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一种新型电子机械锁的设计

发布时间:2020-06-30 20:38:57 阅读: 来源:贡缎厂家

摘要:设计了一种具有使用正确钥匙管理指纹和密码功能的电子机械锁。该锁分为两个部分,基于ATmega162的带有指纹识别模块的电子锁和基于PIC16F72的机械锁。电子锁和机械锁相对独立,两部分的通信由超外差发送和接收模块完成。经验证,整个系统稳定可靠,安全性高。且功耗较低。

本文引用地址:关键词:ATmega162;机械锁;指纹识别模块;超外差发送和接收

0 引言

随着生活水平的提高,人们对物质生活的要求越来越高,尤为注重住宅安全问题。随着生物特征识别技术的发展,指纹识别技术逐渐进入人们的生活领域,指纹锁进入了人们的家庭。常见的指纹锁,需要管理员指纹或者管理员密码,才能进行指纹和密码的添加和删除操作。本文设计的电子机械锁,具有上述功能,还可以用正确钥匙管理指纹和密码。

常见的指纹锁配备的机械锁,可使用普通的正确钥匙打开,安全级别较低,很容易被专业人员破解。本文设计的基于PIC16F72的机械锁,配套的钥匙内置编码芯片,能够设置正确钥匙以及发送钥匙编码信息,只有用正确钥匙才能打开,不能被铁丝或其他非法钥匙打开,安全性大大提高。在非法开门的情况下,机械锁发送报警信息。

1 系统设计方案

电子机械锁,分为电子锁和机械锁这两个部分。电子锁以单片机ATmega162为核心,通过指纹识别模块,完成了对指纹管理的操作;通过键盘,完成密码管理的操作;通过超外差接收模块,能够接收来自机械锁的钥匙编码信息,完成与机械锁的通信。

机械锁以PIC单片机PIC16F72为核心,获取钥匙编码信息,经超外差发送模块发送。超外差发送和接收模块的工作频率在433 MHz,PCB布线时注意超外差模块,远离其他器件,不然会影响系统的工作状态。另外,该系统要求体积小,供电方便,整个系统的功耗要尽量低。

1.1 电子锁框图

电子锁主体为AVR单片机ATmega162、指纹识别模块、超外差接收模块、12 V电子锁驱动、门锁、键盘、按键和指示灯等,如图1所示。指纹识别模块型号为:TFS-M12,采用TI的DSP芯片TMS320VC5501,指纹算法采用TFS-9。稳定快速的芯片以及优良的指纹算法,不仅提高了整个系统的识别率以及缩短了识别时间,而且大大缩短了整个系统的研发时间。

电子锁在不使用的时候,处于睡眠状态。用户打开指纹识别模块上的金属防尘罩时,产生唤醒信号,电子锁进入正常工作状态。

正常工作状态下,电子锁支持两种开门方式:指纹开门和输入密码开门。指纹采集头上输入指纹,指纹识别模块将当前指纹与已存指纹进行比较,单片机ATmega162接收到比较结果,若正确产生开门信号,经12 V电子锁驱动,打开门锁。键盘输入密码,单片机ATmega162将当前输入密码和用户设置的正确密码进行比较,若正确产生开门信号,经12 V电子锁驱动,打开门锁。输入指纹和密码的机会共3次,若3次都错误,系统进入睡眠状态。

1.2 机械锁框图

机械锁主体为PIC单片机PIC16F72、超外差发送模块、设置键、指示灯等,如图2所示。设置正确钥匙步骤:按下设置键,指示灯常亮,插入需要设置的钥匙,等待指示灯有规律的闪烁3下,设置成功;设置完成后用正确钥匙开门1次,恢复正常使用状态。当插入错误钥匙或者是铁丝等非法钥匙时,指示灯会快速闪烁,并通过超外差发送模块发送报警信息。

为了降低整个系统的功耗,机械锁在不使用时,处于不工作状态。在安装机械锁的时候,会在机械锁的锁芯安装一个金属转接口,该金属转接口连接了电子锁的防尘罩,转动金属转接口,不仅给机械锁供电使之进入正常工作状态,还唤醒电子锁,让电子锁进入正常工作状态。转动金属转接口,还使得电子锁中的单片机ATmega162第4口的第5位(即P4.5)变成高电平,电子锁只处理来自机械锁发出的信息。

机械锁正常工作状态时,插入钥匙,单片机PIC16F72会识别钥匙的编码,若正确,则打开锁芯上的阀,可以转动钥匙开门,若错误则发送错误钥匙信息,锁芯的阀依旧关闭,不能开门,从而保证了,用户的安全。

1.3 电子锁和机械锁的通信

电子锁和机械锁之间的通信是通过超外差发送和接收模块完成。机械锁发送如图3所示的信息,每位数据宽度为1 ms。由于噪声的影响,单片机ATmega162只能通过查询方式接收。

前导码是由23位数据组成。数据码由FAH码、地址码以及KEY码组成,每个数据码有10位,分别由8位数据、起始位(1)和结束位(0)组成。

地址码就是机械锁的识别码,识别码是惟一的,每次读取KEY码,都会将当前地址码和存储的地址码进行比较,若相同才能读取KEY码,因此不会接收来自其他用户的锁发出的信息。

KEY码就是钥匙的编码,每个钥匙的编码是惟一的,因此可以记录用户家庭成员的开门信息,方便用户查询。电子机械锁应用在办公场合时,若发生偷窃情况,可以查询最近的开门信息,来确定怀疑对象;也可以查询特殊钥匙开门情况,比如保姆工作的具体时间。若发生非法开门时,KEY码为0x00,接收到该KEY码时,产生报警信号。

2 指纹识别算法原理

2.1 指纹识别算法

指纹识别分为以下4个步骤如图4所示。

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