单片机课程设计电子密码锁报告

基于单片机控制的电子密码锁摘要：本系统由由单片机系统统、矩阵键盘、LEDD显示和报警警系统组成。系系统能完成开开锁、超时报报警、超次锁锁定、管理员员解密、修改改用户密码基基本的密码锁锁的功能。除除上述基本的的密码锁功能能外，还具有有调电存储、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，功能实用关键词：AT889S51，AT24CC02,电子子密码锁，矩矩阵键盘一、引言随着人们生活水水平的提高，如如何实现家庭庭防盗这一问问题也变的尤尤其的突出，传传统的机械锁锁由于其构造造的简单，被被撬的事件屡屡见不鲜，电电子锁由于其其保密性高，使使用灵活性好好，安全系数数高，受到了了广大用户的的亲呢。设计本课题时构构思了两种方方案：一种是是用以AT89ss51为核心的单单片机控制方方案；另一种种是用以74LS1112双JK触发器构成成的数字逻辑辑电路控制方方案。考虑到到数字电路方方案原理过于于简单，而且不能满满足现在的安安全需求，所所以本文采用用前一种方案案。二、方案论证与与比较方案一：采用数数字电路控制制。其原理方方框图如图1－1所示。图2－1数字字密码锁电路方方案采用数字密码锁锁电路的好处处就是设计简简单。用以74LS1112双JK触发器构成成的数字逻辑辑电路作为密密码锁的核心心控制，共设设了9个用户输入入键，其中只只有4个是有效的的密码按键，其其它的都是干干扰按键，若若按下干扰键键，键盘输入入电路自动清清零，原先输输入的密码无无效，需要重重新输入；如如果用户输入入密码的时间间超过40秒（一般情情况下，用户户不会超过40秒，若用户户觉得不便，还还可以修改）电电路将报警80秒，若电路路连续报警三三次，电路将将锁定键盘5分钟，防止止他人的非法法操作。电路由两大部分分组成：密码码锁电路和备备用电源(UPS)，其中设置UPS电源是为了了防止因为停停电造成的密密码锁电路失失效，使用户户免遭麻烦。密码锁电路包含含：键盘输入入、密码修改改、密码检测测、开锁电路路、执行电路路、报警电路路、键盘输入入次数锁定电电路。方案二：采用一一种是用以AT89S51为核心的的单片机控制制方案。利用用单片机灵活活的编程设计计和丰富的IO端口，及及其控制的准准确性，不但能实现现基本的密码码锁功能，还还能添加调电电存储、声光光提示甚至添添加遥控控制制功能。其原原理如图1－2所示。89S51单片机89S51单片机矩阵键盘控制输入错误锁定键盘输入错误锁定键盘延时报警控制电路延时报警控制电路AT24C02掉电存储开锁控制电路AT24C02掉电存储开锁控制电路指示电路串口显示电路指示电路串口显示电路图2－2单片机机控制方案通过比较以上两两种方案，单单片机方案有有较大的活动动空间，不但但能实现所要要求的功能而而且能在很大大的程度上扩扩展功能，而而且还可以方方便的对系统统进行升级，所所以我们采用用后一种方案案。三、电路的功能能单元设计1．开锁机构通过单片机送给给开锁执行机机构，电路驱驱动电磁锁吸吸合，从而达达到开锁的目目的。其原理理如图2－1所示。单片机微控制器单片机微控制器开锁驱动电路电磁锁密码正确？Y返回N图3－1密码锁锁开锁机构示示意图当用户输入的密密码正确而且且是在规定的的时间（普通通用户要求在在12s内输入正确确的密码，管管理员要求在在5s输入正确的的密码）输入入的话，单片片机便输出开开门信号，送送到开锁驱动动电路，然后后驱动电磁锁锁，达到开门门的目的。其其实际电路如如图2－2所示。电路驱动和开锁锁两级组成。由D5、R1、T10组成驱动电路，其中T10可以选择普通的小功率三极管如9014、9018都可以满足要求。D5作为开锁的提示；由D6、C24、T11组成。其中D6、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由一定的余量。在本次设计中，基基于节省材料料的原则，暂暂时用发光二二极管代替电电磁锁，发光光管亮，表示示开锁；灭，表表示没有开锁锁。图3－2密码锁锁开锁机构电电路图2．按键电路设设计由于设计要求使使用矩阵键盘盘，所以本设设计就采用行行列式键盘，同同时也能减少少键盘与单片片机接口时所所占用的I/O线的数目，在在按键比较多多的时候，通通常采用这样样方法。其原理如图图2－3所示。89s5189s51D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D105.1KX45.1KX4VCC图3－3行列式式键盘原理电电路图每一条水平（行行线）与垂直直线（列线）的的交叉处不相相通，而是通通过一个按键键来连通，利利用这种行列列式矩阵结构构只需要N条行线和M条列线，即即可组成具有有N×M个按键键的键盘。在这种行列式矩矩阵键盘非键键盘编码的单单片机系统中中，键盘处理理程序首先执执行等待按键键并确认有无无按键按下的的程序段。当确认有按键按按下后，下一一步就要识别别哪一个按键键按下。对键键的识别通常常有两种方法法：一种是常常用的逐行扫扫描查询法；；另一种是速速度较快的线线反转法。对照图2－3所所示的44键盘，说明明线反转个工工作原理。首先辨别键盘中中有无键按下下，有单片机机I/O口向键盘送送全扫描字，然然后读入行线线状态来判断断。方法是：：向行线输出出全扫描字00H，把全部列列线置为低电电平，然后将将列线的电平平状态读入累累加器A中。如果有有按键按下，总总会有一根行行线电平被拉拉至低电平从从而使行线不不全为1。判断键盘中哪一一个键被按下下使通过将列列线逐列置低低电平后，检检查行输入状状态来实现的的。方法是：：依次给列线线送低电平，然然后查所有行行线状态，如如果全为1，则所按下下的键不在此此列；如果不不全为1，则所按下下的键必在此此列，而且是是在与零电平平行线相交的的交点上的那那个键。按键的操作面板板如图图2－3所示。共计数字键10个，功能键6个。键盘上还还有3个指示灯和一一个蜂鸣器。CLRCLR01EN69F448F337F226F1L1L2L3图3－4按键键操作面板示示意图10个数字键用用来输入密码码，另外6个功能键分分别是：CLR、EN、F1、F2、F3、F4。其中CLR键的功能是是当输入密码码错误的时候候，清除前面面已经输入的的数据，重新新输入。EN键的功能是是确认输入的的密码。F1是管理模式式切换键，当当用户不小心心三次输入密密码都没有正正确，键盘被被锁定，这个个时候就可以以启动管理模模式，使用管管理员的密码码来开门。F2是用来进入入修改密码的的状态。F3用来关闭闭显示器，一一来可以节省省电量，另外外也可以防止止不法分子偷偷窥密码。F4用来作电电铃。上面的3个指示示灯L1、L2、L3是用来指示操操作的状态：：L1锁定及输输入指示状态态灯，正常的的情况下显示示红色，当键键盘动作的时时候，L1灯开始闪动动，当键盘处处于锁定状态态时，指示灯灯也显示红色色。L2开门指示示灯，当用户户在规定的时时间内正确的的输入了密码码，此灯转变变为绿色，表表示开门，否否则不显示。L33是管理员状状态指示灯，当按下F1后，指示灯自动点亮。面板上还有一个个蜂鸣器，其其中一个功能能是用来指示示操作的按键键是否在成功功的按下；另另外一个功能能是当用户输输入密码错误误的次数超过过了3次，鸣笛以以示报警。3．显示电路设设计本系统设计的显显示电路是为为了给使用者者以提示而设设置的。考虑虑到为了节约约单片机的口口资源，本系系统的显示采采用串行显示示的方式，只只使用单片机机的两个串行行口，就可以以完成单片机机的显示功能能，显示电路路的电路原理理图如图2－5所示。电路设定：当程程序检测在5分钟内没有有按键操作的的时候，就关关闭显示。这这个功能使用用程序来实现现的，一旦没没有按键动作作就启动一个个定时器，检检测在5分钟内没有有按键动作的的时候，启动动一个程序，关闭显示，这样可以达到节省电能的目的。从单片机串口输输出的信号先先送到左边的的移位寄存器器（74HC1164）,由于移位脉脉冲的作用，使使数据向右移移，达到显示示的目的。移移位寄存器74HC1164还兼作数码码管的驱动，插插头1（headeer1）接电源，插插头2（headeer2）接数据和和脉冲输出端端。电路中的的三个整流管管D1~D3的作用是降降低数码管的的工作电压，增增加其使用寿寿命。图3－5显示示器原理图显示器主显示几几个字符，给给用户提供指指示见图2－6所示。2--OFF--2--OFF--图3－6a关关闭状态1--888--1--888--图3－6b开开锁状态------------------------图3－6c密密码输入及修修改状态SRERROSRERRO图3－6d密密码输入错误误后的提示--K--LOC--K--LOC图3－6e密密码在规定的的时间内输入入错误次数超超过3次后的锁定定状态4．AT24CC02掉电存储单单元的设计掉电存储单元的的作用是在电电源断开的时时候，存储当当前设定的单单价信息。AT24CC02是ATMEL公司的2KB字节的电可可擦除存储芯芯片，采用两两线串行的总总线和单片机机通讯，电压压最低可以到到2.5V，额定电流流为1mA，静态电流10Ua(5.55V)，芯片内的的资料可以在在断电的情况况下保存40年以上，而而且采用8脚的DIP封装，使用用方便。其电电路如图2－5所示。图3－7掉电电存储电路原原理图图中R8、R110是上拉电阻阻，其作用是是减少AT24CC02的静态功耗耗，由于AT24CC02的数据线和和地址线是复复用的，采用用串口的方式式传送数据，所所以只用两根根线SCL（移位脉冲冲）和SDA（数据/地址）与单单片机传送数数据。每当设定一次单单价，系统就就自动调用存存储程序，将将单价信息保保存在芯片内内；当系统重重新上电的时时候，自动调调用读存储器器程序，将存存储器内的单单价等信息，读读到缓存单元元中，供主程程序使用。5．密码锁的电电源电路设计计为了防止停电情情况的发生，本本电路后备了了UPS电源，它包包括市电供电电电路，停电电检测电路，电电子开关切换换电路，蓄电电池充电电路路和蓄电池组组成。电源电电路图如图2－8所示。图3－8市电供供电电路220V市电通通过变压器降降压成12V的交流电,再经过整流流桥整流,7805稳压到5V送往电子切切换电路，由由于本电路功功耗较少，所所以选用10W的小型变压压器。由R8，R9，R6，R7及IC14构成电压比比较器，正常常情况下，V+<V-ICC14输出高电平平，继电器的的常闭触点和和市电相连；；当市电断开开，V+>V-ICC14输出高电平平，由T3，T4构成的达林林顿管使继电电器J开启，将其其常开触电将将蓄电池和电电路相连，实实现市电和蓄蓄电池供电的的切换，保证证电子密码锁锁的正常工作作（视电池容容量而定持续续时间）。其其电路图如下下图6所示：图3－9停电电检测及电子子开关切换电电路T1，T2构成成的蓄电池自自动充电电路路，它在电池池充满后自动动停止充电，其其中D1亮为正在充充电，D2为工作指示示。由R4，R5，T1构成电压检检测电路，蓄蓄电池电压低低，则T1，T2导通，实现现对其充电；；充满后，T1，T2截止，停止止充电，同时时D1熄灭，电路路中C4的作用是滤滤除干扰信号号。其电路图图如图7所示：图3－10蓄电电池自动充电电电路6．设计总框图图矩阵键盘矩阵键盘控制89S51单片机输入错误锁定键盘输入错误锁定键盘电源电路及UPS电路延时报警控制电路电源电路及UPS电路延时报警控制电路AT24C02掉电存储开锁控制电路AT24C02掉电存储开锁控制电路指示电路串口显示电路指示电路串口显示电路图3－11总体体设计框图7．设计总体电电路图图3－12总总体电路图四、程序设计1．模块介绍该计程计价系统统的软件设计计分为以下几几个模块：(1)主程序模模块主程序主要完成成初始化、设设置中断向量量、检查有无无按键按下、以及调用显示等等。主程序的流程图如下所示。(2)键盘扫描描及识别子程程序键盘采用查询的的方式，放在在主程序中，当当没有按键按按下的时候，单单片机循环主主程序，一旦旦有按键按下下，便转向相相应的子程序序处理，处理理结束再返回回。其程序流流程如图所示.(3)调电存储储服务程序当比较密码的时时候，需要读读AT24CC02程序，将存存储在芯片内内的数据读到到RAM中，然后和和输入的密码码相比较。当修改密码码的时候，需需要把输入的的密码保存到到AT24CC02中，其程序流流程如图所示.(4)显示子程程序由于是分屏显示示数据，所以以就要用到55个显示子程程序，分别是是：关闭状态态显示子程序序（DIS_A）、开锁状态态显示子程序序（DIS_B）、密码输入入及修改状态态显示子程序(DIS_C)、密码输入错错误后的提示示子程序(DIS_D)。密码在规定定的时间内输输入错误次数数超过3次后的锁定定状态显示子子程序(DIS_E).2.程序流程图图（1）主程序流流程图如图3－1所示。开始初始化有键按下？开始初始化有键按下？调用显示启动定时识别按键全部按完