1_8000709_电子密码锁毕业论文

某某某某 u)0电子密码锁是集计算机技术、电子技术、数字密码技术为一体的机电一体化高科技产品，具有安全性高，成本低、功耗低、易操作、使用方便等优点。由单片机系统、矩阵键盘、 本文以 片机为控制核心，结合矩阵键盘、数码管显示等来完成电子密码锁的设计。单片机接收键入的代码，并与存入在 果密码正确，则驱动电磁执行器开锁；如果不正确，则允许操作人员进行输入。对于错误信息，则马上通过 报警。 系统能完成开锁 、超时报警、管理员解码、修改密码的密码锁功能。除上述基本功能外，还具有掉电存储、声光提示等功能，依据实际情况还可以添加遥控功能。本系统成本低廉，功能实用。 关键词： 子密码锁，矩阵键盘 u)0录 第一章 绪论 . 1 子密码锁简介 . 1 子密码锁的发展趋势 . 1 第二章 密码锁的构思 . 3 设计所要实现的目标 . 3 计方案的选择 . 3 案一：采用数字电路控制 . 3 案二：采用单片机为核心的控制方案 . 4 计要求 . 4 计构想 . 4 统结构 . 5 第三章 系统硬件构成 . 6 控芯片 介绍 . 6 要特性： . 6 脚说明 . 7 荡器特性 . 9 路总体构成 . 9 源部分 . 10 盘输入部分 . 10 位部分 . 11 振部分 . 12 码管显示电路 . 12 警部分 . 12 锁部分 . 13 第四章 软件程序设计 . 14 程序流程图 . 14 键软件设计 . 14 码比较及开锁程序 . 17 第五章 印制和制作 . 19 使用 . 19 的设计 . 19 原理图的设计 . 19 路板的设计 . 20 路板的制作 . 22 第六章 电路调试 . 23 波器的使用 . 23 字万用表的使用 . 23 试 . 24 障分析和排除方法 . 24 第七章 结束语 . 25 致谢 . 26 参考文献 . 27 某某某某 u)0 原理图 . 28 附录二 图 . 29 附录三 元器件清单 . 30 附录四 程序 . 31 某某某某 1 第一章 绪论 随着社会 物质财富的日益增长，安全防盗已成为社会问题。 目前国内，大部分人使用的还是传统的机械锁。然而，眼下假冒伪劣的机械锁翻了成灾，互开率之高。为何弹子锁的“互开率”会如此 之高？据有关专家人士的剖析，弹子锁质量的好坏主要取决于弹子数量的多少以及弹子的大小，而弹子的多少和大小受一定条件的限制。此外，即使是把质量过关的机械锁，通过急开锁，甚至可以再不损坏锁的前提下将锁打开。机械锁的这些弊端为一种新型的锁代替 电子密码锁。随着社会的发展和人们生活水平的提高，人们的安全意识也逐步加强。密码锁以其安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点受到越来越多的人欢迎。 子密码锁简介 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解锁是以芯片为核心，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，不像机械锁必须佩戴钥匙才能开锁。 6） 电子密码锁操作简单易行，一学即会。 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，使用及不方便，且钥匙丢失后安全性即大打折口。针对这些锁具带来的不便若使用机械式钥匙开锁，为满足人们某某某某 2 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。由于电子器件所限，以前开 发的电子密码锁，其种类不多，保密性差，最基本的就是只依靠最简单的模拟电子开关来实现的，制作简单但很不安全，在后为多是基于 密码简单易破解。随着电子元件的进一步发展，电子密码锁也出现了很多的种类，功能日益强大，使用更加方便，安全保密性更强，由以前的单密码输入发展到现在的密码加感应元件，实现了真正意义上的电子加密，用户只有密码或电子钥匙中的一样是打不开锁的，随着电子元件的发展及人们对保密性需求的提高，出现了越来越多的电子密码锁。 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个人使用的箱、柜、房间等。由于数字、字符、图像、人体生物特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，如防范森林的金库，需要使用符合信息密码的电子防盗锁，这样对盗贼而言是“道高一丈、魔高一丈”。组合使用信息也能够使电子防盗锁获得无穷扩张的可能，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的发展趋势。 某某某某 3 第二章 密码锁的构思 1、密码通过键盘输入，若密码正确，则将 示灯 亮。 2、 数码管显示功能。每 按下一键，将在数码管显示对应的数字。 3、 电子密码锁的设计主要由三部分组成： 4 4 矩阵键盘接口电路、密码锁的控制电路、输出八段显示电路。另外系统还有 示灯，按键蜂鸣器等。 4、 密码锁设计的关键问题是实现密码的输入、开锁时 亮与否、数码管显示等功能： （ 1）密码输入功能：按下一个数字键，对应的数字就显示在最右边的数码管上。 （ 2）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， 则不打开。 5、 主要的设计实施过程：首先，选用 司的单片机 及选购其他电子元器件。第二步，使用 计硬件电路原理图，并设计 完成人工布线（后因 损坏决定采用万能板焊接的方法）。第三步，使用 件编写单片机的 C 语言程序、仿真、软件调试。第四部，使用 件进行模拟软、硬件调试。最后，联合软、硬件调试电路板，完成本次毕业设计。 计方案的选择 案一：采用数字电路控制 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，其他的都是干扰按键，若按键按下干扰键，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 10秒电路将报警 20秒，若电路连续报警三次，电路将锁定 2分钟，防止他人的非法操作 。采用数字电路设计的方案好处就是设计简单但控制准确性和灵活性差， 故不能采用 。某某某某 4 案二：采用单片机为核心的控制方案 由用时要多加比 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，因此在选下面几个方面考虑：性能、储存器、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，除上述的还有一些基本的比如：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 为本设计的核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的 I/其控制的准确性，的控制，外接 接数码管用于显示作用。当用户需要开锁时，先在键盘上按取 6位密码，当按下每一数字键时， 码管将显示相应的数字，密码输完后按下确定键，如果密码输入正确则开锁， 之密码不正确。 可以看出方案二控制灵活准确性好且保密性强还具有扩展功能，根据现实生活的需要此次设计采用此方案。 本设 计使用 司的 基于单片机的电子密码锁的设计，其主要有如下功能： （ 1）设置 6位密码。密码通过键盘输入，如密码正确，则锁打开， 之密码不正确。 （ 2）密码可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。 （ 3）开锁功能。 密码输入错误 当密码输入正确， 计 构想 本设计主要由单片机、矩阵键盘、 密码锁的控制电路、输出八段显示电路和 软件程序等 部分构成 ，另外系统还有 示灯，按键蜂鸣器等 。其中矩阵键某某某某 u)0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 如果灯亮锁打开否则不打开 。 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 单片机、电源输入部分、键盘输入部分、 程序输入 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、键盘扫描程序、关闭程序、密码设置程序、 写程序和延时程序等组成 。其原理框图如图 2 图 2 1 原理图框图 开锁电路 报警电路 显示电路 电源输入 晶振电路 程序输入 键盘输入 复位电路 u)0三章 系统硬件构成 介绍 要特性 ： 3物一种带 4K 字节 储器 （ 低电压、高性能 位微处理器，俗称单片机 。 一种带 2K 字节闪存可编程可擦除 只读存储器 的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 密 度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 闪烁存储器组合在单个芯片中， 它的一种精简版本。 片机为很多嵌入式控制系统 提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图 3示 ： 与 容 4K 字节可编程 寿命： 1000 写 /擦循环 数据保留时间： 10年 全静态工作： 0 三级程序存储器锁定 1288 位内部 32 可编程 I/O 线 某某某某 7 两个 16位 定时器 /计数器 5 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 脚说明 图 3 1脚图 电电压。 地。 位漏级开路双向 I/脚可吸收 8电流。当的管脚第一次写 1 时，被定义为 高阻 输入。 够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。在 作为原码输入口，当 时 位双向 I/电流。 管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， 输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 作为第八位地址接收。 位双向 I/出 4个 1” 时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时， 的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。 当用于外部程序存储器 或 16位地址外部数据存储器进行存取时， 给出地址 “1” 时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， 8 管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 电流。当 1” 后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平， 是由于上拉的缘故。 如下表所示： 口管脚 备选功能 行输入口） 行输出口） 部中断 0） 部中断 1） 0（记时器 0外部输入） 1（记时器 1外部输入） 部数据存储器写选通） 部数据存储器读选通） 制信号。 位输入。当振荡器复位器件时，要保持 两个机器周期的高电平 时间。 访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， 频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 想禁止 。此时， 令是 起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 位无效。 /部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /号将不出现。 / /持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时， /内部锁定为 ，此间内部程序存储器。在 引脚也用于施加 12 向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 。 自反向振荡器的输出。 某某某某 9 荡器特性 别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。 石晶 振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件， 余输入至内部 时钟信号 要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 编辑本段 芯片擦除： 整个 保持0完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写 “1” 且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外， 有稳态逻辑，可以在低到零频率的条 件下静态逻辑，支持两种 软件 可选的掉电模式。在闲置模式下， 止工作。但 时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 在确定了选用什么型号的单片机后，就要确定在外围电路，其外围电路包括电源输入部分、键盘输入部分、复位部分、晶振部分、显示部分、报警部分、开 锁（ 分组成，规矩实际情况键盘输入部分选择 4*4 矩阵键盘，显示部分选择 码管来显示，密码储存用程序烧入来完成。 本设计是以单片机 用丰富的 I/接矩阵按键 电路 ，实现其数字输入功能，当每一数字键按下，将会显示在共阳的数码管上，三极管驱动的蜂蜜器将 相应 发出按键音，如果密码正确， 亮，开锁成功 ，锁不成功 。 其原理图如图 3 10 E A / V S E T 012I N T 1130 / 1 / 23P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E E / C 5 2 - P - P - P - P - P - P - P - P - P 0S W - P 1S W - P 2S W - P 3S W - P 4S W - P 5S W - P 6S W - P 0 1S P E A K E S 2V C Y S T A 7S W - P S 2+ P A C I T O R P O C V C N 2V C S 2 S 2V C 1D P Y _7 - S E G _D 3 2原理图 密码锁主控制部分电源需要用 5V 直流电源供电，本设计直接留出电源端 提供外置电源输入接口，可以使用外置 5V 稳压直流电源供电，即由外部变压器所得 。其原理图如图 3 12 3电源 盘输入部分 由于本设计所用到的键盘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，与独立式按键盘相比，要节省很多 I/设计使用的这个 4*4键盘不但能完成密码的输入还能作特别功能键使用，设置功能等。键盘的每个按键功能在程序设计中设置。其大体功能（看键盘上的标记）及与单片机引脚 接法如下图 3 某某某某 11 - P - P - P - P - P - P - P - P - P 0S W - P 1S W - P 2S W - P 3S W - P 4S W - P 5S W - P 6S W - P 单片机复位是使 从这个状态开始工作，例如复位后 000H,是单片机从第一个单元取指令。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。在复位接通电源瞬间，电容 位下拉电阻上的期间， 输出高电平；外部程序存储器读选通信号 效。地址锁存信号 为高电平。根据实际情况选择如图 3 5 所示的复位电路。该电路在最简单的复位电路 下增加了手动复位按键，在电压接近电源电压，即 高电平，在电容充电的过程中 于电容 以保证 4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 放电。当电容 的电位为高电平。由于 高电平， 于复位状态，松手后，电容 电， S 1 7S W - P S 2+ P A C I T O R P O C 12 图 3脚 晶体振荡器及电容 C 按下图所示方式连接。晶振、电容 2及片内与非门构成了电容三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频率及 容量有关，但主要由晶振频率决定，范围在 033间，电容 30据实际情况，本设计中采用 12为系统的外部晶振。电容取值为 30图 3 图 3由于液晶显示器价格昂贵，而且显示部分不是本系统的重要部分，因此采用于单片机直接驱动 的直流不够，数码管亮度显得不足，所以加上三极管用以放大电流。在本设计中，采用的共阳数码管，如图 3 S 2V C 1D P Y _7 - S E G _D 报警部分由陶瓷压电发声装置及外围电路组成，加电后不发声，当按键下时，“叮 ” 声，每按一下，发一声，密码正确时，不发声直接开锁，当密码输入某某某某 13 错误时，单片机的 极管 图 3 L S 1S P E A K E S 2V C S 2图 3在本次设计中，基于节省材料的原则，暂时用发光二极管代替电磁锁，发光管亮，表示开锁；灭，表示没有开锁。电路图 如 3示。当 输出低电平时，二极管发光，表示开锁。 0 C 图 3锁电路 14 第四章 软件程序设计 本系统软件设计由主程序、初始化程序、 盘扫描程序、密码设置程序、密码设置程序和延时程序等组成。 如图 4始接上电源，程序进行初始化设置，然后在键盘上输入密码，此系统进行键盘扫描，密码正确，开锁成功， 果不亮，则密码错误。若密码忘记，则需要在程序中重新设置密码。 然后启动程序，进行保护，再次在键盘上输入密 码，系统进行扫描，如果和之前一样，则执行相同程序，如不是，则执行另一种程序。 4开始 返回 初始化 输入密码 密码正确 亮 数码管显示密码 密码错误 密码比较 不亮 蜂鸣器发出声音 重新输入密码 某某某某 15 如图 4按键当中，有输入、开锁、确认的程序相对应的按键，并按顺序与输入的数相比较， 当输入正确时，进入密码程序，密码正确进入 后确认程序。 首先输入密码进行比较，若密码吻合，则执行开锁程序，如果密码不正确，则返回，重新输入。 4按键软件程序如下： i; ; =0 ; =0 04=0) ; 开始 键值 =值 =开锁 键值 =输入 密码输入程序 开锁程序 确认程序 返回 16 05=0) ; 06=0) ; 04=0) ; 05=0) ; 06=0) ; 04=0) ; 05=0) 某某某某 17 ; 06=0) ; 04=0) 0; 05=0) 1; 05=0) 2; 如图 5锁流程图，开始时按开 锁键，输入密码，如果输入正确，则开锁成功，如果输入错误则需要重新输入，则执行 18 图 5程序如下： =0,8,0,8,7,4,11; ; ; 65536256; /定时器 位赋初值 65536256; ; D0); D1); D2); D3); D4); D5); D6); 正确开锁 示灯亮 开始 比较第一位 比较下一位 清零 六位比较完 亮 密码错误 重新输入密码 某某某某 19 第五章 印制和制作 根据目前印制电路板制造技术的发展趋势，印制电路板的制造难度越来越高，品质要求也越来越严格。为确保印制电路板的高质 量和高稳定性，实现全面质量管理和环境控制，必须充 分了解印制电路板制造技术的特性 。 使用 件图标进入菜单选项，编辑原理图设计环境 进行元件库、模板和网络表的操作，再进行电器规则的检查和标注。 要用元件编辑器画出其所需元件，再调入原理图。 完电路板后，检查没错误后调入网络表，人工摆好元件后进行自动布线和人工布线，再打出电路板图。 要画元件封装库后再进行设置，最后生成网络 表。 的设计 原理图的设计 1、编辑原理图设计环境，建立起自己的文件夹。 2、绘制原理图，根据实际情况要建立起自己的原理图库和封装库 ，并按设计要求连线 。 3、 有许多元件图 别要注意绘制封装，这关系到最终电路板的完成，根据实际我画焊盘孔是 3540盘是 80100部分封装如 5 20 图 5 封装图 4、原理图初步完成后，进行电气规则检查和标注，得出报告，有错误就要修改原理图；无错误则进入下一步， 生成对应的网络表。 5、手工更改网络表 将一些元件的固定用脚等原理图上没有的焊盘定义到与它相通的网络上，没任何物理连接的可定义到地或保护地等。将一些原理图和别是二、三极管等。 路板的设计 1、进入 计环境，包括设置格点大小和类型，光标类型，版层参数，布线参数等等。大多数参数都可以用系统默认值，而且这些参数经过设置之后，符合个人的习惯，以后无须再去修改。 2、规划电路版，主要是确定电路版的边框，包括电路版的尺寸大小等等。在需要放置固定孔的地方放上适当大小的焊盘。 本设计