基于单片机的智能加密电子密码锁设计.doc

文档下载 免费文档下载/本文档下载自文档下载网，内容可能不完整，您可以点击以下网址继续阅读或下载：/doc/a885d30a3c221c9c27665958基于单片机的智能加密电子密码锁设计 第27卷第4期2009年8月 轻工机械LightIndustryMachinery Vo.l27No.4 Aug.2009自控#检测基于单片机的智能加密电子密码锁设计朱 璇,唐晓茜,殷建军(浙江工业大学机械制造与自动化教育部重点实验室,浙江杭州 310014)摘 要:介绍了一种智能化的电子密码锁系统,该系统以8位单片机STC89C52为硬件核心,及配制键盘输入及液晶显示输出等外围电路,借助于单片机自身的EEPROM存储数据,经TEA加密算法对数据进行保护,大大简化其结构,降低了成本,提高了数字密码锁的保密性及可靠性。关 键 词:电子密码锁;STC89C52单片机;电可擦写可编程只读存储器(EEPROM);加密算法(TEA)中图分类号:TS914.2;TP368.1 文献标志码:A 文章编号:1005-2895(2009)04-0076-03DesignofIntelligentEncryptionLocksonSingle-chipZHUXuan,TANGXiao-qian,YINJian-jun(TheMOEKeyLaboratoryofMechanicalmanufactureandAutomation,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou310014,China)Abstract:Thisarticledescribesanintelligentelectroniclockssystemthattakes8-digitsinglechipSTC89C52ashardwarecorewithotherperipheralcircuitssuchaskeyboardimpu,tLCDoutpu,twhichthroughitssingle-chipselfEEPROMtostoredataandTEAencryptionalgorithmtoprotect/doc/a885d30a3c221c9c27665958data,thusdesignedgreatlysimplifyitsstructure,reducecostandincreasethesecrecyandreliabilityofdigitalencryptionlocks.Keywords:electroniclocks;singlechipSTC89C52;electricallyerasableprogrammableread-onlymemory(EEPROM);tinyencryptalgorithm(TEA)0 引言随着社会经济的不断发展,安全防盗已成为社会问题。如何制作安全可靠,又要使用方便的各种防盗锁,是制锁者长期以来研制的主题。在电子技术飞速发展的今天,具有防盗报警等功能的电子密码锁代替弹子锁和密码量少、安全性差的机械式密码锁已是必然趋势。电子密码锁具有机械锁无可比拟的优越性,它不但可以完成锁本身的功能,还可以兼有多种功能,如记忆,识别,报警等,电子密码锁以其安全性高,成本低,易操作等优点受到越来越多人的欢迎。但是目前使用的电子密码锁大部分是基于串行ROM芯片进行设计的,其将密码以明文的形式直接存储于芯片中,很容易被不法分子盗取,该方案成本较高且安全性得不到保证,本文从经济实用的角度出发,设计了一种多功能电子密码锁,该密码锁将用户输入的密码经TEA算法加密后保存于单片机自身的EEPROM中,从而大大简化了系统结构,降低了成本,提高了系统的保密性和收稿日期:2008-12-09;修回日期:2009-01-10(),男,可靠性,具有一定的推广价值。1 系统功能及总体结构本系统设置了2组密码(个人码及管理码),以方便用户在忘记个人码时仍可用管理码进行开锁。用户可任意设定18位长度密码。开锁时液晶屏默认以隐码方式(/*0字符)显示,以防止别人窥视。若连续3次输错密码,则由蜂鸣器发出双频报警音,同时锁定系统10min。此外,该系统还添加了时间日期显示及开锁记录(开锁时间及所使用的密码组)查询等功能。1本系统以STC89C52单片机为/doc/a885d30a3c221c9c27665958核心,包括以下几个方面:电源模块,按键功能模块,LCD显示模块,蜂鸣器报警模块,开锁功能模块。2 系统硬件设计系统结构框图如图1所示,下面详细介绍一下各单元的硬件电路和实现的功能2.1 电源模块电源模块是系统正常运行的保证,是一个低功耗2。自控#检测朱 璇,等 基于单片机的智能加密电子密码锁设计 # 77 #图1 智能电子密码锁硬件结构图模块。如图2所示,外接电源为220V市电,通过变压器降压成12V的交流电,再经过由4个IN4004二极管构成的整流桥整流3-4图3 单片机与液晶模块连接原理图影0,使用时可以通过一个10k8的电位器调整。2.4 蜂鸣器报警模块系统设计时考虑到防盗而设计了报警电路,由蜂鸣器发声进行报警,蜂鸣器接在MCU的P3.4引脚上,通过PNP型3极管做电流放大7,最后通过LM7805芯片稳压到5V供单片机工作。由于本电路功耗较少,所以选用10W的小型变压器。,因此可以通过单片机控制蜂鸣器的频率及蜂鸣时间。当连续3次出现密码错误时,则系统会长时间发出双频报警音,此举是为了防止别人非法试探开锁。2.5 开锁功能模块图2 智能电子密码锁电源模块原理图2.2 按键功能模块键盘采用行列式设计,16个按键排成44矩阵。10个数字键用于密码或时间的输入和修改。另外6个功能键分别是:CLR,EN,F1,F2,F3,F4。其中CLR键的功能是清除前面已经输入的一位数据。EN键用于数据输入结束后的确认。F1为个人码开锁键,按下后方可输入个人码进行开锁。F2用于个人码的更改。F3为管理码功能键,进入后按菜单提示选择用管理码开锁或更改管理码。F4为附属功能键,进入后按菜单提示可/doc/a885d30a3c221c9c27665958选择设定时间日期或查询开锁记录。2.3 LCD显示模块设计中采用常用的字符型液晶模块16025-6当用户输入正确的密码后,通过单片机发送信号给开锁执行机构,电路驱动电磁锁吸和,从而达到开锁的目的。由图4可知,D5,R1,T10,T11组成驱动电路,其中T10可以选择普通的小功率三极管如9014和9018都可以满足要求。发光二极管D5作为开锁的指示灯,D6和C24是为了消除电磁锁可能产生的反向高电压以及可能产生的电磁干扰。T11可选用中功率的三极管如8050,电磁锁的选用要视情况而定,但是吸合力要足够且有一定的余量。,它是用5*7的点阵图形显示字符,最多可显示2行16个字。图3为1602液晶模块与STC单片机的连接图。单片机P1口与1602液晶模块的数据口连接传输数据,P3口分别控制RS,RW和使能端E。RS为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器,低电平时选择指令寄存器。RW为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令。DB0DB7为8位双向数据线。V0为液晶屏对比度调整端,接正电源,/鬼图4 开锁模块原理图3 系统软件设计软件部分的设计基于单片机C语言,采用模块化设计思想。以主程序为核心设置了很多功能模块子程序,是大量的功能在子程序中实现的主流程,如图5所EEP-ROM的读写操作、1602的读写操作、TEA算法加密、密码更改、校对开锁、电子时钟等几个部分。初始化主要包括:1602芯片、中断和定时器的初始化,以及系统参数等的初始化;对1602的读写操作主要完成对字符显示的模式、位置以及光标等相关的设置;密码更改程序要求输入正确的原密码后,再输入2遍新密码,程序将2次输入的密码相比较,若一致,则通过加密算法后将原密码替换。这样就避免了修改密码的随机性;校对开锁程序对输入的密码通过加密算法后与存储在单片机内EEPROM的密文相比较,相等则开锁,如连续3次不一致,则自动报警并锁定系/doc/a885d30a3c221c9c27665958统;电子时钟程序借助于片内定时器设定,实现以秒为单位进行计时,最大单位为年,其中添加了闰年补偿算448法。扇区擦除,所以每次写操作前务必对该扇区进行擦除,若其中有些字节的内容需要保留,则需将其先读到单片机内部的RAM中保存,再将该扇区擦除,然后将须保留的数据写回该扇区,所以强烈建议同一次修改的数据放在同一个扇区中。3.2 TEA加密算法应用出于系统保密性的考虑,设计中将用户键入的密码明文通过软件加密的方式将其转换为密文,经存入EEPROM内的原密文比对后执行开锁程序。本设计中采用了一种小型的加密算法TEA,它具有加密速度快、抗攻击能力强等特点,特别适用于这种小型系统的数据加密。TEA加密算法的数学描述比较简单,可分为4个步骤:第1步:初始化待加密的数据分成2部分v(0)和v(1),各32比特,y=v(0),z=v(1),Sum=0;Delta=0X9E3779B9;密钥128比特分成相等4部分:k(0),k(1),k(2),k(3)a=k(0),b=k(1),c=k(2),d=k(3),n=32;第2步:若n0则转第3步,否则转第4步。第3步:Sum=Sum Delta;y=y (z5) b;z=z (y5) d;n=n-1,转第2步。第4步:v(0)=y,v(1)=z,加密结束,密文在v(0)和v(1)中,共64位。由于本系统中设置了18位长度密码,加密时先8图5 智能电子密码锁主流程图限于篇幅,这里主要介绍STC单片机内部EEP-ROM的读写操作以及TEA加密算法。3.1 片内EEPROM应用在传统的单片机系统中,一般是在片外扩展存储器,单片机与存储器之间通过IIC或SPI等接口来进行数据通信。这样不光会增加开发成本,同时在程序开发上也要花更多的心思。在STC单片机内置了EEPROM,这样就节省了片外资源,使/doc/a885d30a3c221c9c27665958用起来也更加方便。本设计所使用的STC89C52单片机片内具有2K的EEPROM容量,可分为8个扇区。单片机将数据写入到程序存储器中,使得数据如同烧入的程序一样,掉,自动补足成64位明文数据,经TEA加密后便生成了64位的密文数据。4 结论本系统除了借助于STC单片机自带的EEPROM进行数据存储,还增加了TEA的加密算法对密码进行保护,不但节省了片外资源,降低了成本,又提高了电子密码锁的保密性及可靠性。经过反复的测试,证明了此系统有极高的稳定性及可靠性,其具有一定的市场前景。参考文献:1 宏晶科技.STC89C51RC/RD 系列单片机器件手册M.深圳:宏晶科技,2003.2 沃磊,石倩,潘兴明,等.基于LM35的多点温度实时监测系统J.华北科技学院学报,2006(3):95.3 康华光,陈大钦.电子技术基础M.北京:高等教育出版社,.()台的一个子系统,以子VI的方式集成到该平台中,完成其应有功能。参考文献:1 杨乐平,李海涛,杨磊.LabVIEW程序设计与应用M.北京:电子工业出版社,2005:4-5.2 向科峰.基于USB接口的数据采集系统相关技术研究J.电脑知识与技术:学术交流,2007(5):1189-1190.3 陈锡辉,张银鸿.LabVIEW8.20程序设计-从入门到精通M.北京:清华大学出版社,2007.4 谷萩隆嗣(日).数字滤波与信号处理M.王友功,译.北京:科技出版社,2003:19-20.5 周浩敏.信号处理技术基础M.北京:北京航空航天大学出版社,2001:170.6 戴鹏飞,王胜开,王格芳.测试工程与LabVIEW应用M.北京:/doc/a885d30a3c221c9c27665958电子工业出版社,2006:103-105.7 邹理和.数字滤波器M.北京:国防工业出版社,1979:86-88.图5 信号处理前后波形图(上接第78页)4 钱江山,陈隆道.小型家用电器控制电路的设计J.轻工机械,2007,25(4):47-50.5 太阳人电子.SMC1602ALCM使用说明书Z.长沙:太阳人电子,2006.6 徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计M.北京:北京航空航天大学出版社,2004.7 蒋力培,曹建树,付小美.单片微机系统实用教程M.北京:机械工业出版社,2004.8 周斌,李文印.基于51汇编语言的TEA加密算法的研究与实现G/天津市计算机学会单片机分会.全国单片机及嵌入式系统学术年会论文集:上册.北京:北京航空航天大学出版社,2003.信息#简讯#行业简讯#中外名企荟萃,共寻中国市场机会)2009亚洲国际动力传动展金秋申城再启大幕2009亚洲国际动力传动与控制技术展览会(以下简称:亚洲国际动力传动展)将于今年10月2629日隆重登陆上海新国际博览中心,再次为动力传动行业奉上一场激动人心的饕餮盛宴。预计届时有1,350家海内外展商共同奔赴此次盛会,在6万多m2的展出面积上倾力展示流体传动与机械传动领域的最新产品和尖端技术,引导行业发展潮流,预计吸引来自全球80多个国家和地区相关领域的6万名专业观众前来参观并洽谈业务。本届展会将紧扣各产业技术效应,通过机械传动、电气传动与零部件、流体传动与控制、压缩空气技术、机械零部件、紧固件、弹簧及专用装备、轴承和内燃机,实现与信息化技术、微电子技术、计算机技术、自动控制技术与新材料、新工艺等先进技术的结合,加快动力传动产业技术、产品的结构调整。为此,国内企业纷纷主动出击/doc/a885d30a3c221c9c27665958,视困难时期为调整结构的/阳春季节0,抓紧展会平台转型升级,求变求新,更加开拓其产品技术在交通运输、工业装备制造、基础建设、汽车工业和新能源领域中的应用发展。截至目前,北京华德、榆次液压、海特克、大众液压、上海立新、黎明、上海电气、镇江液压、金城、布柯玛、圣邦、贵州力源、宁波索诺、肇庆方大、上海新益、亿日科技、常州减速机等一大批传动业的/中国力量0已积极预订展位。制造业领域的欧美企业虽受影响较大,但他们依旧把参加亚洲国际动力传动展视为走出危机、进一步开拓中国市场的重要途径。著名国际厂商如博世力士乐、西德福、派克汉尼汾、阿托斯、贺德克、盖茨易安毕、哈威、玛努利、索菲玛、巴鲁夫、希尔斯、英德诺曼、瑞克、麦特沃克、纽迈司、开天等也早已报名参展。中外力量的再次交锋将为处于特殊时期的动力传动行业发展注入一剂强心针。海内外众展商的云集也再次凸显了2009亚洲国际动力传动展作为同类展会中亚洲最大、世界第2的行业领先盛会的地位。2009亚洲国际动力传动展同期还将推出一系列专业活动,包括:/国际动力传动与控制技术论坛0、/中国国际机械传动工业发展论坛0、/2009国内压缩机研发与生产趋势分析论坛0、/2009国际紧固件专业协会年会0、/2009中国弹