基于单片机的电子密码锁设计.docx
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基于单片机的电子密码锁设计
1.绪论
1.1引言
在日常生活和工作中，锁是每个人都离不开的，它是保护个人财产安全、保护资料档案的关键元素。
随着电子技术的飞速发展，传统弹子锁的缺点渐渐被放大，社会对新式电子密码锁的需求越来越大，前景广阔。
本课题主要采用单片机完成了一套具有按键输入、显示、解锁、报警及密码修改等多种功能的电子密码控制系统。
据有关资料介绍，电子密码锁的研究从20世纪30年代就开始了，在一些特殊场所早就有所应用。
这种锁是通过键盘输入一组密码完成开锁过程。
研究这种锁的初衷，就是为提高锁的安全性。
由于电子锁的密钥量（密码量）极大，可以与机械锁配合使用，并且可以避免因钥匙被仿制而留下安全隐患。
电子锁只需记住一组密码，无需携带金属钥匙，免除了人们携带金属钥匙的烦恼，而被越来越多的人所欣赏。
电子锁的种类繁多，例如数码锁，指纹锁，磁卡锁，IC卡锁，生物锁等。
但较实用的还是按键式电子密码锁。
目前使用的电子密码锁大部分是基于单片机技术，以单片机为主要器件，其编码器与解码器的生成为软件方式。
1.2 电子密码锁的背景
随着社会科技的进步，锁已发展到了密码锁、磁性锁、电子锁、激光锁、声控锁等等。
在传统钥匙的基础上，加了一组或多组密码，不同声音，不同磁场，不同声波，不同光束光波，不同图像。
（如指纹、眼底视网膜等）来控制锁的开启。
从而大大提高了锁的安全性，使不法之徒无从下手，人们也就能对自身财产安全有了更多的保障。
当今安全信息系统应用越来越广泛，特别在保护机密、维护隐私和财产保护方面起到重大作用，而基于电子密码锁的安全系统是其中的组成部分，因此研究它具有重大的现实意义。
1.3 本设计特点
本系统由24C02和12864显示的电子密码锁设计单片机系统、4×3矩阵键盘、12864显示和报警系统等组成，具有设置、修改六位用户密码、超次报警、超次锁定、密码错误报警等功能（本设计由P0口控制LCD显示，密码正确则进入系统。
密码错误显示“密码错误，重新输入密码”）除上述基本的密码锁功能外，依据实际的情况还可以添加遥控功能。
本系统成本低廉，功能实用。
2.设计要求
2.1设计任务
设计一种基于单片机的密码锁
2.2设计要求
2.2.1密码用键盘输入（4-8位）
2.2.2用户可预置密码（4-8位）
2.2.3用LED数码管或LCD显示密码值，密码设置成功或开锁后显示“******”
2.2.4密码输入成功后开锁，密码输入错误时数码管或者LCD提示错误信息，并且红色的LED亮，三次输入错误后，扬声器报警。
3.硬件电路设计
3.1设计方案的选择
3.1.1方案一
采用数字密码锁电路的好处就是设计简单。
用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路作为密码锁的核心控制，共设了9个用户输入键，其中只有4个是有效的密码按键，其它的都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入的密码无效，需要重新输入；如果用户输入密码的时间超过40秒（一般情况下，用户不会超过40秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警80秒，若电路连续报警三次，电路将锁定键盘5分钟，防止他人的非法操作。
电路由两大部分组成：
密码锁电路和备用电源（UPS），其中设置UPS电源是为了防止因为停电造成的密码锁电路失效，使用户免遭麻烦。
密码锁电路包含：
键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输入次数锁定电路。
3.1.2方案二
采用一种是用以80C51为核心的单片机控制方案。
利用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加调电存储、声光提示甚至添加遥控控制功能。
其原理如图所示。
图3-1系统总设计结构图
3.1.3方案确定
通过比较以上两种方案，单片机方案有较大的活动空间，不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能，而且还可以方便的对系统进行升级，所以我们采用后一种方案。
另外从经济实用的角度出发，采用80C51单机，研制了一款具有防盗自动报警功能的电子密码锁。
该密码锁设计方法合理，简单易行，成本低，符合住宅、办公室用锁要求，具有一定的推广价值。
3.2密码输入方式的选择
3.2.1方案一
指纹输入识别 ：
指纹识别技术主要涉及四个功能：
读取指纹图像、提取特征、保存数据和比对。
通过指纹读取设备读取到人体指纹的图像，然后要对原始图像进行初步的处理，使之更清晰，再通过指纹辨识软件建立指纹的特征数据。
软件从指纹上找到被称为“节点”（minutiae）的数据点，即指纹纹路的分叉、终止或打圈处的坐标位置，这些点同时具有七种以上的唯一性特征。
通常手指上平均具有70个节点，所以这种方法会产生大约490个数据。
这些数据，通常称为模板。
通过计算机模糊比较的方法，把两个指纹的模板进行比较，计算出它们的相似程度，最终得到两个指纹的匹配结果，从而判断输入结果的正确与否。
3.2.2方案二
矩阵键盘输入识别：
由各按键组成的矩阵键盘每条行线和列线都对应一条I/O口线，键位设在行线和列线的交叉点，当一个键按下就会有某一条行线与某一条列线接触，只要确定接触的是哪两条线，即哪两个I/O口线，就可以确定哪一个键被触动。
行线设计成上拉口线，初始时被置高电位，列线悬空，初始置低。
通过不断读行线口线，或者中断方式触发键位扫描。
当发现有键按下，将列线逐一置低，其他列线置高，读行线口线。
当某条列线置低时，某条行线也被拉低，则确定这两条线的交点处的按钮被按下。
3.2.3方案确定
考虑到方案一软硬件太过复杂，而且成本也高，故不采用，而方案二每个按键都可通过程序赋予功能，从而完成密码识别本方案简单易行，故采用。
3.3主要元器件简介
3.3.124C02
串行E2PROM是基于I2C-BUS的存储器件，遵循二线制协议，由于其具有接口方便，体积小，数据掉电不丢失等特点，在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用。
随着世界上各公司对该器件的开发，市场上推出了许多牌号的24C02器件，甚至还有一些冒牌的24C02器件，这样就使批量生产的单片机控制系统的质量出现时好时坏的问题。
笔者经过大量的设计实践和试验摸索找出了24C02在应用中之所以出现数据被冲掉的原因，并总结了一套保护24C02数据安全的软硬件设计方法。
3.3.280C51
80C51单片机属于MCS-51系列单片机，由Intel公司开发，其结构是8048的延伸，改进了8048的缺点，增加了如乘（MUL）、除（DIV）、减（SUBB）、比较（CMP）、16位数据指针、布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和5个中断源。
采用40个引脚双列直插式DIP（DualInLinePackage），内有128个RAM单元及4K的ROM。
3.3.312864
12864液晶是一种统称，只说明类屏的一个特征，就是128*64个点构成。
对于液晶屏的特性则没有说明。
3.4硬件系统结构
3.4.1复位电路
单片机复位是使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。
无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。
在复位期间（即RST为高电平期间），P0口为高组态，P1－P3口输出高电平；外部程序存储器读选通信号PSEN无效。
地址锁存信号ALE也为高电平。
根据实际情况选择如图2-1所示的复位电路。
该电路在最简单的复位电路下增加了手动复位按键，在接通电源瞬间，电容C1上的电压很小，复位下拉电阻上的电压接近电源电压，即RST为高电平，在电容充电的过程中RST端电压逐渐下降，当RST端的电压小于某一数值后，CPU脱离复位状态，由于电容C1足够大，可以保证RST高电平有效时间大于24个振荡周期，CPU能够可靠复位。
增加手动复位按键是为了避免死机时无法可靠复位。
图3-2复位电路
3.4.2晶振电路
80c51引脚XTAL1和XTAL2与晶体振荡器及电容C4、C5按图2-2所示方式连接。
晶振、电容C4／C5及片内与非门（作为反馈、放大元件）构成了电容三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频率及电容C4、C5的容量有关，但主要由晶振频率决定，范围在0～33MHz之间，电容C4、C5取值范围在5～30pF之间。
根据实际情况，本设计中采用12MHZ做系统的外部晶振[11]。
电容取值为20pF。
图3-3晶振电路
3.4.3存储电路
AT24C02是一个2K位串行CMOS E2PROM， 内部含有256个8位字节，CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。
AT24C02有一个16字节页写缓冲器。
该器件通过IC总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。
采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到2.5V，额定电流为1mA，静态电流10Ua（5.5V），芯片内的资料可以在断电的情况下保存40年以上，而且采用8脚的DIP封装，使用方便。
图3-4存储电路
3.4.4报警电路
报警部分由陶瓷压电发声装置及外围电路组成，加电后不发声，当有键按下时，“叮”声，每按一下，发声一次，密码正确时，不发声直接开锁，当密码输入错误时，单片机的P2.1引脚为低电平，三极管T3导喇叭发出噪鸣声报警。
图3-5报警电路
4.程序设计
4.1程序清单*****************************************************************************/
#include
#include<12864.h>
#include
#include<24C01.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitLED1=P1^5;
sbitLED2=P1^6;
sbitINIT=P2^2;
sbitSOUND=P1^7;
ucharidatakey[6]={0,0,0,0,0,0};
ucharidataiic[6]={0,1,2,3,4,5};
voidpress（uchar*s）
{
uchardat;
//**************************************************
P3=0xf0;//保存第一位密码
while（P3==0xf0）;
dat=key_scan（）;
if（（dat!
=0x0a）&&（dat!
=0x0b））
{*s=dat;
Left（）;
star_12864（star,0x05,16）;
}
s++;
//**************************************************
P3=0xf0;//保存第二位密码
while（P3==0xf0）;
dat=key_scan（）;
if（（dat!
=0x0a）&&（dat!
=0x0b））
{*s=dat;
Left（）;
star_12864（star,0x05,24）;
}
s++;
//**************************************************
P3=0xf0;//保存第三位密码
while（P3==0xf0）;
dat=key_scan（）;
if（（dat!
=0x0a）&&（dat!
=0x0b））
{*s=dat;
Left（）;
star_12864（star,0x05,32）;
}
s++;
//**************************************************
P3=0xf0;//保存第四位密码
while（P3==0xf0）;
dat=key_scan（）;
if（（dat!
=0x0a）&&（dat!
=0x0b））
{*s=dat;
Left（）;
star_12864（star,0x05,40）;
}
s++;
//**************************************************
P3=0xf0;//保存第五位密码
while（P3==0xf0）;
dat=key_scan（）;
if（（dat!
=0x0a）&&（dat!
=0x0b））
{*s=dat;
Left（）;
star_12864（star,0x05,48）;
}
s++;
//**************************************************
P3=0xf0;//保存第六位密码
while（P3==0xf0）;
dat=key_scan（）;
if（（dat!
=0x0a）&&（dat!
=0x0b））
{*s=dat;
Left（）;
star_12864（star,0x05,56）;
}
//**************************************************
do{P3=0xf0;//键入Enter键盘继续执行下面语句，否则等待
while（P3==0xf0）;
dat=key_scan（）;
}while（dat!
=0x0b）;
}
voidDelay10ms（void）//延时10ms
{
uinti,j,k;
for（i=5;i>0;i--）
for（j=4;j>0;j--）
for（k=248;k>0;k--）;
}
voidmain（）
{
uchardat;
uchari=0,j=0,k;
ucharx;
LED1=1;
LED2=1;
SOUND=0;
INIT=1;
if（INIT==0）//密码初始化
{
x=SendB（iic,0x50,6）;
Delay10ms（）;
}//首先从IIC器件中读出密码以供下面输入密码进行比较
x=ReadB（iic,0x50,6）;
Init_12864（）;
//for（i=0;i<150;i++）{Delay10ms（）;}
//**********************************若密码不正确，循环执行do{}while（）********************************************
do
{
P3=0xf0;
while（P3==0xf0）;
dat=key_scan（）;
}while（dat!
=0x0b）;
if（dat==0x0b）{
do{
LED1=1;
System（）;//显示：
"请输入密码"字幕
press（key）;
if（（key[0]==iic[0]）&&（key[1]==iic[1]）&&（key[2]==iic[2]）&&（key[3]==iic[3]）&&（key[4]==iic[4]）&&（key[5]==iic[5]））//密码比较,若密码正确责进入系统，若密码不正确则显示密码错误，重新输入密码
{
true（）;
do
{
P3=0xf0;//键入1或2继续执行下面语句，否则等待
while（P3==0xf0）;
dat=key_scan（）;
}while（dat!
=0x01&&dat!
=0x02）;
if（dat==1）//开锁
{
LED1=0;
unlock（）;
for（i=0;i<100;i++）{Delay10ms（）;}
continue;
}
if（dat==2）//修改密码
{
do{
System（）;
press（key）;
again（）;
press（iic）;
if（（key[0]==iic[0]）&&（key[1]==iic[1]）&&（key[2]==iic[2]）&&（key[3]==iic[3]）&&（key[4]==iic[4]）&&（key[5]==iic[5]））
{
succeed（）;//修改密码成功
for（i=0;i<100;i++）{Delay10ms（）;}
Delay10ms（）;
x=SendB（iic,0x50,6）;
Delay10ms（）;
x=ReadB（iic,0x50,6）;break;
}
else//修改密码不成功，重新修改
{
repeat（）;
for（i=0;i<100;i++）{Delay10ms（）;}
}
}while
（1）;
}
}
else//密码不正确，重新输入密码
{
j++;
if（j==3）
{
for（i=0;i<8;i++）
{
LED2=0;
for（k=0;k<5;k++）{Delay10ms（）;}
LED2=1;
for（k=0;k<5;k++）{Delay10ms（）;}
}
j=0;
}
error（）;
for（i=0;i<50;i++）{Delay10ms（）;}
}
}while
（1）;
}
}
4.2proteus/keil仿真图
4.2.1电子密码锁开机仿真结果
4.2.2电子密码锁修改密码仿真结果
5.总结
使用单片机的制作的电子密码锁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，可应用于住宅、办公室的保险箱及档案柜等需要防盗的场所，有一点的实用性。
该电路设计还具有按键有效提示，输入错误提示，控制开锁电平，控制报警电路，修改密码等多种功能。
通过本次课程设计，让我对单片机有了进一步的熟悉和了解，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。
特别感谢为辅导我们这次课程设计，一直辛苦工作的梁芳老师。
参考文献
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[2]王为青程国钢.单片机KeilCx51应用开发技术.人民邮电出版社,2007.2
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清华大学出版社．北方交通大学出版社．2002.01
[4]蔡明文冯先成．单片机课程设计．武汉：
华中科技及大学出版社．2007.08
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