PLC控制的四位密码锁的设计与实现

谢述双，周明理

（北海职业学院，广西 北海 536000）

0 引言

随着人们生活水平不断提高，密码锁越来越被人们广泛应用。传统的机械式密码锁，密码设计简单，很容易被破解，可靠性差，安全性能不高，也不够灵活。一旦忘记密码就要重新解锁、开锁甚至换锁。[1]

人们对密码锁的安全性及操作方便等要求，促进了电子密码锁的发展，尤其是PLC控制技术在电子密码锁中的应用，避免了机械式密码锁的安全性能不高、密码量少等缺点[2]。PLC控制的密码锁指令系统强大，能将输入的密码与正确的密码比较，只有密码正确才能打开，输入错误密码能发出声光报警信号。[3]PLC是性价比较高的自动化控制元件，采用PLC控制降低了电子密码锁的成本。[4]因此，通过编写PLC程序可以实现密码锁的自动控制，程序修改方便，保密性强。PLC控制的密码锁将会在生活各个领域如民用住宅大门、各小区或公寓楼单元门禁、车库门等得到推广应用。

1 硬件设计

PLC控制的四位密码锁由电源电路、按键输入电路、电磁锁开锁电路、声光报警电路、共阴数码管显示电路构成。采用单相交流电源供电，熔断器做短路保护。选用西门子S7-200系列的224XPCN的PLC，PLC的输入点I0.0-I0.6分别接按键式按钮SB1-SB7。PLC输出点Q0.0-Q0.6与开关电源1连接，开关电源1把220V交流电转换成5V直流电供共阴数码管工作。PLC输出点Q1.0控制声光报警电路，PLC输出点Q1.1与开关电源2连接，开关电源2把220V交流电转换成24V直流电供电磁锁工作。电路设计考虑密码锁的安全性和可靠性，便于按键输入的操作和密码的更改，报警声音响亮，灯光信号直观可见。PLC控制的四位密码锁电路原理图如图1所示[5]。

图1 PLC控制的四位密码锁的电路原理图

2 软件设计

2.1程序设计流程图

PLC控制的四位密码锁的程序设计流程图如图2所示。

图2 PLC程序设计流程图

2.2 PLC的I/O分配表

依据PLC控制的四位密码锁设计的电路原理图，列出PLC的I/O分配表，如表1所示。

表1 PLC的I/O分配表

2.3 PLC程序设计

PLC控制的四位密码锁的程序设计要实现的主要功能为：输入正确密码能开锁，连续三次输入错误密码立即进行声光报警。开机复位和清空输入密码按键数据采用数据传送指令（MOV）实现，四位密码的输入用增1指令（INC）实现，增计数器指令（CTU）实现连续三次输入错误密码执行声光报警程序。

PLC初始化及开机以备开锁的程序如图3所示。

图3 初始化及开机程序

选择设定密码或输入密码的程序如图4所示。

图4 设定密码或输入密码程序

输入密码开锁程序如图5所示。

图5 输入密码开锁程序

输入错误密码报警程序如图6所示。

图6 输入错误密码报警程序

待机状态程序如图7所示。

图7 待机状态程序

3 电路装置的制作及调试

3.1安装PLC控制的四位密码锁实验装置所需的元器件

根据设计要求，对安装PLC控制的四位密码锁实验装置所需的元器件进行选型，如表2所示。

表2 PLC控制的四位密码锁元器件表

3.2 PLC控制的四位密码锁电路装置及调试结果

制作好的PLC控制的四位密码锁电路装置及调试的三种工作状态如图8所示。开机后，将选择开关按键SB6按下不松开，通过分别顺序按下按键SB1、SB2、SB3、SB4各几次来设定密码。比如，把密码设置为“1234”，则按顺序分别按下SB1一次、SB2两次、SB3三次、SB4四次，即可设定密码为“1234”。松开选择开关按键SB6，则为输入密码或者待机状态。在需要开锁时，通过按顺序分别按下SB1一次、SB2两次、SB3三次、SB4四次，接着按下确认键SB5后电磁锁YV动作，密码锁被打开，此时数码管显示字符“6”。在设定密码或者输入密码的过程中，如果操作错误（如发现输入某位密码错误，或者设定密码时按错按键等），则可按撤销键SB6撤销前面的输入或者设定后重新操作；在开锁状态下按下撤销键SB6可以让电磁锁关锁（电磁锁插销弹出），或者在误操作发生声光报警后按下撤销键SB6，可以关闭声光报警。当连续三次输入错误密码时，按下确认键SB5后立即进行声光报警（声光报警一体器中的灯HL发亮、蜂鸣器HA发出报警声响），此时数码管显示字符“8”。系统待机时，此时数码管显示字符“0”，等待开锁。

图8 PLC控制的四位密码锁电路装置及三种工作状态图

4 总结

PLC控制的四位密码锁硬件电路和程序的设计可靠，电路工作稳定性好，在输入正确密码时电磁锁能打开，连续三次输入错误密码则发出声光报警信号，安全性高，保密性强。密码锁在待机、开锁、报警的时候，数码管显示不同的数字字符，方便人们知道密码锁所处的状态。通过按键输入而不需要修改程序就可以任意修改密码，使用方便。即使修改PLC程序也相对容易，控制灵活，具有一定的推广价值。