电气自动化技术智能电子密码锁设计

天 津 大 学 网 络 教 育 学 院专科毕业论文题目：智能电子密码锁设计完成期限：2016 年 7 月 5 日 至 2016 年 11 月 5 日学习中心：南昌专业名称：电气自动化技术学生姓名：曾华辉学生学号：142901433004指导教师：李娜娜智能电子密码锁设计一、概述1、选题背景在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码控制系统逐渐代替传统的机械式密码控制系统，克服了机械式密码控制的密码量少、安全性能差的缺点，使电子密码控制系统无论在技术上还是在性能上都大大提高了一步。随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的问世，出现了带微处理器的智能密码控制系统，它除具有传统电子密码控制系统的功能外，还引入了智能化管理、专家分析系统等功能，从而使密码控制系统具有很高的安全性、可靠性，应用日益广泛。2、电子密码控制简介电子密码控制是一种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、闭锁任务的电子产品。电子密码控制不论性能还是安全性都已大大超过了机械类。其特点如下：1) 保密性好，编码量多，远远大于机械控制。随机开锁成功率几乎为零。2) 密码可变，用户可以随时更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使控制的保密性下降。3) 误码输入保护，当输入密码多次错误时，报警系统自动启动。4) 无活动零件，不会磨损，寿命长。5) 使用灵活性好，不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁。6) 电子密码控制系统具有操作简单易行，一学即会的特点。3、电子密码控制的发展趋势由于电子器件所限，以前开发的电子密码控制系统，其种类不多，保密性差，最基本的就是只依靠最简单的模拟电子开关来实现的，制作简单但很不安全，后来便是基于 EDA 来实现的，其电路结构复杂，电子元件繁多，也有使用早先的 20 引脚的 2051 系列单片机来实现的，但密码简单，易破解。随着电子元件的进一步发展，电子密码控制系统也出现了很多的种类，功能日益强大，使用更加方便，安全保密性更强，由以前的单密码输入发展到现在的，密码加感应元件，实现了更为真正的电子加密，用户只有密码或电子钥匙中的一样，是打不开锁的，随着电子元件的发展及人们对保密性需求的提高出现了越来越多的电子密码控制系统 。由于数字、字符、图形图像、人体生物特征和时间等要素均可成为电子信息，组合使用这些信息能够使电子防盗密码控制获得更高的保密性，如防范森严的金库，需要使用复合信息密码的电子防盗密码控制系统。组合使用信息也能够使电子防盗密码控制系统获得无穷扩展的可能。可以看出组合使用电子信息是电子密码控制系统今后发展的趋势 。二、系统总体方案设计总体方案设计如下：本系统由单片机系统、矩阵键盘、LED 显示和报警系统组成。系统能完成开锁、超时报警功能。1、单片机系统此次设计采用一种是用以 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，进行电子密码锁的设计。此次课题用单片机 P1 口与键盘相连，做输入口，P0 口与显示器相连，做显示，P2 口做显示器扫描。2、矩阵键盘接口电路此次课程设计采用 4*4 矩阵键盘，与 P1 口相连，采用扫描法。设有 09 十个数字密码，和一个确认键。开机显示 000000，等待密码输入，输入 6 个密码，按确认键后，密码比较。3、LED 显示此次课程设计 6 密码 6 显示器，按键后即显示，动态显示。P0 口送示数据，P2 口显示扫描，根据按键次数，第一位显示器显示第一次按的密码，第二位显示器显示第二次按的密码，第三位显示器显示第三次按的密码，依此第六位显示器显示第六次按的密码，按键完成后按确认键后，密码对则执行相关动作，不同则显示器清零，等待重新输入。4、报警系统此次课程设计，当按键三次错误后，系统报警，报警装置由一扬声器实现，从 P3.0 口输出脉冲，使扬声器鸣报警。三、硬件电路设计1、键盘电路设计（1）矩阵式键盘电路图 31：图 3-1 矩阵式键盘电路图在键盘中按键数量较多时，为了减少 I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图 1 所示。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口(如 P1 口) 就可以构成4*4=16 个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，图 1-1中，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的 I/O 口作为输出端，而列线所接的 I/O 口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。（2）矩阵式键盘的识别方法确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一种“行扫描法” 。行扫描法又称为逐行(或列)扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，如上图所示键盘，介绍过程如下。判断键盘中有无键按下： 先将行线 p1.7-p1.4 置 0111，然后检测列线的状态。如果 p1.3-p1.0 为0111，则 k0 被按下；如果 p1.3-p1.0 为 1011，则 k1 被按下；如果 p1.3-p1.0 为1101，则 k2 被按下；如果 p1.3-p1.0 为 1110，则 k3 被按下；将行线 p1.7-p1.4 置 1011，然后检测列线的状态，方法同（1）；将行线 p1.7-p1.4 置 1101，然后检测列线的状态，方法同（1）；将行线 p1.7-p1.4 置 1110，然后检测列线的状态，方法同 2、LED 显示电路设计（1）LED 显示电路图： 图 3-2 LED 动态显示电路（2）LED 显示原理：LED 就是 light emitting diode ，发光二极管的英文缩写，简称 LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。显示器显示接口按驱动方式可分为静态显示和动态显示，静态显示时，除变更显示数据期间外，各显示器均处于通电状态，每个显示器的通电占空比为 100%，静态显示的优点是显示稳定，亮度高，缺点是占用硬件电路多；动态显示的优点是节省硬件电路，缺点是占用软件扫描时占用 CPU 时间多。对于多位 LED 显示器，通常都是采用动态扫描的方法进行显示，即逐个地循环点亮各位显示器，这样虽然在任一时刻只有一显示器被点亮，但是由于人眼具有视觉残留效应，看起来与全部显示器持续点亮效果完全一样。为了实现 LED 显示器的动态扫描，除了要给显示器的输入之外，还有对显示器选择位的控制，这就是通常所说的段控和位控。因此，多位 LED 显示器接口电路需要有两个输出口，其中一个用于 8 条段控线，另一个用于输出位控线，位控线的数目等于显示器的位数。为了方便编写程序，通常在内部 RAM 中设置显示缓冲区，存放显示的数字或字符，显示缓冲区单元个数与 LED 显示器位数相同。此次基于单片机的电子密码锁，我选用动态显示，通过与软件配合，每输入一个密码，进行显示一次，扫描，6 个密码输入完后，进行比较，密码正确则开锁，密码错误，可重新输入三次，三次后仍然错误，报警！3、报警电路设计（1）报警电路图图 3-3 报警电路（2）报警电路原理输入密码与设定密码做比较，当输入密码与设定密码不同，返回再输入，当输入密码次数超过 3 次时，通过软件从 80C51 的 P3.0 输出脉冲，使扬声器鸣笛报警。4、软件设计1、软件总体设计软件的设计主要包括：密码的固定、键盘识别判断、密码显示、密码比较、密码对处理、错报警。软件设计总流程图如下：图 4-1 软件设计总流程图2、各子程序的设计（1）密码的固定：将密码固定在程序存储器 ROM 中，设定 6 位密码，密码固定在 ROM 的 20H到 25H 六个单元中 。（2）键盘的扫描识别判断：用矩阵式键盘，扫描法对键盘进行识别判断，具体流程图如下：图 4-2 键盘扫描流程图以上是第一行的扫描，接着 MOV P1,#10111111,扫