单片机电子密码锁设计方案

1 单片机电子密码锁设计方案 计背景 电子密码锁是一种通过 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。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。应用较广的电子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，特点如下： 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 多次错误时，报警系统自动启动。 4)学即会。 计目标 设计并实现一个电子密码锁，满足以下功能指标： 1）密码为 8位； 2）密码可更改； 3）连续 3次密码输入错误可报警； 4）开锁由继电器完成； 5）继电器需驱动电路； 6）使用键盘控制。 计方案简介 本设计 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 80利用单片机灵活的编程设计和丰富的 I/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 片用于密码的存储，外接 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 2 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。 2、 总体方案设计 通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提 出了两种技术方案来实现系统功能。下面我将对这两种方案的组成框图和实现原理分进行说明。 案比较 案一 本方案采用数字电路实现，其原理框图如图 2 正确 消除报警信号 锁定脉冲 3 电源 20V 6V 图 2 1 数字电路密码锁原理框图 采用数字密码 锁电路的好处就是设计简单。 用以 74 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，电密码修改电路 键盘输入 密码校验电路 开锁电路 执行电路 限时报警 报 警 次数检验 锁定 5分钟 市电供电电路 电子切换开 关 蓄电池 断电检测 充电电路 3 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 (其中设置 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。 案二 本方案采用一种是用以 80用单片机灵活的编程设计和丰富的 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 2 2所示。 图 2片机控制密码锁原理框图 本设计主要由单片机、矩阵键盘、液晶显示器和密码 存储等部分组成。其中矩阵键盘用于输入数字密码和进行各种功能的实现。由用户通过连接单片机的矩阵键盘输入密码，后经过单片机对用户输入的密码与自己保存的密码进行对比，从而判断密码是否正确，然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或者报警电路控制开锁还是报警，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。 本系统共有两部分构成，即硬件部分与软件部分。其中硬件部分由电源输入部分、键盘输入部分、密码存储部分、复位部分、晶振部分、显示部分、报警 部分、开锁部分组成，软件部分对应的由主程序、初始化程序、 示程序、键盘扫描程序、启动程序、关闭程序、建功能程序、密码设置程序、 写程序和延时程序等组成。 80盘输入 复位电路 密码存储电路 晶振电路 电源输入 显示电路 报警电路 开锁电路 4 案论证 方案一：采用的数字电路虽然原理简单，但是组建时电路复杂，系统成本高，体积大，功耗大且扩展性能不强。 方案二：采用单片机为核心控制，实现起来也较为容易，体积小，耗能低。同时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。 案选择 通过比较，单 片机方案设计灵活，功耗低，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。 3、单元模块设计 该密码锁主要由电源输入电路、键盘输入电路、密码存储电路、复位电路、晶振电路、显示电路、报警电路、开锁电路组成，下面分模块介绍。 源输入电路 密码锁主要控制部分电源需要用 5电路如图 3示，而 5以加一个 样输出的电压一般能满足要求。 V C C 2 u W E I 源输入电路原理图 5 盘输入电路 由于本设计所用到的按键数量较多而不适合用独立按键式键盘。采用的是矩阵式按键键盘，它由行线和列线组成，也称行列式键盘，按键位于行列的交叉点上，密码锁的密码由键盘输入完成，与独立式按键键盘相比，要节省很多 I/设计中使用的这个 4*4键盘不但能完成密码的输入还能作特别功能键使用，比如清空显示功能等。键盘的每个按键功能在程序设计中设置 。其大体功能（看键盘按键上的标记）及与单片机引脚接法见图 3 6 8S 12S 11S 103 S 14 S 15 S 16 . 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3P 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7图 3盘输入原理图 码存储电路 司的 2节的电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到 定电流为 1态电流 10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 装，使用方便。其电路见图 3 24 C 0 2V C 1 k R 1 05 .1 . 5P 3. 6P 3. 7图 3图中 1、 2、 3脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址，在 80它们都能接 6 地，第 5 脚和第 8 脚分别为正、负电源。 带有片内地址寄存器，每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加 1，以 实现对下一个储存单元的读写，所有字节均以单一操作方式读取。 位电路 单片机复位是使 从这个状态开始工作，例如复位后 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 部程序存储器读选通信号 址锁存信号 据实际情况选择如图 2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 的电压很小，复位下拉电阻上的电压接近电源电压，即 电容充电的过程中 的电压小于某一数值后， 离复位状态，由于电容 以保证 电平有效时间大于 24 个振荡周期， 加手动复位按键是为了避免死机时无法可靠复位。当复位按键按下后电容 过 电容 11与 压比决定。由于 报警程序 修改程序 Y N N Y 11 时进行清除，输入两次新密码正确时，可进行重新设置密码，最后确认程序。 图 4键功能流程图 密码设置软件设计 如图 4始按下设置键，输入旧密码，如果错误累计三次，进行报警程序。如果输入正确，可以修改密码，确认后再次输入新密码，如果两次输入一样，则输入成功。如果两次输入的新密码不一样，则修改密码失败，重新返回设置新密码 。 开始 键值输入？ 键值开锁？ 键值清除？ 键值 设置？ 键值确认？ 密码输入程序 设置程序 清除程序 开锁程序 确认程序 Y Y Y Y Y N N N N 返回 N 12 图 4密码设置流程图 开锁软件设计 如图 4始时按开锁键，输入密码，如果输入正确，则开锁成功。如果输入错误累计达到三次，则执行报警程序。 输入旧密码 N 按下设置键 开始 所输入旧密码正确？ 输入次数加 1 报警程序 N 返回 次数 3? 输新密码 Y 再次输新密码 Y 设置成功 N Y 两次新密码输入相同？ 13 图 4开锁流程图 5、 系统调试 仿真电路图如图 5 初始化 按开锁键 输入密码 按确认键 所输入密码正确？ Y 开锁 开始 输入次数加 1 次数 3? 报警程序 返回 N Y N 14 图 5 系统仿真电路图 6、 系统实现功能及指标参数 本电子密码锁的密码可以进行修改，修改方式为先输入原密码，再输入新密码并确认后即 可。如果在修改过程中 3次输入原密码不正确，将触发报警程序。在开锁过程中，用户在输入正确密码后即可开锁，若输入 3次错误密码，系统将报警。该系统由直流 +5 7、 设计总结 通过这次课程设计，使我学到了很多东西，它 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。 同时也明白了理论与实践相结合的重要性， 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。 在此次课程设计中，首先是 件使用的不熟练造成了一定的阻碍，经过一段时间的使用和练习克服了该困难。其次， 对于模块结构程序要一个个子程序分别调试。调试时 ,一定要符合入口条件和出口条件 ,调试可用单步运行和断点运行方式 ,通过检查用者系统的 场情况、 内容和 I O 口的状态 ,检测程序执行结果是否符合设计要求 ,有无循环错误、有无机器码错误以及转移地址的错误 ,该问题的解决消 15 耗了相当长的时间。 同时 ,还可以发现系统中存在的硬件设计错误和软件算法错误 。 各程序模块通过后 ,则可以把相关功能块连在一起进行总调。这个阶段若有故障 ,可 以考虑各子程序运行时是否破坏了现场 ,缓冲单元、工作寄存器是否发生冲突 ,标志位的建立和清除是否有误 ,堆栈区是否有溢出 ,输入设备的状态是否正常等等 ,若用者系统是在开发机的监控程序下运行时 ,还要考虑用者缓冲单元是否和监控程序的工作单元发生冲突。 单步和断点调试后 ,还应进行连续调试 ,用以确定定时精度、 当全部调试和修改完成后 ,将程序固化到 80 。进行整机调试。各功能实现则调试完成。 参考文献 16 1 张毅刚 北京：高等教育出版社， 2010 2 康华光 北京：高等教育出版社， 3 李瀚苏 北京：高等教育出版社， 4 谭浩强 四版） 华大学出版社， 17 附录 附录 2 # _;_;_;_; =0; 34; 33; 37; 23; 26; , /用户 6= ; 6= ; =0; =0; 20; 21; 22; 24; 27; =123456; =; z) x,y; x=z;x0;y=110;y0; 18 /短延时，两个机器周期 ,做总线的延时用 ; ; ; ; P0=); ; ); ; ; ; ; P0= ); ; ); ; p, i; i=0;i40 :0;:1;:2;:12; 00); 24 i=0,j=0,k=0,n,m=0,; ; ; ; ); ) 1) ,); 0); ,); ,); 1!=00); 1!=0 ; 1:; : : : : : : : : : /在第二次输入密码 k=0; /如果错误次数达到三次长鸣报警，并清除显示 ) ,0 ,0 ; ) ) ; 31 目 录 1、 前言 . 错误 !未定义书签。 计背景 . 1 计目标 . 1 计方案简介 . 1 2、 总体方案设计 . 2 案比较 . 2 案一 . 2 案二 . 3 案论