基于单片机的密码锁设计.docx

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基于单片机的密码锁设计

基于单片机的密码锁设计

重庆师范大学涉外商贸学院　　电子科学与技术　　2013级　　左铭阳

指导老师：

张开成

摘要：

本次密码锁设计控制核心使用STC89C52单片机，并且包含矩阵键盘蜂鸣器器与继电器等模块。

其中矩阵键盘主要作用是修改系统参数、蜂鸣器起到警示作用，整个系统实现设置与修改用户密码，并且对错误密码进行报警等功能。

本系统成本低廉，功能实用。

关键词：

密码锁；报警；蜂鸣器；STC89C52

Abstract：

ThissystembytheSTC89C52singlechipmicrocomputer，the4*4matrixkeyboard，buzzer，resetcircuitandvibrationcircuit，relayandsoon，4*4

matrixkeyboardismainlyusedforinputandmodifythepassword，thebuzzeralarm，andresonancecircuitandresetcircuitSTC89C52singlechipmicrocontrollerminimumsystem．Ithassixsettings，modifyuserpassword，passworderroralarm，etc．Thissystemislowcost，functionandpractical.

Keywords：

combinationlock；Callthepolice；Buzzer；STC89C52

1绪论

1．1课题背景

在平时生活工作中，房屋和公司的安保、单位的文件、档案、财务报表和个人资料的保管基本都是用上锁的方式。

使用传统的机械锁，通常需要配备很多把钥匙，并且钥匙需要随身携带，使用不方便，并且钥匙丢失之后存在较大安全隐患，因此随着科学技术的发展，人们对日常生活中所使用的锁具提出了更高的要求，为了满足人们不断增长的要求，增加安全性，逐渐研制出性能优良、安全性高并且容易操作的密码锁。

1．2课题的目的和意义

随着社会经济的发展，人们的生活水平不断提高，如何实现重要物品的安保和防盗这一问题也变得愈发重要，传统的机械锁由于结构简单，被盗的情况时有发生。

一般密码锁在方便程度与安全程度上要明显高于传统机械锁，因此现阶段密码锁逐渐取代传统机械锁。

科技的进步，使得单片机的性能增强，性价比提高。

单片机相比较其他控制器具有体积小、功耗小、性价比高与运算速度较快等优点，因此逐渐在家用电器、航空、航天等方面获得了广泛的应用与推广。

本系统主要使用单片机与各个模块共同完成数据的采集与处理，最终实现密码设置、密码修改、错误报警等功能。

1．3电子密码锁的发展趋势

其本质上是使用电路内逻辑关系对锁具进行控制的设备，当使用键盘键入正确的密码时，锁具将会被打开。

其最大的优点是保密性能较好、可靠性较高，使用较为方便，并且不存在活动的零件，器件磨损较小。

电子密码锁将很大程度上改善人们的生活，提高生活质量，有非常广阔的应用前景。

随着科技的不断进步，其安全性与实用性等优势将会发挥的更加明显。

从当前科技发展水平与人们生活方式来看，现阶段使用最为广泛的是键盘式密码锁，其主要在密码箱与保险箱上使用。

键盘用来输入密码，方面用户使用，其最大的特点是密码能够根据用户需要进行改变，并且用户个人掌握，具有准确、可靠等优点。

1．4本设计完成的工作

（1）明白电子密码锁的基本原理和实现的具体方法；

（2）熟悉单片机软硬件开发环境，并且熟练运用C语言进行编程；

（3）掌握单片机内部结构与所具备的资源，学习相关软硬件调试的方式；

（4）构建基于单片机的最小系统，完成硬件电路设计。

2总体方案设计

本次密码锁设计主要使用STC89C52作为控制核心，并且配合相关功能模块，实现密码修改、设置等功能，并且在输入正确密码之后，单片机驱动继电器开锁，反之输入密码错误，将会自动报警，其主要功能由键盘、蜂鸣器与继电器共同实现。

其中键盘主要是用来修改系统参数值与输入密码等功能，单片机主要用来采集数据，并且根据数据信息控制蜂鸣器与继电器等。

从而使整个密码锁正常运行。

图2－1　系统总体方框图

如图2－1所示，电源输入电路为STC89C52提供直流电。

晶振电路模块实现功能是为单片机提供能够正常工作的时钟信号。

复位电路主要是为单片机提供复位信号，使其能够从初始状态重新开始运行。

例如在复位信号之后，单片机将会从0000H地址开始重新工作。

键盘电路主要实现系统参数修改与密码输入等。

2．1系统设计

2．1．1电源模块

为了使用更加方便，本系统采用DC－USB的方式为系统供电，采用5V直流供电，并且当外部直流输入时，首先进行滤波处理，减少输入信号的交流部分，为本系统提供稳定的电源，以确保各个电路正常稳定的工作。

2．1．2主控制器模块

以STC89C52单片机为核心对密码锁进行控制。

密码锁控制是本系统的核心部分，单片机具有控制方式简单、可靠与快速等优点，因此本文使用单片机进行控制，并且充分的发挥其内部资源丰富，控制逻辑强大等特点。

STC89C52单片机具有丰富的位操作指令，I／O口可按位寻址，程序内部空间可以达到8K，并且价格较为便宜。

3硬件实现及单元电路设计

3．1主控制模块

主控制最小系统电路如图3－1所示。

图3－1　单片机主控电路

3．2　　单片机时钟电路与复位电路设计

本系统采用STC系列单片机，相对于其他系列单片机来说，具有资源丰富，执行速度快，下载程序方便，抗干扰能力强等优点。

时钟电路与复位电路原理图如下所示：

图3－2　时钟电路图3－3　复位电路

本文所使用单片机输出端口P0口内初始时并未设计上拉电阻，因此当需要正常使用并且需要输出高电平时，需要人为增加上拉电阻。

3．3　　键盘电路设计

为了控制系统的运行状态，输入控制命令和数据信息，在单片机系统中通常都会配备键盘来完成人机交互。

最常用的交互方式是键盘，通过其实现数据的输入。

对于控制或者逻辑关系较为简单的电路，通常使用独立按键即可，其优点是接口简单、控制容易，但占据硬件资源较多。

对于需要输入很多参数、功能繁多的系统，采用矩阵键盘进行输入控制的方式会节省I/O端口资源。

本次使用的矩阵键盘为四行三列式，具体的连接方式如图3.4所示。

图3－4　键盘电路

3．4　　液晶显示电路设计

在对功耗要求比较严格的场合，常常使用液晶显示器作为人机交互的显示部分，其应用非常广泛，例如电子计算器、手机等。

为了使本系统能够更加清楚的显示输入密码与各类操作窗口，所以选取液晶显示器，并且其采取总线连接的方式。

具体连接方式如图3－5所示。

图3－5　液晶显示电路

3．5　　存储芯片电路设计

总线（Inter　Integrate　Circuit　BUS）全称为芯片间总线，它在芯片间以一条数据线（SDA）和一条串行时钟线（SDL）实现全双工同步数据传输，构建外围器件扩展系统非常方便。

本系统采用AT24C01系列串行总线的EEPROM芯片存储数据，存储系统连接如图3－6所示：

图3－6　总线和存储芯片连接电路图

3．6　　报警电路

本系统采用蜂鸣器报警的方式，其原理如图3－7所示。

图3－7　蜂鸣报警电路

3．7　　密码锁电路

继电器构成了密码锁电路，当密码相匹配时开锁继电器就会闭合。

如图3－8所示。

图3－8　密码锁电路

4　　系统软件设计方案

4．1　　主程序流程图

如图4－1为主程序流程图，用户可自行设定和修改密码，密码输入不匹配时会发出声音警告。

只有密码输入相匹配时才能开锁。

图4－1　主程序流程图

4．2　　开锁软件设计

如图4－2开锁流程图，开始时按开锁键，键入密码，如果密码相匹配，则开锁。

否则执行报警程序。

图4－2　开锁流程图

结论

本系统主要从经济和实用的方向出发，使用STC89C52作为系统的控制核心和AT24C01作为系统外部存储设备，并且配合系统的电源、按键、显示、报警模块等共同实现电子密码锁的基本功能。

最终调试可以得知，本次设计基本可以满足设计需求，并且本系统具有硬件电路简单、成本较低、可靠性较高等优点，软件具有运行稳定、逻辑清晰、方便使用等优点，能够广泛的使用在宿舍、卧室等地方的保险箱设备。

但是，因为时间与个人能力的关系，本系统中还有需要方面并未考虑周全，需要后期不断进行修改与完善。

通过本次电子密码锁的设计与制作，使我更加深刻的认识到，理论与实践的巨大差距，需要不断的努力学习基本理论知识，并且不断重视实践的重要性与必要性。

在学习到新的知识之后，需要通过后期不断实践来固定知识。

并且需要将学习的知识不断的应用到实践当中，做到温故而知新。

在理论与实践不断结合中，增加自身能力。

不断夯实自己，为以后遇到更加高深与尖端知识打下良好的基础。

感谢张老师的悉心指导和同学们的帮助！

参考文献

［1］　王千．　实用电子电路大全［M］．　电子工业出版社，　2004

［2］　彭为．　单片机典型系统设计实例精讲［M］．　电子工业出版社，2006

［3］　张荣．　基于单片机的智能系统设计与实现［M］．　电子工业出版社，　2005

［4］　朱勇．　单片机原理与应用技术［M］．　清华大学出版社，　2006

［5］　潘永雄．　新编单片机原理与应用［M］．　西安电子科技大学出版社，　2003

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［7］　郭海英．　基于单片机的电子安全密码锁的设计［M］．　现代电子技术，　2005

［8］　李明喜．　新型电子密码锁的设计［J］．　机电产品开发与创新，　2004

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［10］　Wireless　World，　1998

［11］　石文轩，　宋薇．　基于单片机MCS一51的智能密码锁设计［J］．　武汉工程职业技术学院学报，　2004

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［14］　R．　Dye．　Visual　Object－Orientated　Programming［J］．　Dr．　Dobbs　MacintoshJournal，　1991　

附录1部分源程序

＃include　＜reg52．h＞　　　　　　　　　／／调用单片机头文件

＃define　uchar　unsigned　char　　／／无符号字符型　宏定义变量范围0～255

＃define　uint　　unsigned　int　／／无符号整型　宏定义变量范围0～65535

＃include　＂lcd1602．h＂

＃include　＂iic．h＂

uchar　value，i；／／变量

uchar　flag＿lj＿en；　　／／边加

uchar　flag＿lj＿en＿value；

sbit　relay　＝　P2＾3；　　／／继电器定义

sbit　beep　　＝　P2＾2；　　／／蜂鸣器定义

uchar　smg＿i；

uchar　dis＿smg［6］；

uchar　password［6］＝｛6，5，4，3，2，1｝；　　　　／／密码保存

uchar　password＿bj［6］＝｛1，2，3，4，5，6｝；／／密码比较

uchar　code　password＿r［6］　＝　｛6，5，4，3，2，1｝　；

uchar　password＿xg［6］；／／密码修改

uchar　flag＿password；　　　　　　／／密码正确否

uchar　flag＿password＿cichu1；／／密码错误次数

uchar　flag＿password＿cichu2；／／密码错误次数

bit　flag＿500ms；　　　　　／／500ms标志位

bit　flag＿200ms＝1；　　　　　／／200ms标志位

bit　flag＿beep＿en；　　　／／蜂鸣器标志位　

bit　flag＿relay＿en；　　　／／继电器标志位　

＃define　key＿io　P0

uchar　key＿can；

＃include　＂iic．h＂

／＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊主程序＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊／　　　

void　main（）

｛

password＿chushifa（）；

time＿init（）；　　　／／定时器初始化

init＿menu（）；

read＿24c02＿8（6，0，password）；

init＿1602（）；

init＿1602＿dis＿csf（）；

while

（1）

｛

key（）；

if（key＿can　＜　20）

｛

key＿with（）；

｝

menu＿dis（）；

password＿return（）；

｝

｝

附录2实物图片