。可连接 TTL 串口设备。 如：GSM 模块、无线射频模块等。
本密码锁采用一体式机壳，可嵌入墙体或门上，便于安装。同时实现了传统密码锁不能完成的功 能：输入错误密码后密码锁自动锁定并声音报警。
本密码锁可实时监测门的开关状态，当有人暴力开门时，可引发声音报警，达到了安防的目的。 本密码锁结构灵活，便于加工，价格低廉。系统采用 16 位 MSP430 单片机，功能强大，拓展灵 活，市场前景广泛。
图3
3
3.外壳的内部构造
此“盒子”内部将包含显示屏，电路板，舵机，舵机曲柄，锁舌以及传感器等元件，因此如何 合理布局将成为一个主要问题。由于显示屏与电路板是连在一起的，可以让显示屏通过预留的长方 形孔露出外壳，孔的内部有倒角来防止磨损显示屏。显示屏后面的电路板通过盒子内部肋上的螺纹 孔来从外面固定，而且为方便起见，两块电路板的螺纹孔均上下对齐。如图 4
三、密码锁机械设计
本密码锁的机械部分分为： 外壳与后盖板设计、外壳内部构造设计、开锁传动机构设计。
1.机械设计
本密码锁机械部分要实现的功能是将电能转化为机械能。能实现这个功能的方法很多，但因为 本锁电功率较小，因此不宜用大的电动机来实现。因此我们采用 9g 舵机。由于电路部分程序实现的 仅仅是使舵机偏转一个角度，而不是迅速绕主轴高速旋转多圈，因此不能用一般的滚珠丝杆机构来 实现；另外，为了增大效率，我们摒弃了设计复杂的凸轮机构。综上所述，我们采用了最简单的平 面连杆机构，它能够完全适应要求并且制作简便。如图 1。
5．密码锁的电源电路设计
220V 市电通过变压器降压成 12V 交流电,再经过整流桥整流,7805 稳压到 5V 送往电子切换电路， 由于本电路功耗较少，所以选用 10W 的小型变压器。
6．设计总框图
矩阵 键盘 控制
输入错误锁定键盘
电源模块
MSP430
延时报警控制电路
单片机
5
串口通信 LCD 显示电路
小室
三、密码锁逻辑设计
1．开锁机构
通过单片机输出信号给开锁执行机构，电路驱动舵机转动，从而达到开、关锁的目的。其逻辑 如图 2－1 所示。
4
微控制器
返回
锁
N
舌
密码正
确？
Y
开锁机构
图 3－1 密码锁开锁机构示意图
当用户输入的密码正确而且是在规定的时间（普通用户要求在 12s 内输入正确的密码，管理员 要求在 5s 输入正确的密码）输入的话，单片机便输出开门信号，控制机械部分运转，达到开门的目 的。
2．按键电路设计
设计使用 4x4 矩阵行列式键盘。 当确认有按键按下后，下一步就要识别哪一个按键按下。对键的识别通常有两种方法：一种是 常用的逐行扫描查询法；
3．显示电路设计
本系统的显示电路为 128x64LCD 液晶。采用单片机直接驱动，通过软件编写中文字库。动态显 示输入的各项指令，同时显示各个菜单。处于节能考虑，显示器背光可人为打开或关闭。
电子密码锁
刘旭
涂强
（南京航空航天大学 南京 江苏）
摘要：本密码锁由 TI 公司 16 位 MSP430 单片机做中央控制系统。中控器控制舵机运转，带动传动
机构运动，最终使锁舌伸缩，达到开锁、关锁的目的。本密码锁外壳为铣床掏空而成，具有安全、
牢固、稳定等特点。本密码锁可完成开锁、超时报警、超次锁定、管理员解密、修改用户密码基本
2.程序流程图
（1）主程序流程图如图 3－1 所示。
开始
初始化
按下 F2
调用显示 N
有键按下？
Y 启动定时
N
识别按键
全部按完？ Y
超时？ N
比较密码
开门
Y 自动清除 Y >3 次？
N 锁定
启动定时
输入密码
存入缓冲
再输入一次
比较密码
N 重新输入
Y
存入 Flash
调用显示
按 F2 退出
开始
图 4－1 主程序流程图
图 4－2 修改密码流程图
6
实物展示：
7
五、密码锁功能拓展
本密码锁通过用户不同需求可选择添加不同功能模块进行系统升级和拓展。可直接添加的模块 有：GSM 模块、ZigBee 射频模块（nrf2401、CC1100、CC2500）、RFID 射频读卡器模块等。
通过串口通信方式，可连接 CC2500（ZigBee 协议）无线射频模块，从而成为智能家居的一部分。 系统采用 TTL 电平通过串口与 GSM 模块通信。加入 GSM 模块后，本密码锁可与通过手机网络向 手机发送报警短信，同时也可使用手机短信遥控密码锁，即发短信开锁或打电话开锁。 另外本密码锁可通过无线模块与电脑无线通信从而连接 Internet，实现远程登录，实时监控车 库、厂房、住宅等场合。
2
显示屏孔 凹槽
锁舌孔
图2
底板为 100×124mm 的薄铝合金板，左右钻两个直径 5mm 的孔使其固定在门上或墙上，四角各打 一个螺纹孔来固定外壳。这些螺纹连接件将均由门或墙的反面插入，使得从正面看过去不会出现螺 纹连接件，从而挫败了小偷从外面拧开螺钉破坏密码锁来偷盗的企图，提高安全性能。如图 3
六、结束语
本密码锁集低功耗，价格低，性能稳定，防盗报警于一体。实现数字化生活与 Internet 接轨。 另外加工工艺的优化，使其更具人性化。本密码锁适合厂房、车库、家居等各个场合。具有广泛的 应用前景。
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Fra Baidu bibliotek
的密码锁的功能。除上述基本的密码锁功能外，还具有温度显示、声光提示等功能，依据实际的情
况还可以添加遥控开锁和短信开锁、报警；另外可添加无线射频模块，与计算机或其他智能家电系
统相结合，实现智能控制以及基于因特网的远程登陆控制。本系统成本低廉，功能实用。
关键词： 结构，外壳，密码锁，廉价，低功耗，防盗，MSP430
但舵机的工作将引起震动，为防止电路板受到交变载荷的影响，我们在电路板的下面一侧（键 盘位置的内部），制作几个单独的小室，用来分别放置舵机以及传
感器等物件。我们将通过精确的 CATIA 制图，进而由 MasterCAM 来进行数控编程从而用铣床制 成内部的螺纹孔肋与分隔小室对肋。
安装时，先在门（或墙）上钻一凹室，通过左右两个大孔将底板固定上去，然后根据底板上的 四个螺纹孔来给门（或墙）钻通孔，然后从反面将螺纹连接件插入。将装有元件的外壳固定上去。 左右两孔还要在外面用铁皮或墙皮覆盖，使其在外部不露出来。
1
显示屏 电路板
键盘
锁舌
舵机
图1
连杆
开锁时由舵机的齿轮带动一连杆转动，连杆另一头则通过铰链机构带动锁舌移动。由于开锁过 程主要克服的是摩擦力，因此不需要太大的功率就能够使锁舌移动。当密码输入正确时，舵机逆时 针旋转一个角度，通过连杆带动锁舌移动，使锁舌与墙脱离，门锁打开。一旦关上门，舵机则顺时 针旋转同样一个角度，使锁舌则自动恢复原位，门重新锁上。连杆与锁舌的加工工艺如下：
4．传动机构
本密码锁锁芯控制由限位传感器采集信号间接控制，具体实现采用小功率舵机联接电路板 与机械部件。舵机的拉杆下半部分联接一连杆，连杆另一头则联接锁舌；
当密码输入正确时，舵机旋转一个角度，通过连杆带动锁舌水平移动，使锁舌与墙脱离，门锁 打开。一旦关上门，锁舌则自动恢复原位，门重新锁上。另外，当门被暴力打开后，系统可通过限 位传感器发现，并引发报警。