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电子信息工程论文修改稿电子密码锁3 为了更好地推广单片机在家电领域中的应用,本文介绍一种应用AT89C2051单片机设计的电子密码锁。 经实际制作表明该密码锁具有安全、实用、成本低等特点,符合住宅用锁的要求,具有一定的现实意义。 关键词电压比较器稳态电路AT89C2051。 The Designof ElectronicCipher LockAbstract:As electronicproducts aredeveloping towardsintelligence andminimization,micro controlunit(MCU)have beethe firstchoice forcontrollers inthe developmentof electronicproducts.In orderto expandthe applicationsof MCUin tohousehold appliances,a newdesigning methodof electroniipher locksby theuse ofAT89C2051MCU isintroduced inthis paper.It showsthat thecipher lockis characterizedby itslow costand highdegree ofsafety andpracticality.Besides,it workswell asa residencelock andhas greatpotential formercial development.Pivotal word:AT24C02I2C busAT89C2051-2-电子密码锁1引言11电子密码锁概述随着社会物质财富的日益增长和人们生活水平的提高，安全成为现代居民最关心的问题之一。 而锁自古以来就是把守门的铁将军，人们对它要求甚高，即要求可靠地防盗，又要使用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。 传统的门锁既要备有大量的钥匙，又要担心钥匙丢失后的麻烦。 另外，如宾馆、办公大楼、仓库、保险柜等，由于装修施工等人住时也要把原有的锁胆更换，况且钥匙随身携带也诸多便。 随着单片机的问世，出现了带微处理器的密码锁，它除具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化、科技化等功能。 从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性。 目前西方发达国家已经大量应用智能门禁系统，可以通过多种的更加安全更加方便可靠的方法来实现大门的管理。 但电子密码锁在我国的应用还不广泛，成本还很高，希望通过不断地努力使电子密码锁能够在我国及居民日常生活中得到广泛应用，这也是一个国家生活水平的体现。 很多行业的许多地方都要用到密码锁，随着人们生活水平的提高，如何实现家庭或公司的防盗这一问题也变的尤其突出，传统的机械锁由于其构造简单，被撬的事件屡见不鲜，再者，普通密码锁的密码容易被多次试探而破译，所以，考虑到单片机的优越性，一种基于单片机的电子密码锁应运而生。 电子密码锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的亲睐。 设计本课题时构思的方案采用以AT89C2051为核心的单片机控制方案；能防止多次试探而不被破译，从而有效地克服了现实生活中存在的许多缺点。 1.2本设计主要任务 （1）共8位密码，每位的取值范围为18。 （2）用户可以自行设定和修改密码。 （3）按每个密码键时都有声、光提示。 （4）若键入的8位开锁密码不完全正确，则报警5秒钟，以提醒他人注意。 （5）开锁密码错3次要报警10分钟，报警期间输入密码无效，以防窃贼多次试探密码。 -3-电子密码锁 （6）键入的8位开锁密码完全正确才能开锁，开锁时要有1秒的提示音。 （7）密码键盘上只允许有8个密码按键和1个发光管。 锁内有备用电池，只有内部上电复位时才能设置或修改密码，因此，仅在门外按键是不能修改或设置密码的。 （8）密码设定完毕后要有2秒的提示音。 以上是初步设定的电子密码锁的主要功能。 13系统的主要功能本系统主要由单片机系统、键盘、报警系统组成。 系统能完成开锁、超时报警、超次锁定、管理员解密、修改用户密码基本的密码锁的功能。 除上述基本的密码锁功能外，还具有调电存储、声光提示等功能，依据实际的情况还可以添加遥控功能。 本系统成本低廉，功能实用。 2电子密码锁的硬件设计2.1设计思路共设了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，电路将锁定键盘5分钟，防止他人的非法操作。 2.2总体方框图-4-电子密码锁3设计原理分析电路由两大部分组成密码锁电路和备用电源(UPS)，其中设置UPS电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。 3.1键盘输入、密码修改、密码检测、开锁及执行电路.其电路如下图1所示-5-电子密码锁.1245.74ls221IC5A62IC6A374ls08锁定信号E1D574LS1124S D74LS1124S D74LS1134S D74LS114420UV CCV3R213.3K消除报警信号C24500uT10T118J QJ QJ QJS D312R26531531531Q5C1376DISCLKC DIC1AQ6R25CLKC DIC2AQ6R24CLKC DIC3AQ6R2CLKKIC4AQ6THRTRIGG ND555TC13QC Volt5R4电磁锁清零信号RD3K KK1515151K X4VCC15C D22221MR201C12清零信号RD2.2kR27S1S2S3S4T129018C2547u10R2020k报警电路的清零信号C21C14K10.01U K2C150.01UK3C160.01UK4C170.01UK5C180.01UK6C190.01UK7C200.01U0.01UK8k9S?.图1键盘输入、密码修改、密码检测、开锁、执行电路开关K1K9是用户的输入密码的键盘，用户可以通过开关输入密码，开关两端的电容是为了提高开关速度，电路先自动将IC1IC4清零，由报警电路送来的清零信号密码修改电路由双刀双掷开关S1S4组成（如图2所示）,它是利用开关切换的原理实现密码的修改。 例如要设定密码为1458，可以拨动开关S1向左，S2向右，S3向左，S4向右，即可实现密码的修改，由于输入的密码要经过S1S4的选择，也就实现了密码的校验。 本电路有16组的密码可供修改。 经C25送到T11基极，使T11导通，其集电极输出低电平，送往IC1IC4，实现清零。 图2密码修改电路由两块74LS112（双JK触发器，包含IC1IC4）组成密码检测电路。 由于IC1处于计数状态，当用户按下第一个正确的密码后，CLK端出现了一个负的下降沿，IC1计数，Q端输出为高电平，用户依次按下有效的密码，IC2IC3也依次输出高电平，-6-电子密码锁送入与门IC5，使其输出开锁的高电平信号送往IC13的2脚，执行电路动作，实现开锁。 执行电路是由一块555单稳态电路（IC13），以及由T 10、T11组成的达林顿管构成。 若IC13的2脚输入一高电平，则3脚输出高电平，使T10导通，T11导通，电磁阀开启，实现开门，同时T10集电极上接的D5（绿色发光二极管）发亮，表示开门，20秒后，555电路状态翻转，电磁阀停止工作，以节电。 其中电磁阀并联的电容C24使为了提高电磁阀的力矩。 3.2报警电路报警电路实现的功能是当输入密码的时间超过40秒（一般情况下用户输入不会超过），电路报警80秒，防止他人恶意开锁。 电路包含两大部分，2分钟延时和40秒延时电路。 其工作原理是当用户开始输入密码时，电路开始2分钟计时，超出40秒，电路开始80秒的报警。 如图3所示vR33.3KD4D3C847UR16R15100Q3T73.3KT83.3K3.3KRVCC76DIS100T6Q3T57DISTHRIC10CVoltVCCTRIG90185R141MC7TRIGCVoltGNDGNDTP901862THRIC11RR112MR12蜂鸣器8484清零信号RD报警次数进位B12T1390181159014C90.1uC60.01UC550U0.1u去密码检测电路清零信号接密码检测电路消除报警信号图3报警电路有人走近门时，触摸了TP端(TP端固定在键盘上，其灵敏度非常高，保证电路可靠的触发)，由于人体自身带的电，使IC10的2脚出现低电平，使IC10的状态发生翻转，其3脚输出高电平，T5导通(可以通过R12控制T1的基极电流)，其集电极接的黄色发光二极管D3发光，表示现在电子锁处于待命状态,T6截止，C4开始通过R14充电(充电时间是40秒,此时为用户输入密码的时间，即用户输入密码的时间不能超过40秒，否则电路就开始报警,由于用户经常输入密码，而且知道密码，一般输入密码的时间不会超过40秒)，IC2开始进入延时40秒的状态。 开始报警:当用户输入的密码不正确或输入密码的时间超过40秒，IC11的2脚电位随着C4的充电而下降,当电位下降到1/3V时(即40秒延时结束时候),3脚变成高电位(延时时是低电平),通过R15使(R15的作用是为了限制T7的导通电流防止-7-电子密码锁电流过大烧毁三极管)T7导通,其集电极上面接的红色发光二极管D4发亮,表示当前处于报警状态,T8也随之而导通,使蜂鸣器发声,令贼人生怯,实现报警.停止报警:当达到了80秒的报警时间，IC10的6,7脚接的电容C5放电结束,IC10的3脚变成低电平,T5截止,T6导通,强制使强制电路处于稳态，IC11的3脚输出低电平,使T7,T8截止,蜂鸣器停止报警；或者用户输入的密码正确，则有开锁电路中的T10集电极输出清除报警信号，送至T12（PNP），T12导通，强制使T7基极至低电位，解除报警信号。 3.3报警次数检测及锁定电路若用户操作连续失误超过3次，电路将锁定5分钟。 其工作原理如下当电路报警的次数超过3次，由IC9 （74161）构成的3位计数器将产生进位，通过IC7，输出清零信号送往74161的清零端，以实现重新计数。 经过IC8（与门），送到IC12 （555）的2脚，使3脚产生5分钟的高电平锁定脉冲（其脉冲可由公式T=1.1RC计算得出），经T9倒相，送IC6输入端，使IC6输出低电平，使IC13不能开锁，到锁定的目的。 电路图如下图4所示报警电路的信号B1VCCVCCR19C10VCC3.3K65438RDRIC9P3P2P1P04TCQ3Q2Q1Q01072ETEPCP74LS161RCOLD1968u762DIS锁定键盘信号E1Q3THRTRIG555555CVoltIC12T9901815111213141IC8A35R18215.2MGNDC11图4报警次数检测及锁定电路3.4备用电源电路74ALS000.1U为了防止停电情况的发生，本电路后备了UPS电源，它包括市电供电电路，停电检测电路，电子开关切换电路，蓄电池充电电路和蓄电池组成。 其电路图如下图5所示220V市电通过变压器B降压成12V的交流电,再经过整流桥整流,7805稳压到5V-8-电子密码锁送往电子切换电路，由于本电路功耗较少，所以选用10W的小型变压器。 图5电源电路由R8，R9，R6，R7及IC14构成电压比较器，正常情况下，V+V-IC14输出高电平，由T3，T4构成的达林顿管使继电器J开启，将其常开触电将蓄电池和电路相连，实现市电和蓄电池供电的切换，保证电子密码锁的正常工作（视电池容量而定持续时间）。 其电路图如下图6所示5V直流电源A1蓄电池A2R620K174123T39018蓄电池供电R105.1KVCC继电器常开常闭R850K蓄电池A25V直流电源A1R940KR730KIC14T49014图6停电检测及电子开关切换电路T1，T2构成的蓄电池自动充电电路，它在电池充满后自动停止充电，其中D1亮为正在充电，D2为工作指示。 由R4，R5，T1构成电压检测电路，蓄电池电压低，则T1，T2导通，实现对其充电；充满后，T1，T2截止，停止充电，同时D1熄灭，电路中C4的作用是滤除干扰信号。 其电路图如图7所示-9-电子密码锁6V充电电源6V蓄电池电源A2R43K3CG21R23KR13K蓄电池D1R5470C40.1UD2T19014图7蓄电池自动充电电路4系统的硬件构成及功能41系统的硬件构成及功能根据总体要求分析，该密码锁电路所需要的I/O口线少于15个，所以可选择质优价廉的AT89C2051，而且不需要外接程序存储器和数据存储器及其它扩展部件。 电子密码锁由电路和机械两部分组成，此次设计的电子密码锁可以完成密码的修改、设定及非法入侵报警、驱动外围电路等功能。 从硬件上看，它由六部分组成，分别是LED显示器，显示亮度均匀，显示管各段不随显示数据的变化而变化，且价格低廉，它用于显示键盘输入的相应信息；无须再加外部EPROM存储器，且外围扩展器件较少的AT89C52单片机是整个电路的核心部分；振荡电路为CPU产生赖以工作的时序；显示灯是通过CPU输出的一个高电平，通过三极管放大，驱动继电器吸合，使外加电压与发光二极管导通，从而使发光二极管发光，电机工作。 现在来进行修改密码操作。 修改密码实质就是输入的新密码去取代原来的旧密码。 密码的存储用来存储一位地址加1，密码位数减1，当八个地址均存入一位密码，即密码位数减为零时，密码输入完毕，此时按下确认键，新密码产生，跳出子程序。 为防止非管理-10-电子密码锁员任意的进行密码修改，必须输入正确密码后，按修改密码键，才能重新设置密码。 密码输入值的比较主要有两部分，密码位数与内容任何一个条件不满足，都将会产生出错信息。 当连续三次输入密码出错时，就会出现报警信息，LED显示出错信息，蜂鸣器鸣叫，提醒人注意。 在电路中，P1口连接8个密码按键AN1AN8，开锁脉冲由P3.5输出，报警和提示音由P3.7输出。 BL是用于报警与声音提示的喇叭，发光管D1用于报警和提示，L是电磁锁的电磁线圈。 图1电子密码锁硬件电路图421AT89C2051单片机及其引脚说明AT89C2051单片机是51系列单片机的一个成员，是8051单片机的简化版与Intel MCS-51系列单片机的指令和输出管脚相兼容。 由于将多功能八位CPU和闪速存储器结合在单个芯片中，因此，AT89C2051构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比。 内部自带2K字节可编程FLASH存储器的低电压、高性能S八位微处理器，AT89C2051是一个有20个引脚的芯片，引脚配置如图2所示。 与8051相比，AT89C2051减少了两个对外端口（即P 0、P2口），使它最大可能地减少了对外引脚下，因而芯片尺寸有所减小。 -11-电子密码锁图2AT89C2051引脚配置AT89C2051芯片的20个引脚功能为VCC电源电压。 GND接地。 RST复位输入。 当RST变为高电平并保持2个机器周期时，所有I/O引脚复至“1”。 XTAL1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2反向振荡放大器的输出。 P1口8位双向I/O口。 引脚P1.2P1.7提供内部上拉，当作为输入并被外部下拉为低电平时，它们将输出电流，这是因内部上拉的缘故。 P1.0和P1.1需要外部上拉，可用作片内精确模拟比较器的正向输入（AIN0）和反向输入（AIN1），P1口输出缓冲器能接收20mA电流，并能直接驱动LED显示器；P1口引脚写入“1”后，可用作输入。 在闪速编程与编程校验期间，P1口也可接收编码数据。 P3口引脚P3.0P3.5与P3.7为7个带内部上拉的双向I/0引脚。 P3.6在内部已与片内比较器输出相连，不能作为通用I/O引脚访问。 P3口的输出缓冲器能接收20mA的灌电流；P3口写入“1”后，内部上拉，可用输入。 P3口也可用作特殊功能口，功P3口同时也可为闪速存储器编程和编程校验接收控制信号。 P3口特殊功能P3口引脚P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5特殊功能RXD(串行输入口)TXD(串行输出口)INT0(外部中断0)INT1(外部中断1)T0(定时器0外部输入)T1(定时器1外部输入)-12-电子密码锁5系统的软件设计图3给出了该单片机密码锁电路的软件流程图。 图中AA1AA8以及START、SET、SAVE是程序中的标号，是为了理解程序而专门标在流程图的对应位置的，分析程序时可以仔细对照参考。 51软件设计思想软件任务分析环节是为软件设计做一个总体规划。 从软件的功能来看可分为两大类一类是执行软件，它能完成各种实质性的功能（如计算、显示、输出控制和通信等）；另一类是监控软件，它是专门用来协调各执行模块和操作者的关系，在系统软件中充当组织调度角色的软件。 这两类软件的设计方法各有特色；执行软件的设计偏重算法效率，与硬件关系密切，千变万化；监控软件着眼全局，主要处理人机关系，特点是逻辑严密、千头万绪。 本设计要完成的软件任务主要有一是键盘输入的识别；二是8位LED的显示；三是密码的比较、修改、存储；四是报警和开锁控制电平的输出。 根据以上任务，结合硬件结构，可以将键盘输入的识别用来作为系统的监控程序（主程序），用显示程序来延时，不断查询键盘。 如果有键按下，就得到相应的键值。 结合当前系统所处的状态，调用不同的操作模块，实现相应的功能。 而执行模块主要有数字输入模块、确定键模块、修改键模块、显示模块及报警模块。 52存储单元的分配该密码锁中RAM存储单元的分配方案如下31H38H依次存放8位设定的密码，首位密码存放在31H单元；R0指向密码地址；R2已经键入密码的位数；R3存放允许的错码次数3与实际错码次数的差值；R4至R7延时用；00H错码标志位。 对于ROM存储单元的分配,由于程序比较短,而且占用的存储空间比较少,因此,在无特殊要求时，可以从0030H单元（其它地址也可以）开始存放主程序。 -13-电子密码锁53系统源程序ORG0000H AJMPSTART ORG0030H START:ACALL BPMOV R0,#31H/存放首位密码MOV R2,#8/已经键入密码位数SET:MOV P1，#0FFH MOVA,P1CJNE A,#0FFH,L8AJMP SETL8:ACALL DELAYCJNE A,#0FFH,SAVE AJMPSET SAVE:ACALL BPMOVR0,A INC R0DJNZ R2,SET MOV R5,#16D2S:ACALL BPDJNZ R5,D2S MOV R0,#31H MOV R3,#3/存放允许的错码次数3与实际错码次数的差值；AA1:MOV R2,#8AA2:MOV P1,#0FFH MOVA,P1CJNE A,#0FFH,L9AJMP AA2L9:ACALL DELAY-14-电子密码锁CJNE A,#0FFH,AA3AJMP AA2AA3ACALL BPCLR CSUBB A,R0INCR0CJNE A,#00H,AA4AJMP AA5AA4:SETB00H AA5:DJNZ R2,AA2JB00H,AA6CLR P3.5L3:MOV R5,#8ACALL BPDJNZ R4,L3MOV R3,#3SETB P3.5AJMP AA1AA6:DJNZ R3,AA7MOV R5,#24L5:MOV R4,#200L4:ACALL BPDJNZ R4,L4DJNZ R5,L5MOV R3,#3AA7:MOV R5,#40ACALL BPDJNZ R5,AA7AA8:CLR00H-15-AJMP AA1BP:CLR P3.7MOVR7,#250L2:MOVR6,#124L1:DJNZ R6,L1CPL P3.7DJNZ R7,L2SETB RETDELAY MOVR7,#20L7:MOVR6,#125L6:DJNZ R6,L6DJNZ R7,L7RET END54应用说明若按键AN1AN7分别代表数码17，按键AN0代表数码8。 在没有键按下时，P1.0P1.7全是高电平1，若某个键被按下，相应的口线就变为低电平0。 假如设定的密码是61234578，当按键AN6被按下时，P1.6变为低电平，P1端口其余口线为高电平，此时从P1端口读入的数值为10111111，存到31H单元的密码值就是10111111，也就是BFH。 依此类推，存到32H至38H单元的密码值分别是FDH、FBH、F7H、EFH、DFH、7FH、FEH。 开锁时必须先按AN6，使从P1口读入的第一个密码值与31H单元存储的设定值相同，再顺序按AN 1、AN 2、AN 3、AN 4、AN 5、AN 7、AN0才能开锁。 否则不能开锁，同时开始报警。 55小结该电子密码锁能充分利用了51系统单片机软、硬件资源，引入了智能化分析功能，提高了系统的可靠性和安全性，另外，电子密码锁若与串行通信结合在一起将会成为宾馆、工厂、学校等需要进行统一管理的建筑群不可缺的商品。 电子密码锁-16-电子密码锁机电一体化的电子密码锁，其功能大大超过弹子锁，且性能更稳定、更安全。 其特点，首先保密性好，其次编码可变；其三误码输入保护；其四停电不掉码；其五多种密码开锁方式，使用方便，没有单人开锁、二三人多种开锁方式。 由于自身的优势，电子密码锁会受到越来越多人们的欢迎，使用会越来越广泛，同时，也将会被社会所接受认可，并与弹子锁平分秋色。 -17-电子密码锁结束语选这个课题的时候，是因为大专期间老师让我们试着去用单片机实现电子密码锁，她告诉了我们电子密码锁的应用领域，于是，当老师让我们做一个应用小系统的时候，我就已经确定了课题