博鱼官网基于51单片机家用智能门锁的设计摘 要：智能家居在物联网飞速发展的时代得到了广泛的应用，智能门锁作为举足轻重的一环更是十分重要。基于51单片机，通过模块化设计方式，研究并设计一款通过指纹、密码两种方式解锁的智能门锁。通过对锁体各零件选型和结构、控制部分电路和程序设计并完成实物制作。通过实验、调试，最终验证该锁已符合实际使用要求，具有安装简单、成本低廉等优点。为行业智能门锁的设计和基于51单片机开发的应用提供一定的参考意义。

　　目前，智能门锁大多专注于防盗门进行设计，即对于其他类型的门兼容性不高，本文基于51单片机研究设计一种兼容性较强的智能门锁，对非智能的传统门安装时保留原有的门体结构，亦具有较高的兼容性和智能性。同时可使用指纹进行识别，增加安全性和可靠性，缩短解锁步骤和时间，兼具低成本、低功耗等优点[1]。

　　操作中为使门内、外两侧交互方便，故选分体结构，将单片机电路与人机交互界面集于一体，形成一个控制单元。安装时，控制单元安装于门外侧，结构示意图如图1所示。

　　一个单片机最小系统主要包括P0口上拉电阻、复位电路和时钟电路。由于I/O口数量足够，为节约成本不使用P0口，所以P0口上拉电阻可省略[2]。

　　在51单片机中，只要单片机RST端保持两个机器周期以上的高电平便可实现单片机的复位。单片机初始供电时，RST与Vcc电压相同，随着C4电容的充电使电位下降完成上电自动复位。同理，在按下K10后，RSE端与Vcc电压保持一致，完成手动复位操作。

　　此处只采用一个存储芯片，故做接地处理。WP接P3.3，SCL接P3.4，SDA接P3.5。采用CAT24WC02存储芯片使用I2C技术。

　　选用指纹模块供电电压为3.3V，但单片机所用的电源为5V电压，故需加一个降压电路，此处采用LM1117-3.3V芯片与两个220uf电容组成的降压电路，可将5V电压的电流转化为3.3V电压的电流。

　　FM-70指纹模块传感器与背光电源是独立的两个系统，故此处Vtouch与Vcc端都需要接3.3V的电源。由于指纹模块采用串行数据通信，需使用P3.0和P3.1的第二功能，故TXD接单片机P3.0，RXD接单片机P3.1，Sout接单片机P3.7。

　　此智能门锁实现的是密码和指纹开锁两大主要功能，采用keiluvision4对单片机编程。为达到减少工作量，快速定位错误点的需要，故采用模块化开发。

　　因需实现指纹、密码两方式开锁，自由更改密码，删除和添加指纹等功能。为避免逻辑冲突导致单片机卡死，因此只默认一种开锁方式博鱼(中国)官方网站-BOYU SPORTS。更改密码、删除、添加指纹等操作则统一在“管理员模式”进行管理，程序流程图如图2所示。

　　指纹模块的通信波特率是9600bps，单片机的波特率需和指纹模块的波特率一致，初始化时单片机的波特率需为9600bps。这里使用工作方式1，通讯波特率由定时器T1决定，串口初始化的具体步骤如下：

　　此处采用矩阵键盘，由行线和列线组成博鱼(中国)官方网站-BOYU SPORTS。键位于行线和列线的交点处。当按下按键时，行和列相连接，相应的电平发生改变。通过检测电平的高低，就可以检测出按下的键。

　　1.判断是否有按键被按下：设置行线为输出口，并输出低电平（0），设置列线为输入口，读出输入口上的电平，若有任意一列的电平为低（0），即为有按键被按下，且按下按键是输出为低电平的一列中的某一个按键。2.判断按键所在的具体位置：依次将每根行线设置为输出口，并输出低电平（其余输出口输出高电平），然后检测每条列线的电平，其中电平为低的列线与对应输出低电平的行线交叉处即为按下的按键。3.为方便后续程序的编写，需要将对应的键值编码，如1、2、3、A、B、C等。4．为避免单片机对一次按键操作产生多次反应，应在适当位置添加延时操作以去除抖动和干扰。

　　指纹模块程序较少，其工作原理为：单片机通过UART通讯发送指令给指纹模块，指纹模块收到指令后执行对应操作，执行完毕后返回应答，单片机根据返回的应答包内容即可获得所需要的信息。指令/数据包共分为三类，由包标识区分类型：1.01：指令包。2.02：数据包，且不是最后一个数据包。3. 08：结束包，即最后一个数据包博鱼(中国)官方网站-BOYU SPORTS。

　　采用keiluvision4软件对单片机编程，采用模块化编程思想完成模块化设计方式，研究、设计、制作一款通过指纹、密码两种方式解锁的智能门锁。通过实验、调试，最终验证该锁已符合实际使用要求，具有安装简单、成本低廉等优点。结果表明单片机在部分低成本、低功耗场景下的应用仍具有十分广阔的应用前景，成本低、开发简单是它最大的优势，为行业智能门锁的设计和基于51单片机开发的应用提供新思路。

　　[1]郭晨，孙晓冬，房大伟.基于GSM网络的智能电子锁芯无线报警系统[J].南京：南京师范大学学报（工程技术版）. 2014.1.

　　[2]李瑞松.基于AT89C51单片机的智能门锁控制系统的设计分析[J].科技创新与应用，2020（27）：91-92.