电子密码锁设计毕业设计论文.docx

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电子密码锁设计毕业设计论文

*****大学******学院

毕业设计（论文）

设计说明书

设计（论文）题目：

电子密码锁设计

学生：

******

专业：

电子信息工程

班级：

电信**-*

指导教师：

******

设计日期：

2015年6月10日

******大学******学院

毕业设计（论文）任务书

毕业设计（论文）题目：

电子密码锁设计

原始资料：

20世纪80年代后，随着电子锁专用集成电路的出现，电子锁的体积缩小，可靠性提高，成本较高，是适合使用在安全性要求较高的场合，且需要有电源提供能量，使用还局限在一定范围，难以普及，所以对它的研究一直没有明显进展。

目前，在西方发达国家，电子密码锁技术相对先进，种类齐全，电子密码锁已被广泛应用于智能门禁系统中，通过多种更加安全，更加可靠的技术实现大门的管理。

在我国电子锁整体水平尚处于国际上70年代左右，电子密码锁的成本还很高，市场上仍以按键电子锁为主，按键式和卡片钥匙式电子锁已引进国际先进水平，现国内有几个厂生产供应市场。

但国内自行研制开发的电子锁，其市场结构尚未形成，应用还不广泛。

国内的不少企业也引进了世界上先进的技术，发展前景非常可观。

希望通过不断的努力，使电子密码锁在我国也能得到广泛的应用。

电子防盗锁广泛应用于金融业，其根本的作用是“授权”，即被“授权”的人才可以存取钱、物。

广义上讲，金融业的“授权”主要包括以下三种层次的内容：

1、授予保管权，如使用保管箱、保险箱和保险柜；

2、授予出入权，如出入金库、运钞车和保管室；

3、授予流通权，如自动存取款。

毕业设计（论文）主要内容：

拟在此电子密码锁的系统中设计主要由三部分组成：

4×4矩阵键盘接口电路、密码锁的控制电路、输出八段显示电路。

另外系统还有LED提示灯，报警蜂鸣器等。

系统能完成本机超时报警、超次锁定、修改用户密码基本的密码锁的功能。

本设计的任务拟采用单片机（STC89C52）作为单片机的核心单元，利用单片机串行发射、接收等功能而设计的一款具有本机开锁和报警功能的电子密码锁。

本系统成本低廉，功能实用。

本系统根据设定好的密码，采用4×4键盘实现密码的输入功能，当密码输入正确之后，锁就打开，如果输入的密码不正确，就锁定按键3秒钟，同时发出报警声。

（1）单片机型号可选STC89C52。

（2）6位密码的设定在程序中完成。

（3）密码的输入采用4×4键盘实现，输入6位数字后，按回车键结束。

（4）若输入的密码正确，锁打开，同时用发光二极管亮1秒作为提示。

（5）报警可采用蜂鸣器或扬声器。

1.电子密码锁设计

摘要

随着电子产品向智能化和微型化的不断发展，单片机已成为电子产品研制和开发中首选的控制器。

本文介绍了一种应用STC89C52单片机设计的防盗自动报警电子密码锁系统。

经实验验证该系统具有软硬件设计简单，易于开发，成本较低，安全可靠，操作方便等特点，可作为产品进行开发，应用于住宅、办公室的保险箱及档案柜等需要防盗的场所，所以电子密码锁凭着比较强的实用性、锁密匙量大，又要制造简单；既安全可靠，又成本低廉；既保密性强，又实用性广，在密码锁的巨大市场上占有一席之地。

本系统由STC89C52单片机、4*4矩阵键盘、蜂鸣器、复位电路和晶振电路、继电器等组成。

4*4键盘主要用于密码的输入和修改，蜂鸣器报警，复位电路和晶振电路与STC89C52单片机组成单片机最小系统。

它具有设置、修改6位用户密码、输错报警、密码错误报警等功能。

本系统成本低廉，功能实用。

关键词：

密码锁，蜂鸣器，报警，STC89C52

ELECTRONICCOMBINATIONLOCKDESIGN

ABSTRACT

Aselectronicproductstointelligenceandthecontinuousdevelopmentofminiaturization,SCMhasbecometheresearchanddevelopmentofelectronicproductfirstcontroller.ThispaperintroducesakindofapplicationofSTC89C52SCMdesignanti-theftalarmsystem,automaticelectroniclocks.Throughtheexperimentvalidatethesystemhardwareandsoftwaredesignissimpleandeasytodevelop,lowcost,convenientoperation,safeandreliable,etc.Canbeusedasproductdevelopmentandapplicationinresidential,officeofsafeandsecurityneedsofthecabinetetc,soelectroniclockswithstrongerpracticability,lockthekey,andmakesimple,Bothsafeandreliable,andlowcost,Bothsecrecy,andpracticability,thehugemarketinlocks.

ThissystembytheSTC89C52single-chipmicrocomputer,the4*4matrixkeyboard,buzzer,resetcircuitandvibrationcircuit,relayandsoon,4*4keyboardismainlyusedforinputandmodifythepassword,thebuzzeralarm,andresonancecircuitandresetcircuitSTC89C52singlechipmicrocontrollerminimumsystem.IthassixSettings,modifyuserpassword,mistypedalarm,passworderroralarm,etc.Thissystemislowcost,functionandpractical.

KEYWORDS:

Combinationlock,Buzzer,Callthepolice,STC89C52

第一章绪论

1.1密码锁简介

安全问题是现代社会各界普遍关注的焦点之一。

在现实生活中，很多场合都用到了电子密码锁，比如说门禁系统，银行账户管理，保险箱等等地方都要用到电子密码锁，而且对其要求也很高。

所以高安全性能密码锁的研究就成了一个必需的话题。

近几年各种安全产品（如指纹识别、卡辨识、红外防盗等）已相继问世，但这类产品的特点是针对特定指纹或有效卡。

只能适用于保密要求高或供个人使用的保险箱保险柜等，虽然这些产品安全性高，但其生产成本高，携带、安装及使用不方便，这在一定程度上限制了这类产品的普及和推广。

随着单片机的迅速发展，其应用领域越来越广，如消费电子、家用电器、办公设备、商业营销设备、工业控制和机电一体化控制系统、智能测量仪表以及汽车与航空航天电子系统中都广泛采用了单片机。

51系列单片机由于具有可靠性好，以及扩展控制功能强等优点，成为国内目前应用最广泛的一种8位单片机之一。

随着单片机的应用领域越来越广泛，可以看出其的优越性和可靠性，所以将其应用到保密和安全方面是必然的，也是相当可靠，相当有意义的，基于单片机的电子密码锁的研究在保护财产和人身安全方面可以给人们带来更多更好的选择。

本文介绍的是一种由单片机编程控制实现的多功能密码锁，这种电路设计具有密码输入有效提示、错误指示、控制开锁电平、控制报警电路、密码修改等功能。

可在意外泄密的情况下及时修改密码，密码可以是1-9位按键随意组合，其保密性强、灵活性高、特别适用于家庭、办公室、学生宿舍及宾馆等场所，具有社会推广价值。

1.2课题背景

在日常的生活和工作中,住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。

若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需携带多把钥匙,使用极不方便,且钥匙丢失后安全性即大打折扣。

随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。

为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。

密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。

根据本设计要求，通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁等任务。

它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。

现在应用较广的数字密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。

其性能和安全性已大大超过了机械锁。

其主要优点有：

（1）保密性好,编码量多,远远大于弹子锁。

随机开锁成功率几乎为零。

（2）密码可变。

用户可以经常更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降。

（3）误码输入保护。

当输入密码错误时，系统会报警。

（4）操作简单易行，一学即会。

1.3课题的目的和意义

随着电子技术和计算机技术的飞速发展，单片机性能不断完善，性能价格比显着提高，技术日趋完善。

由于单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低、控制功能强及运算速度快等特点，因而在国民经济建设、军事及家用电器等各个领域均得到了广泛的应用。

本设计利用单片机及附加器件实现数据采集和控制算法，来完成某一实际功能，检验并提高同学对整体电路设计和把握能力，了解单片机系统设计流程，以及电路板的实际制作和调试能力。

同时也加强了对数字电路、单片机和微机原理等课程知识的实际应用能力，也为同类产品的进一步发展奠定理论和实践基础。

20世纪80年代后，随着电子锁专用集成电路的出现，电子锁的体积缩小，可靠性提高，成本较高，是适合使用在安全性要求较高的场合，且需要有电源提供能量，使用还局限在一定范围，难以普及，所以对它的研究一直没有明显进展。

目前，在西方发达国家，电子密码锁技术相对先进，种类齐全，电子密码锁已被广泛应用于智能门禁系统中，通过多种更加安全，更加可靠的技术实现大门的管理。

在我国电子锁整体水平尚处于国际上70年代左右，电子密码锁的成本还很高，市场上仍以按键电子锁为主，按键式和卡片钥匙式电子锁已引进国际先进水平，现国内有几个厂生产供应市场。

但国内自行研制开发的电子锁，其市场结构尚未形成，应用还不广泛。

国内的不少企业也引进了世界上先进的技术，发展前景非常可观。

希望通过不断的努力，使电子密码锁在我国也能得到广泛的应用。

1.4电子密码锁发展趋势

从目前的技术水平和市场认可程度看，使用最为广泛的是键盘式电子密码锁，该产品主要应用于保险箱、保险柜和金库，还有一部分应用于保管箱和运钞车。

键盘式电子密码在键盘上输入，与打电话差不多，因而易于掌握，其突出优点是“密码”是记在被授权人脑子里的数字和字符，既准确又可靠，不会丢失（除了忘记），难以被窃（除非自己泄露）。

但是密码不能太简单，太简单了就容易被他人在键盘上试探出来，或者可能被旁观者窥测出来，造成保密性不足。

当然，密码又不能太复杂，太复杂了可能自己都糊涂了，或者输入密码操作成功率低，造成使用不便。

因此，为了发扬优点、克服弱点，键盘式电子密码也在不断发展中，如“任意设定密码”技术使得被授权人可以根据自己的需要或喜好设定密码，常用常新；而“自动更改密码”技术使得本次输入的密码将自动更改成下次应输入的密码，更改的规律不为他人所知，因而不怕旁观者窥测；独出心裁的“键盘乱序显示”技术使得键盘上的固定键位每次显示出的字符不固定，并且显示的窄小角度只能由操作者正面看得到，因而即使旁观者看见操作动作也难以窥测出密码；“多重密码设定”技术使得单组密码不一定有效，适合多人分权使用，需要输入两组以上的密码才被认可，大大提高了保密性，如果限定输入这些密码的先后顺序或时间区段，则保密性还可提高。

在输入密码的过程中，为了限制试探密码的企图，通常输入错误码若干次或若干时间内输入不正确，即“封锁”键盘，不再接受输入操作。

总之，尽管新式电子防盗锁层出不穷，但键盘式电子密码防盗锁仍然“老树发新芽”，不仅在市场上居于主流地位，而且，还经常作为其他类型电子防盗锁的辅助输入手段。

电子防盗锁广泛应用于金融业，其根本的作用是“授权”，即被“授权”的人才可以存取钱、物。

广义上讲，金融业的“授权”主要包括以下三种层次的内容：

1、授予保管权，如使用保管箱、保险箱和保险柜；

2、授予出入权，如出入金库、运钞车和保管室；

3、授予流通权，如自动存取款。

目前，金融行业电子防盗锁的应用主要集中在前两个层面上。

当然，以上所说的授权技术再高超，都必须由精良的“锁具”担当承载结构部件，实现开启、闭锁的功能，而且承担实体防护作用，抵抗住或尽量延迟破坏行为，让电子防盗锁“软、硬不吃”。

一般情况下，锁具防盗的关键是锁身外壳、闭锁的部件（如伸缩的锁舌或锁栓、锁扣盒锁扣板以及依靠电磁力直接闭锁的电磁部件等）的强度（应有足够的机械强度和刚度，能够承受一定数值、一定方向的静压力和冲击力以及力矩）、锁止型式（能承受某些方式和工具的作用）、配合间隙（防止采用机械的、电子的方法探入锁具内部而被开启）和布局（将薄弱的、与锁的开启直接相关的零部件和电路置于壳体保护之下，并且不易被识别出来）。

提高电子防盗锁之防护能力的必然途径是报警，在金融业的许多场所有人值守、有电视监控，具有报警功能，可以综合物理防范和人力防范两种作用。

报警的前提是具备探测功能，根据电子防盗锁的使用场所和防护要求，可选择多种多样的探测手段。

在中国的城市金融业中，实现联网报警已经成为对各金融网点的基本要求。

根据国内外的实践经验，金融业实行安全防范风险等级很有必要，即依据使用的防盗报警器材的性能、安装布局和人员值守状况等，可以评估被防护物或区域的防护能力，得出风险等级，其中，电子防盗锁的性能至关重要。

1.5本设计所要实现的目标

本设计采用单片机为主控芯片，结合外围电路，组成电子密码锁，用户想要打开锁，必先通过提供的键盘输入正确的密码才能将锁打开，密码输入错误有提示，为了提高安全性，当密码输入错误三次将报警。

密码可以有用户自己修改设定，锁打开后才能修改密码。

修改密码之前必须再次输入就的密码，在输入新密码的时候要二次确认，以防止误操作。

1.6本设计完成的工作

（1）熟悉51单片机集成开发环境，运用C语言编写工程文件；

（2）熟练应用所选用单片机的内部结构、资源，以及软硬件调试设备的基本方法；

（3）自行构建基于单片机的最小系统，完成相关硬件电路的设计实现；

（4）密码锁的原理和实现方法。

1.7设计方案简介

采用以单片机为核心的控制方案

由于单片机种类繁多，各种型号都有其一定的应用环境，因此在选用时要多加比较，合理选择，以期获得最佳的性价比。

一般来说在选取单片机时从下面几个方面考虑：

性能、存储器、运行速度、I/O口、定时/计数器、串行接口、模拟电路功能、工作电压、功耗、封装形式、抗干扰性、保密性，除了以上的一些的还有一些最基本的比如：

中断源的数量和优先级、工作温度范围、有没有低电压检测功能、单片机内有无时钟振荡器、有无上电复位功能等。

在开发过程中单片机还受到：

开发工具、编程器、开发成本、开发人员的适应性、技术支持和服务等等因素

。

基于以上因素本设计选用单片机STC89C52作为本设计的核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，实现基本的密码锁功能。

在单片机的外围电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制，外接24C02芯片用于密码的存储，外接LCD1602显示器用于显示作用。

当用户需要开锁时，先按键盘开锁键之后按键盘的数字键0－9输入密码。

密码输完后按下确认键，如果密码输入正确则开锁，不正确显示密码错误重新输入密码，当三次密码错误则发出报警；当用户需要修改密码时，先按下键盘设置键后输入原来的密码，只有当输入的原密码正确后才能设置新密码。

新密码输入无误后按确认键使新密码将得到存储，密码修改成功。

本设计是基于STC89C52单片机实现电子密码锁功能，具有修改密码和防多次试探功能，并对系统进行研究分析，调节各个部件正常工作，同时，根据实际情况对其软、硬件进行改良、改进，并提出系统总体方案。

首先，细致分析单片机电子密码锁的各模块工作原理及相关技术。

其次，掌握并将程序烧录进单片机STC89C52内，控制各器件的协调工作，以便能实现I2C传输数据的功能及显示功能。

第二章总体方案

本设计以单片机为核心，配以相应硬件电路，完成密码的设置、存贮、识别、驱动电磁执行器并检测其驱动电流值、接收蜂鸣器送来的报警信号、发送数据等功能，单片机接收键入的代码，并与存贮在EEPROM中的六位密码进行比较，六位密码的可以有100万组密码供主人随意变换，保密性极高，可选密码组是连续排列的，如果密码正确，则驱动电磁执行器开锁；如果密码输入不正确，则单片机通过通信线路向智能报警器发出报警信号。

密码锁主要由矩阵键盘、单片机、外部硬件等部分组成。

其中矩阵键盘用于输入数字密码和进行各种功能的实现。

实际使用时只要将单片机的负载由继电器换成电子密码锁的电磁铁吸合线圈即可，当然也可以用继电器的常开触点去控制电磁铁吸合线圈，单片机将每次开锁操作和此时电磁执行器的驱动电流值作为状态信息发送给单片机的芯片处理，同时将接收来自无限循环的密码识别程序的报警信息也发送给智能报警器，从而使整个密码锁正常运行。

图1系统总体方框图

如图1所示，电源输入电路为单片机提供直流电。

晶振电路的主要作用是提供基准频率，在电路产生震荡电流,发出时钟信号。

复位电路是使单片机的CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后PC＝0000H，使单片机从第—个单元取指令。

键盘接口电路实现按键输入密码。

开锁电路是当用户输入的密码正确时，单片机便输出开门信号，送到开锁驱动电路，然后驱动电磁锁，达到开门的目的。

报警电路是密码输入错误时，蜂鸣器发出声响报警。

2.1硬件选择

2.1.1电源模块

本设计拟采用3节1.5V干电池共4.5V做电源。

经过实验验证系统工作时，单片机、传感器的工作电压稳定能够满足系统的要求，而且电池更换方便。

2.1.2主控制器模块

本设计中拟采用STC89C52单片机作为整个系统的核心，用其控制密码锁控制，以实现其既定的性能指标。

充分分析我们的系统，其关键在于密码锁的控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势——控制简单、方便、快捷。

这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。

STC89C52单片机具有功能强大的位操作指令，I/O口均可按位寻址，程序空间多达8K，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是STC89C52单片机价格非常低廉。

2.1.3存储器模块

本设计中拟采用AT24C02作为系统存储器。

AT24C02是美国Atmel公司的低功耗CMOS型E2PROM，内含256*8位存储空间，具有工作电压宽（2.5V~5.5V），擦写次数多（大于10000次），写入速度快（小于10ms），抗干扰能力强，数据不易丢失，体积小等特点。

并且它是采用I2C总线式进行数据读写的串行操作，只占用很少的资源和I/O线。

AT24C02有一个16字节页写缓冲器，该器件通过I2C总线接口进行操作，还有一个专门的写保护功能。

本设计当中使用此存储器正好适合，而且其市场价格低廉，市场上极易买得到。

整个过程需要寻找大量的相关资料，和学习相关的软件并运用到实践，还有焊接电路版，要有很好的动手意识和知识的积累，也是考验这将近四年来对专业知识学习的一次总结和汇集。

经过几个月的努力，完成了系统软硬件的设计，并对实际工作中遇到的问题进行讨论解决，最后经运行调试实现了单片机电子密码锁的功能。

通过这次毕业设计，亲身体会到一个系统的制作过程，也深刻的理会该系统各部件的运行原理和实物调试，能够很好地学习掌握和利用单片机STC89C52，且设计出该单片机电子密码锁，能够模拟其工作过程，从而熟悉控制系统的开发流程和具体内容，体会理论联系实际的重要性，增强自身实践应用能力。

2.2软件部分

本系统软件部分由主程序、初始化程序、LCD显示程序、键盘扫描程序、键功能程序、密码设置程序、EEPROM读写程序和延时程序等组成。

系统设计当中先绘制系统流程图，并且学习使用KEIL软件系统，通过对密码锁整体运行环境的充分认识，绘制主程序和子程序流程图，利用Keil软件，对单片机进行编程。

C语言主程序详见附录，主程序流程图及其各子程序流程图在第四章中有介绍。

第三章硬件系统构成及实现

3.1主要元器件

该电子密码锁采用4*4键盘作为输入信号，输入到作为主机STC89C52单片机，通过软件编程的程序，做出判断，结果再经1602LCD液晶显示器作为输出显示。

晶振电路提供单片机运行脉冲。

其中用到的主要元器件有主控芯片STC89C52、存储芯片AT24C02SC、LCD1602显示器、晶体振荡器等。

3.1.1主控芯片STC89C52

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

STC89C52单片机有以下标准功能：

8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。

另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

最高运作频率35MHz，6T/12T可选。

STC89C52主要特性：

STC89C52RC单片机:

8K字节程序存储空间；

512字节数据存储空间；

内带4K字节EEPROM存储空间;

可直接使用串口下载；

AT89S52单片机:

8K字节程序存储空间；

256字节数据存储空间；

没有内带EEPROM存储空间。

STC89C52芯片引脚结构如下图所示：

图3.1.1STC89C52引脚结构

STC89C52器件参数：

1.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051.[2]

2.工作电压：

5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）

3.工作频率范围：

0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz

4.用户应用程序空间为8K字节

5.片上集成512字节RAM

6.通用I/O口（32个），复位后为：

P0/P1/P2/P3是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。

7.