基于-单片机的语音电子门锁论文.doc

|基于单片机的语音电子门锁|摘要现今社会，随着生活的进步电子业的蓬勃发展，单片机应用已经成为电子产品研制以及开发中首选的微控制器。随着人们的生活水平不断提高，怎样实现家庭的防盗这一问题也就变的尤为突出，采用传统的机械锁结构由于其构造简单，安全性能又低，已经无法满足人们的日常需要。本文从实用、可靠的角度出发，采用宏晶科技有限公司的单片机 STC89C52与 STC11L08XE 作为主控芯片，其中 STC11L08XE 单片机主要负责语音识别处理功能，STC89C52 单片机主要负责键盘、显示及密码处理等功能，最终控制门的打开或者关闭由 STC11L08XE 单片机最终输出。通过这两款的单片机结合外围的键盘输入、报警、显示等电路，本文的单片机程序都用 C 语言编写，硬件电路设计使用 protel 99se 设计。设计的语音电子门锁可以多次的更改密码，并且具有报警功能。经实验证明，该密码锁具有设计方法合理，安全可靠，成本低，实用等特点，符合住宅、办公室用锁要求，具有推广价值。 关键词:密码锁 语音识别 单片机 报警|1 引言1.1 语音电子门锁简介 语音电子密码锁是一种可以通过密码输入或者语音识别来控制外扩电路工作，从而控制门锁机械开关的打开、闭合，完成开锁或者闭锁任务的电子设备。现在应用比较多的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现即单片机控制外围电路的语音电子密码锁。其安全性及可靠性已大大超过了普通的机械锁。其特点如下： 1) 保密性好，可靠性高，远远大于机械锁。随机开锁成功的几率几乎不可能。 2) 密码随意可变，用户可以随时根据需要更改密码，防止固定密码被盗，同时也可以避免因为人员的更替等原因而使锁的保密功能下降。 3) 错误密码输入保护功能，如果输入的密码错误超过三次时时，报警系统自动启动。4) 无活动机械零件，不会有磨损，这样使用的寿命就变长了。 5) 使用的灵活性好，不像机械锁那样需要必须佩带钥匙才可以开锁。 6) 语音电子密码锁操作非常简单，一用即会。1.2 语音电子门锁的发展趋势在日常的生活与工作当中，住宅、公司、单位等的安全防范以及单位的文件档案和财务报表等一些涉密资料的保存大多是以加锁的方式来解决。目前来看，门锁主要还是用的弹子锁，这种方式的锁的钥匙很容易丢失；保险箱一般主要用的是机械密码锁，这种的结构较为复杂，制造的精度要求很高，成本也就很高，并且容易出现故障，人们常常需要随身携带多把钥匙，这样使用起来极不方便。如果钥匙丢失了那么安全性就会大打折扣。针对这些不同类型的锁具的缺点本设计用密码或者语音口令的方式代替传统的钥匙锁。它的出现给人们的生活提供了极大的方便，有非常广阔的市场前景。由于电子器件的限制，以前开发的一些电子密码门锁，其种类不多而且保密性又差，最基本的就是只依靠最简单的模拟电子开关来实现的，制作简单但很不安全，其硬件电路结构繁杂，分立元件较多，也有一些是使用早的 2051 系列的单片机来做的，这种的也是密码相对简单，很容易被破解。随着各种锁的出现，功能上日益强大，使|用方面更加简便，安全性更强，从以前的单密码输入发展到现在的语音和电子密码双重的门锁，实现了真正的电子加密，用户只有通过密码或者是语音密钥才能打开锁具，如果用其他的办法是不能打开锁的。针对方便、安全等方面的需要许多的电子类型密码锁已经相继问世。但是这类产品一般都是针对特定的有效卡、指纹或者是声音等有效，并且不能实现通过远程来控制，只能适用在保密要求高而且只供个人使用的箱子、衣柜、房间等方面。由于字符、数字、人体生物特征、图形图像和时间等要素都可以成为钥匙的信息，那么将这些信息组合使用就能够使电子锁具有高度的安全保密性，比如防范严密的金库，需要使用各种复合信息密码的电子锁，这样对盗贼来说是“道高一尺、魔高一丈” 。这些组合信息的使用使电子锁得到无穷的扩展，也能让产品多样化，对于用户来说是“千挑百选、自得其所” 。由此可以看出组合使用各种信息是电子锁以后发展的必然趋势。1.3 本设计实现的目标 本设计采用单片机 STC89C52 与 STC11L08XE 为主控芯片，结合一些外围电路，组成语音电子门锁，用户如果想要打开门锁，必需要先通过提供的键盘输入正确的密码才能将门锁打开，或者通过二级语音口令识别开门。如果密码输入错误蜂鸣器会有提示，为了提高实际安全性，设计当密码输入错误超过三次后将报警并且封锁键盘。密码可以由用户登陆后由自己随意修改设定，设定密码长度为 4 位。修改密码只有门锁打开后才能修改密码。修改密码时要前后两次输入的新密码一致才能修改成功，修改成功后会有指示灯提示。语音识别开门时要首先说出一级加密的口令，其次再说出二级加密口令才能将门打开。1.4 设计方案的设计由于现在市面上的单片机种类很多，每种单片机都具有一定的优缺点，因此在选用时做了很多比较，最后比较合理的选择了 STC 单片机，以期获得最高的性价比。通常情况来说在选取单片机时要从以下几个方面考虑：存储器、性能、运行速度、定时/计数器、I/O 口、模拟电路功能、串行接口、功耗、工作电压、抗干扰性、封装形式、保密性等，除了以上方面还有一些最基本参数比如：中断源的优先级和数量、有没有低电压检测功能、工作温度范围、有无上电复位功能、单片机内有无时钟振荡器等。在开发过程中项目的开发还受到：|编程器、开发工具、开发人员的适应性、开发成本、技术服务和支持等等因素。基于以上一些因素本设计选用单片机 STC89C52 与 STC11L08XE 两个单片机作为主控单片机。其中 STC89C52 单片机主要负责的功能是四位数码管的显示、按键设置密码、蜂鸣器报警。一些操作时的指示状态等；单片机 STC11L08XE 主要负责语音部分识别，及门锁控制的输出。本设计之所以选择用两个芯片是因为如果用一个芯片来完成，就需要用一个比较高端的芯片，而且管脚资源要足够多，Flash 等要足够大，这样处理起来才更容易，但是如果选择了这种芯片成本就会提高很多。而向本设计这样采用两个简单的单片机来做就既能照顾到成本，又能保证硬件资源够用。性价比还是很高的。当用户开锁时，先按键盘的开锁键，之后再按键盘的确定键来调整要设置密码的位，再通过增加键或者减小键来调整密码，当调整好后按下确定键，继续调整下一位，直到四位密码都输入完，按确定键瑞出键盘输入程序。如果密码输入正确则开锁，不正确蜂鸣器会发出短暂的一生响动要重新输入密码，如果连续输入三次密码错误那么就会发出报警。如果用户需要修改密码时，需要在输入密码正确后，继续输入两次新密码，只有这两次新密码一致时，新密码才修改成功。密码修改成功时会有绿色的 LED 指示。|2 单片机介绍2.1 单片机 STC89C52STC89C52RC 这个单片机是宏晶科技公司推出的新一代的低功耗、高速并且有很强抗干扰的能力，它的指令代码兼容传统的老 8051 单片机，可以 12 时钟/机器周期或者是 6 时钟/机器周期的任意选择。2.1.1 单片机 STC89C52 的主要特性1. 这是一款增强型的 8051 单片机，6 时钟/机器周期或者是 12 时钟/机器周期可以任意选择，其指令代码完全兼容传统 8051 单片机的指令代码。2. 这种单片机的工作电压范围：5.5V3.3V（5V 单片机）或者3.8V2.0V（3V 单片机） 。3. 它的工作频率范围：040MHz，相对于普通 8051 的 080MHz，实际上其工作频率可达 48MHz。4. 用户的应用程序存储空间为 8K 字节（Flash） 。 片上集成了 512 字节数据存数区（RAM） 。6. 通用 I/O 口有 32 个，复位后为：P1/P2/P3/P4 是准双向口/弱上拉的，P0 口是漏极开路输出口，当在作为总线扩展用时是不用加上拉电阻的，当作为I/O 口用时，需加若上拉电阻。7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程） ，不需要专用的编程器和专用仿真器，就可以通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）将用户程序直接下载到单片机里，数秒即可完成一片数据的写入操作。8. 新增了 EEPROM 功能。9. 具有看门狗功能。10.片上共有 3 个 16 位定时器/计数器。即定时器 T0、T1、T2 定时器。11.有 4 路外部中断，包括低电平触发电路或下降沿中断，Power Down 模式可以由外部的中断低电平方式触发进行中断唤醒。12. 片上有通用的异步通信串行口（UART） ，它还可以用定时器实现多个UART 工作。|13. 单片机的工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）2.1.2 STC89C52RC 单片机的工作模式模式1.典型功耗<0.1A,可以由外部的中断来唤醒，中断执行并且返回后，继续执行原来的用户程序。2.空闲模式：此种模式的典型功耗 2mA 。3.正常工作模式：此种模式的典型功耗 4mA7mA 。4.掉电模式可以通过外部中断来唤醒，这适用气表、水表等一些电池供电的设备及一些便携的设备。STC89C52RC 单片机引脚功能说明。引脚图如图 2-1 所示。图 2-1 STC89C52RC 引脚图VCC（40 引脚）：接电源电压。VSS（20 引脚）：接地。P0 端口（P0.0P0.7 对应 3932 引脚） 。P0 端口是一个漏极开路的 8 位双向的 I/O 口。当作为输出端口用时，每个引脚可以驱动 8 个 TTL 的负载；当|对 P0 端口写入“1”时，它又可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0 端口也可以提供低 8 位地址和 8 位数据的复用总线。此时，P0 端口内部的若上拉电阻有效。当在 Flash ROM 编程时，由 P0 端口接收指令字节；在校验程序时，则输出指令字节。在验证时，要求要外接上拉电阻。P1 端口（P1.0P1.7 对应于 18 引脚） 。P1 端口是一个带内部上拉电阻的 8 位的双向 I/O 端口。P1 的输出缓冲器可以驱动 4 个 TTL 的输入。当对端口写入 1 时，内部的上拉电阻会把端口拉到高电平，这时端口可以当做输出使用。当 P1 端口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流（I IL） 。P2 端口（P2.0P2.7，2128 引脚）：P2 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。P2 的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4 个 TTL 输入。对端口写入 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2 端口作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（I IL） 。P3 端口（P3.0P3.7 对应于 1017 引脚） 。P3 端口是一个带有内部上拉电阻的 8 位的双向 I/O 端口。P3 端口的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4 个 TTL 输入的信号。当对端口写入“1” 时，它内部的上拉电阻会把端口拉到高电平，此时 P3 端口可用作输出口。当 P3 端口做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流（I IL） 。当在对 Flash ROM 编程或程序校验时，P3 端口还接收一些控制信号。P3 口除作为一般 I/O 口外，还有其他一些复用功能，如下表所示：引脚号 复用功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 (外部中断 0)0INTP3.3 (外部中断 1)1P3.4 T0(定时器 0 的外部输入)P3.5 T1(定时器 1 的外部输入)|P3.6 (外部数据存储器写选通)WRP3.7 (外部数据存储器读选通)D表 2-1 P3 口引脚复用功能复用功能RST（9 引脚）：复位引脚。当通过此引脚给单片机连续输入两个机器周期以上的高电平信号时为有效，此引脚的功能为用来完成单片机的复位初始化操作。当看门狗计时完成后，RST 复位引脚输出 96 个晶振周期的高电平信号。特殊寄存器 AUXR（地址 8EH）上的 DISRTO 位可以让此功能无效。DISRTO 在默认状态下，复位高电平有效。ALE/ ROG（30 引脚）：地址锁存控制功能：（ALE）引脚是当访问外部程序存储器的时候，锁存低 8 位地址的输出脉冲。当在 Flash 编程时，此引脚（ROG）也可以用作编程输入脉冲。(29 引脚)：（ ）是外部程序存储器的选通信号。当单片机从PSENPSEN外部程序存储器执行外部代码时， 会在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器的时候， 将不被激活。EA/VPP （31 引脚）：访问外部程序存储器的控制信号。：为了使能从0000H 到 FFFFH 的外部程序存储器的读取指令，EA 必须接地（GND） 。注意加密方式为 1 时，EA 将内部锁定为 RESET。为了执行内部程序指令，EA 应该接VCC。在 Flash 编程期间，A 也接收 12 伏特的 VPP 电压。XTAL1（19 引脚）：振荡器的反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18 引脚）：振荡器的反相放大器的输入端2.2 单片机 STC11L08XESTC11L08XE 的主要性能：1.高速，1 个时钟/机器周期，增强型 8051 内核，速度比普通 8051 快 8-12倍2.宽电压，5.5-4.1/3.7，3.6-2.4/2.13.低功耗设计，空闲模式4.低功耗模式，掉电模式和远程唤醒模式|5.工作频率，0-35MHz,相当于普通 8051 的 0-420MHz6.时钟，外部晶振或内部晶振磕训啊7.片内 EEPROM 功能，擦写次数 10 万次以上8.2 个 16 位定时器9.1 个独立波特率发生器10.可编程时钟输出功能11.硬件看门狗12.全双工异步串行口13.先进的指令集结构14.通用 I/O 口（36/40 个）管脚图如图 2-2-所示：图 2-2 STC11L08XE 单片机引脚图