电子密码锁市场调查及方案论证.doc

题目：电子密码锁设计 院系：信院电子系 班级：10电信一班 姓名：田壮壮 学号：100102085 电子密码锁市场调查 1 电子密码锁概述 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。现在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。其特点如下：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) 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) 电子密码锁操作简单易行，一学即会。2 电子密码锁的发展趋势在日常生活和工作中，住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。目前门锁主要用弹子锁，其钥匙容易丢失；保险箱主要用机械密码锁，其结构较为复杂，制造精度要求高，成本高，且易出现故障，人们常需携带多把钥匙，使用极不方便，且钥匙丢失后安全性即大打折扣。针对这些锁具给人们带来的不便若使用机械式钥匙开锁，为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。它的出现为人们的生活带来了很大的方便，有很广阔的市场前景。 出于安全、方便等方面的需要许多电子密码锁已相继问世。但这类产品的特点是针对特定有效卡、指纹或声音有效，且不能实现远程控制，只能适用于保密要求高且供个人使用的箱、柜、房间等。由于数字、字符、图形图像、人体生征和时间等要素均可成为钥匙的电子信息，组合使用这些信息能够使电子防盗锁获得高度的保密性，如防范森严的金库，需要使用复合信息密码的电子防盗锁，这样对盗贼而言是“道高一尺、魔高一丈”。组合使用信息也能够使电子防盗锁获得无穷扩展的可能，使产品多样化，对用户而言是“千挑百选、自得其所”。可以看出组合使用电子信息是电子密码锁以后发展的趋势 。经过对目前国内外市场上各种密码锁的研究发现它们都有自己的优点及缺陷：一、机械式密码锁。最早期的密码锁，它抗干扰能力强，成本低，但是在安全性上，不能避免非法用户的多次尝试，输入密码极不方便，而且密码量也少。二、固定键盘式密码锁。此类密码锁为键盘输入密码，一般密码位数可设定，它的密码量相对机械密码锁大大增强，但是此类密码锁在输入密码时暴露在外的键盘很容易泄露密码。下图是一个固定键盘式密码锁（无显示设置），可用于更衣柜，小型门。市场价为60元/套。三、红外遥控电子密码锁。在日常生活中红外线遥控技术出现已经极其普遍，而红外遥控技术与密码技术相结合的电子密码锁也比较常见。然而红外线遥控需要在一定范围内，所以它的缺点在与距离和是否被干扰方面。四、其它密码锁。上述几种密码锁为典型的几种密码锁，除此之外还有如磁卡式密码锁，指纹式密码锁等。磁卡密码锁使用较为方便，但容易折损，它对环境的要求，使得使用者必须小心翼翼。指纹式密码锁安全性高，具有唯一性指纹鉴别，但是成本也高，不具有普片实用性。下图是一个多功能密码锁，可以实现机械、密码输入、磁卡感应三种开锁方式。但是纵观市场前景第二种固定键盘式密码锁更具有潜力，因为它相比于第一种安全性大大地提高、操作起来也具有明显的优势。虽然红外遥控密码锁和其他更加先进的密码锁在技术上更高级，但是相应的成本也提高了很多，价钱差距很明显，产品普及性不强市场前景不具优势。而且红外遥控式只能短距离控制，固定键盘式密码锁只要在操作时稍微用手遮掩，就可以避免密码的泄露，并且价格优势十分明显。3 电子密码锁市场行情 3.1市场状况分析及预测根据市场状况分析及预测图看出电子密码锁，在今后的几年中需求量将有一个大幅度的上升，有很广阔的市场前景，是投资者的首选。3.2市场价格分析及预测根据市场价格分析及预测图可以看出在电子密码锁价格在2012年有一个幅度的下降，后将稳固回升，故投资者应避过价格下降这一阶段。4 元器件价格调查通过网上查询得到每种元件的价格如下：元器件单片机数码管键盘电阻电容发光二极管类型AT89C51 四位4*4 数量 1 2 1 20 4 1价格18/个 2/个 4.8/个6.8/包1/包0.08/个电子密码锁设计方案论证1 设计要求其主要具有如下功能：(1) 设置6位密码，密码通过键盘输入，若密码正确，则将锁打开。(2) 密码可以由用户自己修改设定（只支持6位密码），锁打开后才能修改密码。修改密码之前必须再次输入密码，在输入新密码时候需要二次确认，以防止误操作。(3) 报警、锁定键盘功能。密码输入错误数码显示器会出现错误提示，若密码输入错误次数超过3次，蜂鸣器报警并且锁定键盘。(4)密码清除功能：当按下清除键时，清除前面输入的所有值，并清除所有显示。(5)开锁功能：当按下开锁键，系统将输入与密码进行检查核对，如果正确锁打开，否则不打开。2 设计方案 本设计采用的芯片大体如下，可见芯片简单、价格低廉。所实现的功能相对齐全，密码重置、多次密码错误报警、开锁关锁显示提示。显而易见的绝对的优势就是这款密码锁的价格十分低廉。系统工作原理分析：使用AT59C51单片机、44矩阵键盘、LED、蜂鸣器等。矩阵键盘分别为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、*、CLE、Enter、MODIFY。系统开始显示“INPUT”提示输入密码；输入密码时，LED显示电路显示为“-”，当密码输入完毕按下Enter键时，对输入密码与设定的密码进行比较，若密码正确则LED显示电路显示为“PASS”提示锁打开；若密码不正确，LED显示电路显示提示“ERROR”，若连续3次输入不正确，则发出警报声同时锁定键盘。在输入正确密码后，按下修改键时，LED显示电路显示“old”提示“输入旧密码”，此时输入正确的旧密码，则显示电路会有提示输入新密码在输入新密码后，显示电路会再次提示“再次输入新密码”若两次输入密码不一致，则修改密码失败，一致则成功。在修改密码的过程中，如果一开始输入的旧密码错误显示电路会显示提示，同时系统返回到开始。若在“再次输入新密码”的时候输入新密码与前次不一致，则会返回到系统开始。修改密码完成后，系统自动清零上锁。要再次开锁则需要输入正确的密码。 系统中CEL键用于退格，在输入密码时，若输入错误且未按下Enter键，按下CLE可以删除刚输入的密码，然后再次输入。 为了防止恶意尝试，系统才用若连续输入3次错误密码则发出报警声，且锁定键盘，可以提高系统的安全系数，同时也能够保护合法用户的正常使用。 电 源 AT89C51数码管蜂鸣器LED44键盘复位电路 图1 密码锁的整体框图3 元器件选择3.1主控芯片AT59C51AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128bytes的随机存取数据序存器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度/非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，AT89C51单片机为许多嵌入式控制系统提供了一种灵活行高且价廉的方案。其特点如下： 4K字节可编程FLASH存储器(寿命：1000写/擦循环) 全静态工作：0Hz-24KHz 三级程序存储器保密锁定 128*8位内部RAM 32条可编程I/O线 两个16位定时器/计数器6个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 图2 AT59C51单片机3.2震荡电路设计本设计晶振选择频率为12MHZ，电容选择30pF，如下图XTAL1是反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入，XTAL2是来自反向振荡器的输出。经计算得单片机工作机器周期为：12（112M）=1us。 图3 震荡电路 3.3键盘电路设计如图4所示，本系统采用44矩阵键盘，16个按键分为输入数字键：*、0、#、1、2、3、4、5、6、7、8、9；功能键lock、modify、cel、Enter。使用P2口接收键盘的中断，矩阵键盘电路连接如下。 使用P2口接收键盘的中断，当无按键闭合时，P2.0-P2.3与P2.4-P2.7之间开路。当有键闭合时，与闭合键相连的两条I/O口线之间短路。 判断有无按键按下的方法是： 第一步，置列线P2.4-P2.7为输入状态，从行线P2.0-P2.3输出低电平，读入列线数据，若某一列线为低电平，则该列线上有键闭合。 第二步，行线轮流输出低电平，从列线P2.4-P2.7读入数据，若有某一列为低电平，则对应行线上有键按下。 综合一二两步的结果，可确定按键编号。 但是键闭合一次只能进行一次键功能操作，因此须等到按键释放后，再进行键功能操作，否则按一次键，有可能会连续多次进行同样的键操作。矩阵键盘电路连接如下图所示： 图4 4*4矩阵键盘电路3.4显示电路由于由单片机直接驱动的直流电流不够，数码管亮度显得不足，所以加上三极管S9013用以放大电流 ，使用的9013的放大倍数为100。因为LED数码管合适的驱动电流大约为9mA到20mA左右,为了适LED数码管工作电流在10mA左右，具体计算如下：Ib=(5V-1.4V-0.7V)/27K=0.110-3A Ie= Ib(+1)=10 mA 图5 数码管的驱动放大电路 图6 四位8数码管 本设计采用两个4位8段共阴极数码管，当从键盘处输入密码时主控芯片单片机就会控制相应的引脚输出高电平，再经过三极管放大输出10mA左右电流就能选通相应的数码管。具体是P3口输出高电平用于控制四位数码管的外部选码引脚作为选择此刻哪一个数码管被选通，然后有P1口与数码管的af连接，低电平有效。众所周知虽然数码管不易显示复杂的符号和图形，但是价格十分低廉。市场上有小液晶显示屏其功能强大能显示字母汉字，但对于本设计中只需要显示数字，所以采用便宜的八段数码管就能满足需求。使用P1口驱动8段数码管具体电路设计如下图： 图7 显示电路3.5发光二极管LED发光二极管的主要作用是显示电路的工作状态：当有输入密码的操作时LED灯亮，当无输入操作时LED处于关闭状态。本设计中将发光二极管与P0.0相连，所以电路中要有上拉电阻，电阻值为1K。另外LED发光二极管的压降一般为1.52.0 V，其工作电流一般取1020 mA为宜，所以要加电阻R3进行降压和限流。一般对LED发光二极管驱动采用的限流的电阻都要比采用10mA计算出的大，常用的典型值为470欧。R3=(5V-1.5V)/10mA=350欧。 其电路设计如下图： 图 8 3.6电动锁其原理是当铁芯上的绕线有电流通过时将产生感应磁场，对其上部有拉力的作用实现关锁、开锁。使用P0.2端口驱动控制，需要上拉电阻。 图 9 电动锁3.7 蜂鸣报警器密码锁的报警部分由这部分电路实现，当输入的密码三次错误时就会报警，使用P0.3口驱动。喇叭选择功率为5W的普通的一种，一则其功率不大发热量小，二则普通的价格低。因为是使用P0口驱动的所以电路设计上要加上拉电阻，阻值为1K，但蜂鸣器属于较大功率的器件，不易驱动所以要经过三极管965放大然后实现其功能。具体电路设计如下： 图10 报警电路3.8完整电路图整体设计由AT89C51作为主控芯片，外围的复位电路和晶振电路是最基本的外部组成部分。显示部分和键盘输入部分采用市场上常见到的数码管和4*4矩阵键盘，购买方便。此外还有报警、LED提示灯的连接，需要考虑到其工作的稳定性。典型的机械部分就是电动锁。 图11 整体电路图3.9 使用到的元器件列表元器件规格/型号数量四位八段共阴数码管3461AFR1-B101四位八段共阴数码管SR420361三极管SR90138三极管S9651电阻27k8电阻10k电阻1k4电解电容0.47uF/50V1瓷片电容30pF2单片机AT89C511发光二极管LED1单片机AT89C511 表 14 软件程序设计本系统程序部分使用C语言编写，C语言是一种高级程序设计语言，它的优点是简洁明了、可移植性高。主要完成，开始时数码管显示提示“INPUT”输入密码。输入密码后按下确认键，系统会将所输入与系统密码进行比对。若输入密码正确则显示“PASS”开锁。然后可以选择上锁或者修改密码。开锁后，按下上锁“LOCK”键，系统上锁并返回；选择修改密码则可以对系统进行修改密码操作。在修改密码前要输入正确旧的密码。正确输入旧密码之后，会有提示输入两次新密码，若两次密码一致，则修改成功。期间操作出现失误，系统会返回初始状态，操作错误超过3次，系统会锁定键盘，并报警用以防止恶意试探密码。总 结通过这次电子密码锁设计，让我复习了很多学过的旧知识，同时锻炼了自己的动手能力和查阅资料。尤其是解决在实际中解决排查问题的能力。1、 通过这次的设计，我熟悉了使用Protel的技巧，学会了制作电路板的一些技巧，并且熟悉了如何选购使用电子