一种智能电子密码锁设计

毕业设计说明书一种智能电子密码锁的设计学 院 ： 电 气 与 电 子 工 程 学 院 专 业 ： 电 子 信 息 工 程 学 生 姓 名 ： 学 号 ： 指 导 教 师 ： 2012 年 6 月摘要摘 要随 着 人 们 生 活 水 平 的 提 高 和 安 全 意 识 的 加 强 ， 锁 具 系 统 的 安 全 性 变 得 至关 重 要 ， 传 统 的 机 械 锁 由 于 其 构 造 的 简 单 ， 安 全 性 能 低 ， 无 法 满 足 人 们 的需 要 ， 电 子 锁 是 通 过 输 入 密 码 来 控 制 电 路 或 是 芯 片 工 作 的 ， 从 而 控 制 机 械 开关 的 闭 合 ， 实 现 开 锁 、 闭 锁 任 务 的 电 子 产 品 ， 其 安 全 系 数 高 ， 使 用 灵 活 性 好 ，保 密 性 高 ， 受 到 了 广 大 用 户 的 青 睐 。本 次 设 计 使 用 AT89C51 实 现 一 基 于 单 片 机 的 电 子 密 码 锁 。 该 电 子 密 码锁 系 统 由 单 片 机 、 LED 显 示 器 、 矩 阵 键 盘 和 报 警 系 统 组 成 。 其 功 能 是 由键 盘 输 入 4 位 密 码 ， 通 过 单 片 机 进 行 密 码 的 比 较 ， 实 现 系 统 开 锁 的 功 能 ，此 外 系 统 还 可 以 完 成 超 次 锁 定 、 修 改 密 码 等 基 本 的 密 码 锁 功 能 ， 而 该 系 统 的电 源 部 分 将 由 市 电 供 电 电 路 和 备 用 电 源 电 路 两 部 分 组 成 ， 因 此 ， 本 次 设 计 的电 子 密 码 锁 只 适 用 于 保 险 柜 、 门 等 固 定 设 备 。 本 文 详 细 的 介 绍 了 系 统 各 个硬 件 的 性 能 和 作 用 ， 以 及 软 件 设 计 思 路 和 主 要 软 件 模 块 的 流 程 图 。该 密 码 锁 安 全 、 有 效 、 可 靠 ， 有 很 强 的 实 用 价 值 ， 另 外 由 于 设 计 简 单 ，实 验 材 料 价 钱 低 ， 可 用 于 实 际 生 活 中 。关 键 词 ： 单 片 机 ； 矩 阵 键 盘 ； LED 显 示 ； 报 警 ； AbstractAbstractIWith the improvement of peoples living standard and safety consciousness strengthen, lock system security becomes more and more important, the traditional mechanical lock because of its simple structure, low safety property, can not meet the needs of the people, the electronic lock is by entering the password to the control circuit or chip work, mechanical switches to control the closure, realize unlocking, closed the task of electronic products, the safety factor is high, the use of flexibility good, high confidentiality, by the majority of users of all ages.The design uses AT89C51 microcontroller-based electronic combination lock.The electronic lock system is composed by the microcontroller, LED display, matrix keyboard, and alarm systems. Its function is entered from the keyboard 4 password, the password comparison, through the SCM system lock function, in addition to the system can also be completed Subharmonic and Ultra lock, modify passwords and other password lock function, and the power part of the system mains power supply circuit and standby power of two parts, therefore, the design of the electronic code lock is only applicable to safes, doors and other fixtures. This paper describes the performance and role of the system hardware and software design ideas and the flow chart of the major software modules.The cipher lock is safe, effective, reliable, has a strong practical value, also due to the simple design, experimental materials, low price, can be used in real life.Keywords： the microcontroller、 matrix keyboard、 LED display、 alarm目录目录I摘 要 .IAbstract.II目录 .III第一章 绪 论 .11.1 电子密码锁简介 .11.2 电子密码锁的背景 .11.3 电子密码锁设计的意义及本设计的特点 .1第二章 方案的比较与论证 .32.1 方案比较与论证 .3方案一：采用数字电路控制方案 .3方案二：采用以单片机为核心的控制方案 .4第三章 主要元器件介绍 .53.1 主控芯片 89C51.53.2 LED 显示器 .73.3 晶体振荡器 .8第四章 硬件电路设计 .94.1 设计原理 .94.2 电源输入电路设计 .94.2.1 市电供电电路 .94.2.2 备用电源电路 .134.3 键盘输入电路设计 .134.3.1 键输入原理 .134.3.2 矩阵键盘 .134.4 晶振电路设计 .144.5 显示电路设计 .144.6 报警电路设计 .154.7 开锁电路设计 .164.8 Protel DXP 应用 .164.8.1 原理图设计步骤 .174.8.2 PCB 板图的设计 .17第五章 软件程序设计 .215.1 主程序流程图 .215.2 按键功能软件设计 .225.3 密码设置软件设计 .235.4 密码比较软件设计 .245.5 开锁软件设计 .25第六章 系统调试 .26目录II6.1 系统调试用到的软件及工具 .266.2 uVision2 简介 .266.3 Proteus 简介 .276.4 调试方法 .286.4.1 键盘、LED 部分的调试 .286.4.2 开锁及报警电路的调试 .396.4.3 系统调试 .29结 论 .30参考文献 .31致 谢 .32附录 1 系统电路 .33附录 2 源程序 .34第一章 绪 论第一章 绪论- 1 -1.1 电 子 密 码 锁 简 介智 能 电 子 密 码 锁 是 通 过 输 入 密 码 来 实 现 对 电 路 或 芯 片 控 制 ， 从 而 实 现 机械 开 关 的 闭 合 ， 实 现 开 锁 、 闭 锁 任 务 的 电 子 产 品 。 它 的 类 型 非 常 多 ， 有 简 单的 电 路 产 品 ， 也 有 性 价 比 比 较 高 的 基 于 芯 片 的 集 成 电 子 产 品 。 现 在 应 用 较 为广 泛 的 智 能 电 子 密 码 锁 是 以 芯 片 为 主 要 部 分 ， 通 过 编 写 程 序 来 实 现 的 。 其 安全 性 和 性 能 已 远 远 超 过 了 机 械 锁 。 其 特 点 如 下 ：1) 编 码 量 较 多 ， 保 密 性 较 好 ， 已 远 远 大 于 弹 子 锁 。2) 用 户 可 以 根 据 自 己 的 习 惯 随 时 更 改 密 码 ， 防 止 密 码 被 盗 ， 同 时 也 可以 避 免 因 人 员 的 替 换 而 使 电 子 锁 的 保 密 性 下 降 。3) 错 误 密 码 输 入 保 护 ， 当 输 入 密 码 错 误 时 ， 报 警 系 统 自 动 启 动 ； 如 果电 路 连 续 报 警 三 次 ， 电 路 将 锁 定 键 盘 5 分 钟 ， 以 防 止 他 人 的 非 法 操 作4) 灵 活 性 好 ， 不 需 要 佩 带 钥 匙 就 能 开 锁 。5) 智 能 电 子 密 码 锁 的 操 作 方 便 而 且 简 单 易 行 ， 一 学 即 会 。1.2 电 子 密 码 锁 的 背 景随 着 科 学 技 术 的 进 步 ， 锁 具 器 械 已 发 展 到 了 磁 性 锁 、 声 控 锁 、 激 光 锁 、密 码 锁 等 等 。 在 传 统 钥 匙 的 基 础 上 ， 加 了 磁 场 、 声 波 、 光 波 及 密 码 等 不 同 介质 ， 来 控 制 锁 的 开 启 ， 从 而 极 大 地 提 高 了 锁 的 安 全 性 能 ， 使 不 法 分 子 无 法 启动 。 人 们 也 就 能 对 自 身 财 产 安 全 有 了 更 多 的 保 障 。 当 今 信 息 安 全 系 统 的 应 用越 来 越 广 泛 ， 特 别 是 在 财 产 保 护 、 维 护 隐 私 和 保 护 机 密 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 电 子 密 码 锁 设 计 的 意 义 及 本 设 计 的 特 点单 片 机 ， 亦 称 单 芯 片 微 型 计 算 机 或 单 芯 片 微 电 脑 。 它 是 把 随 机 存 取 存 储器 （ RAM） 、 中 央 处 理 器 （ CPU） 、 输 入 /输 出 端 口 （ I/0） 、 只 读 存 储 器（ ROM） 和 其 它 计 算 机 功 能 部 件 都 集 成 在 一 块 集 成 电 路 芯 片 上 的 微 型 计 算 机 。随 着 科 技 的 发 展 ， 单 片 机 已 不 是 一 个 陌 生 的 名 词 ， 它 的 出 现 是 近 代 计 算 机 技术 发 展 史 上 的 一 个 重 要 里 程 碑 ， 因 为 单 片 机 的 诞 生 标 志 着 计 算 机 正 式 形 成 了通 用 计 算 机 系 统 和 嵌 入 式 计 算 机 系 统 两 大 分 支 。 单 片 机 单 芯 片 体 积 小 和 成 本低 ， 可 广 泛 地 应 用 到 如 玩 具 、 录 像 机 、 摄 像 机 、 智 能 仪 器 仪 表 、 导 弹 的 导 航第一章 绪论- 2 -装 置 、 全 自 动 洗 衣 机 的 控 制 、 办 公 自 动 化 设 备 、 医 用 设 备 、 计 算 机 的 网 络 通信 和 数 据 传 输 中 ， 成 为 现 代 电 子 产 品 系 统 中 最 重 要 最 常 用 的 智 能 化 工 具 。 我们 只 需 要 挑 一 点 点 简 单 的 单 芯 片 外 围 接 口 电 路 ， 最 核 心 部 分 只 能 由 人 为 的 写入 程 序 来 实 现 。电 子 锁 可 以 在 日 常 生 活 和 现 代 化 的 办 公 中 ， 住 宅 与 办 公 室 的 安 全 性 、 单位 的 文 件 和 档 案 、 财 务 报 表 以 及 一 些 个 人 资 料 的 保 存 等 多 种 场 合 使 用 。 大 大提 高 了 主 人 物 资 的 安 全 性 及 可 靠 性 ， 安 全 可 以 取 代 老 式 的 机 械 锁 。 目 前 使 用的 密 码 锁 有 多 种 不 同 的 特 点 。 本 设 计 要 求 研 制 一 款 具 有 防 盗 自 动 报 警 功 能 的智 能 电 子 密 码 锁 。 该 电 子 密 码 锁 要 求 设 计 方 法 合 理 ， 成 本 低 廉 ， 操 作 简 单 易行 ， 符 合 住 宅 、 办 公 室 用 锁 要 求 ， 具 有 一 定 的 推 广 价 值 。（ 1） 将 一 个 4 位 代 码 存 储 在 锁 的 控 制 电 路 中 ， 当 开 锁 部 分 开 关 的 输 入代 码 等 于 在 控 制 电 路 中 存 储 的 代 码 时 ， 进 入 开 锁 状 态 ， 从 而 将 锁 打 开 。（ 2） 若 开 锁 部 分 开 关 的 输 入 代 码 不 等 于 在 控 制 电 路 中 存 储 的 代 码 时 ，键 盘 输 入 电 路 则 自 动 清 零 ， 原 先 输 入 的 密 码 成 为 无 效 密 码 ， 需 要 重 新 输 入 新密 码 ； 如 果 用 户 输 入 密 码 的 时 间 超 过 了 40 秒 （ 一 般 情 况 下 ， 用 户 不 会 超过 40 秒 ， 若 用 户 觉 得 不 方 便 ， 还 可 以 修 改 ） 电 路 将 报 警 80 秒 ， 如 果 电 路连 续 报 警 三 次 ， 电 路 将 锁 定 键 盘 5 分 钟 ， 以 防 止 他 人 的 非 法 操 作 。第二章 方案的比较与论证第二章 方案的比较与论证- 1 -2.1 方 案 比 较 与 论 证方 案 一 ： 采 用 数 字 电 路 控 制 。 其 原 理 方 框 图 如 图 2-1所 示 。开始计时消除报警信号 锁定脉冲220V图 2-1 数字电路控制密码锁电路方案采 用 数 字 电 路 控 制 密 码 锁 电 路 的 好 处 就 是 设 计 简 单 易 行 。 该 设 计 中 密 码锁 的 核 心 控 制 是 74LS112 双 JK 触 发 器 构 成 的 数 字 逻 辑 电 路 ， 共 设 了 10个 输 入 键 供 用 户 选 用 ， 其 中 有 效 的 密 码 按 键 只 有 4 个 ， 如 果 按 下 一 个 无 效按 键 ， 键 盘 输 入 电 路 则 自 动 清 零 ， 预 先 输 入 的 密 码 是 无 效 的 ， 您 需 要 重 新 输入 ； 如 果 电 路 是 连 续 报 警 三 次 ， 电 路 将 锁 定 键 盘 5 分 钟 ， 以 防 止 他 人 非 法操 作 。键盘录入密码校验在控制电路中电路开锁电路执行电路密码修改电路限时报警报警次数检测 锁定开门限时报警市电供电电路 电子切换开关蓄电池端点检测充电电路电源 VCC第二章 方案的比较与论证- 2 -该 电 路 由 两 部 分 组 成 ： 备 用 电 源 和 密 码 锁 电 路 ， 其 中 设 置 的 备 用 电 源 ，以 防 止 由 于 停 电 造 成 的 智 能 电 子 密 码 锁 电 路 的 使 用 失 效 ， 使 用 户 免 于 遭 受 此类 麻 烦 。密 码 锁 电 路 包 括 ： 键 盘 输 入 电 路 、 检 测 密 码 、 修 改 密 码 、 执 行 电 路 、 键盘 输 入 、 开 锁 电 路 、 报 警 电 路 。方 案 二 ： 采 用 以 单 片 机 为 核 心 的 控 制 方 案由 于 单 片 机 型 号 繁 多 ， 各 种 类 型 都 有 其 一 定 的 应 用 环 境 ， 因 此 在 选 用 时需 要 多 加 比 较 ， 以 选 择 合 理 的 型 号 ， 获 得 最 好 的 性 价 比 。 在 一 般 情 况 下 ， 选择 单 片 机 时 考 虑 以 下 几 个 方 面 ： 内 存 、 性 能 、 I/O 端 口 、 定 时 /计 数 器 、串 行 接 口 、 运 行 速 度 、 模 拟 电 路 、 工 作 电 压 、 功 耗 、 封 装 和 抗 干 扰 性 及 保 密性 ， 除 了 上 面 的 一 些 还 有 一 些 非 常 简 单 的 例 子 ： 工 作 温 度 范 围 、 中 断 源 的 优先 级 和 数 量 、 低 电 压 检 测 、 单 片 机 内 是 否 有 时 钟 振 荡 器 、 是 否 带 上 电 复 位 功能 等 。 该 单 片 机 在 开 发 过 程 中 还 受 到 ： 编 程 器 、 开 发 成 本 、 开 发 工 具 、 技 术支 持 和 服 务 、 开 发 人 员 的 适 应 性 等 等 因 素 。 基 于 以 上 因 素 本 设 计 的 核 心 元 件选 用 单 片 机 AT89C51， 利 用 单 片 机 丰 富 的 I/O 端 口 和 灵 活 的 编 程 设 计 及 其控 制 的 准 确 性 ， 实 现 基 本 的 密 码 锁 功 能 。 单 片 机 的 外 围 电 路 中 接 入 矩 阵 键 盘用 于 密 码 的 输 入 和 一 些 功 能 的 控 制 ， 外 接 LED 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 再 按 键 盘 的 0 9 数 字 键 输 入 密 码 。密 码 输 完 后 按 下 确 认 键 ， 如 果 输 入 的 密 码 正 确 则 开 锁 ， 如 果 输 入 的 密 码 不 正确 则 发 出 报 警 ， 然 后 再 重 新 输 入 密 码 ， 当 三 次 输 入 的 密 码 都 错 误 时 则 系 统 锁定 ； 当 用 户 需 要 修 改 密 码 时 ， 先 按 下 键 盘 设 置 按 键 后 再 输 入 原 来 所 设 置 的 密码 ， 必 须 当 输 入 的 原 密 码 是 正 确 的 时 侯 ， 才 能 设 置 新 的 密 码 。 新 的 密 码 输 入正 确 后 按 确 认 键 ， 新 密 码 即 得 到 存 储 ， 密 码 则 修 改 成 功 。以 上 可 以 看 出 方 案 二 准 确 性 好 、 控 制 灵 活 且 保 密 性 强 ， 此 外 还 具 有 扩 展功 能 ， 根 据 现 实 生 活 的 需 要 本 次 设 计 采 用 此 方 案 。第三章 主要元器件介绍第三章 主要元器件介绍- 1 -3.1 主 控 芯 片 89C51MCS-51 单 片 机 是 在 一 块 芯 片 上 集 成 了 CPU、 RAM、 ROM、 定 时 器 /计 数器 和 多 种 I/O 功 能 部 件 ， 与 一 台 微 型 计 算 机 的 基 本 结 构 相 同 ， 主 要 由 以 下几 个 部 分 组 成 ： 一 个 8 位 的 CPU、 一 个 布 尔 处 理 机 、 一 个 片 内 振 荡 器 、128 字 节 的 片 内 数 据 存 储 器 、 4K 字 节 的 片 内 程 序 存 储 器 、 寻 址 范 围 为 64K字 节 的 外 部 数 据 存 储 器 和 程 序 存 储 器 、 21 字 节 的 专 用 寄 存 器 、 四 个 8 位并 行 I/O 口 、 一 个 全 双