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電子密碼鎖單片機(jī)硬件設(shè)計
目前，在國外RSA電子加密鎖技術(shù)運用已經(jīng)非常成熟，尤其在美國、德國等計算機(jī)技術(shù)發(fā)達(dá)國家，它的運用已經(jīng)相當(dāng)普遍，美國已經(jīng)將這項技術(shù)運用到了公鑰加密標(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、人臉識別等，這些安全鎖使用不同的設(shè)鎖和解鎖的模式，大多運用電容、機(jī)器碼、熱感等開鎖原理，具有很高的安全性，對于網(wǎng)絡(luò)用戶的個人信息和財務(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視他們的存在，究其主要原因還是因為這些加密技術(shù)在現(xiàn)有的破鎖技術(shù)下可強破性很高，如此的結(jié)果就使的他們無法達(dá)到對更高機(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所運用的RSA密碼鎖解鎖開鎖模式基本相符，只是運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)部使用匯編語言處理信息，對代碼的要求較低，提升了電子密碼鎖廣泛應(yīng)用的可行性。而在本設(shè)計思路中運用了RSA密鑰加密技術(shù)，由于RSA加密技術(shù)在當(dāng)下還屬于不可強破的加密技術(shù)，從而增加了密碼鎖的不可強破性，提高了電子密碼鎖的安保性能，操作簡單、性價比更高。
一、電子密碼鎖單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計
1.1單片機(jī)的內(nèi)部引腳原件功能和外部實現(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)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等，還包括顯示驅(qū)動電路、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，以此來模擬密碼鎖。其內(nèi)部有四個八位并行I/O端口：記作P0、P1、P2和P3，每個端口都是準(zhǔn)雙向口，包含一個鎖存器、一個輸出驅(qū)動器和一個輸入緩沖器。
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)計為電子密碼鎖的外部鎖頭的旋轉(zhuǎn)控制，對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購買的時候在詳細(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,是個全雙工的串口,發(fā)送數(shù)據(jù)的同時,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,也會在RI置1。無論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)都會進(jìn)入串口中斷處理程序。在中斷程序中,要區(qū)分出來研究是發(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，開鎖狀態(tài)，輸入輸出電路如圖1所示，以此來完成開鎖請求。
3）接收信息：接收信息，代碼使用程序存儲器ROM取數(shù)據(jù)指令，這種指令只有兩條，完成從程序存儲器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)存儲器寫選通）和P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）。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)。然而在實際應(yīng)用當(dāng)中,基本上不會有單字節(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,還可能是一個主機(jī)(一般是計算機(jī))帶多個從機(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)序列中識別出符合自己板卡對應(yīng)的通信協(xié)議,來進(jìn)行控制操作,不符合則不進(jìn)行任何操作。簡而來說就是,單片機(jī)要在一串?dāng)?shù)據(jù)中找到符合一定規(guī)律的幾個字節(jié)的數(shù)據(jù)，來達(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，是用來存儲RSA加密源碼和解秘源碼的模塊，同時具有與單片機(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型號的藍(lán)牙模塊，通過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，無校驗位。若藍(lán)牙模塊為手機(jī)時，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：配對完成后，設(shè)備之間已經(jīng)記錄了雙方的IP地址，通過點擊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)：通過觸發(fā)handerler.sendMessage自動接收數(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，首先對藍(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求鍵請求請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)指示燈點亮，鎖頭旋轉(zhuǎn)，達(dá)到解鎖的目的。解鎖開鎖的過程省去了手動輸入密碼是過程，在內(nèi)部使用函數(shù)直接調(diào)用接收信息端口。
結(jié)語
電子加密鎖選擇51單片機(jī)，是因為它的指令簡單，外圍電路簡單，硬件設(shè)計方便，I/O口操作簡單，無方向寄存器，可用資源豐富，一般設(shè)計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，價格便宜、容易購買，資料豐富容易獲得，程序編寫簡單，低功率，便于在停電的情況下使用小功率電池長期供電使用，而且使用藍(lán)牙通信，不受互聯(lián)網(wǎng)的限制，即便在沒有無線網(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)計的電子密碼鎖將以其操作簡單、安全系數(shù)高和價格低廉等特點，被大眾所接受并得到廣泛的應(yīng)用。
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