基于單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)

范家明

摘 要：隨著電子技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)鎖的需求越來(lái)越多，所以各種各樣的電子鎖層出不窮，未來(lái)電子密碼鎖的市場(chǎng)將非常廣闊。這次設(shè)計(jì)是以STC89C51單片機(jī)為技術(shù)控制核心，顯示部分選用了1602液晶顯示，密碼儲(chǔ)存模塊采用AT24C02芯片，結(jié)合設(shè)計(jì)的外圍報(bào)警模塊，矩陣鍵盤輸入模塊，繼電器模塊完成了電子密碼鎖的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：密碼鎖；單片機(jī)；液晶顯示

一、引言

（一）設(shè)計(jì)的背景和研究意義。自從人類脫離原始社會(huì)、開(kāi)始有私有財(cái)產(chǎn)的概念以來(lái)，鎖就成為了人們生活中的重要組成部分。隨著科技的發(fā)展，電子密碼鎖被越來(lái)越多的人所接受，它已經(jīng)在生活中隨處可見(jiàn)了. 電子密碼鎖擁有太多機(jī)械鎖完全無(wú)法相比的優(yōu)點(diǎn)。它不但能完成“鎖”自身的功用，還可以具有記憶、辨識(shí)、警報(bào)等特別的作用。因?yàn)殡娮用艽a鎖的更安全性、更便宜、易操作，越來(lái)越多人開(kāi)始關(guān)注這一領(lǐng)域。

隨著單片機(jī)的迅速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，將其應(yīng)用到保密和安全方面是相當(dāng)可靠，相當(dāng)有意義的?；趩纹瑱C(jī)的電子密碼鎖的研究在保護(hù)財(cái)產(chǎn)和人身安全方面可以給人們帶來(lái)更多更好的選擇

（二）設(shè)計(jì)的主要環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)的主要方案如下：（1）控制模塊采用STC89C51為控制中心模塊。（2）鍵盤輸入采用4x3的共陰極鍵盤輸入可以節(jié)省IO口的使用。（3）顯示模塊采用液晶顯示密碼的輸入和修改等提示。（4）報(bào)警模塊通過(guò)蜂鳴器和LED燈閃爍來(lái)完成。（5）繼電器用來(lái)控制密碼鎖的開(kāi)關(guān)。

二、系統(tǒng)的硬件原理圖

硬件設(shè)備是以單片機(jī)為核心，結(jié)合電源電路、密碼儲(chǔ)存電路、顯示電路、報(bào)警電路和繼電器電路等外圍設(shè)備來(lái)完成設(shè)計(jì)要求。其原理框圖如圖1。

三、系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)

（一）AT24C02 EEPROM存儲(chǔ)器。用戶在使用電子密碼鎖的時(shí)候若更改了系統(tǒng)的初始密碼，密碼鎖系統(tǒng)斷電之后密碼就容易丟失，而曾加了AT24C02就能把密碼儲(chǔ)存起來(lái)防止丟使。

AT24C02是一個(gè)2Kbit串行CMOS EEPROM，內(nèi)部256個(gè)

8位字節(jié)。其引腳功能如下串行數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳（SDA）可實(shí)現(xiàn)雙向串行數(shù)據(jù)傳輸。串行時(shí)鐘信號(hào)引腳（SCL）在SCL輸入時(shí)鐘信號(hào)的上升沿將數(shù)據(jù)送入EEPROM器件，并在下降沿將數(shù)據(jù)讀出。器件/頁(yè)地址腳（A2、A1、A0）為AT24C02硬件連接的器件地址輸入引腳。寫(xiě)保護(hù)（WP）引腳。當(dāng)該引腳接地GND時(shí)可以正常的讀寫(xiě)，接VCC時(shí)，芯片啟動(dòng)寫(xiě)保護(hù)功能。

AT24C02與單片機(jī)相連時(shí)，A0，A1，A2接地，GND接地，VCC接電源，WP接P2^2，SDA接P2^0，SCL接P2^1。

（二）液晶點(diǎn)陣屏1602。1602液晶也叫做1602字符型液晶，它是專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣式液晶模塊。

1602液晶分為背光和不背光兩種，帶背光的1602液晶采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口與單片機(jī)相連接。

（三）矩陣鍵盤。為了節(jié)省IO的使用，使用共陰極的矩陣鍵盤作為密碼輸入端，它將I/O口分別引出線，并分為行線和列線，在每一個(gè)行線和列線相交的地方放置一個(gè)按鍵，這種方案下，一個(gè)占用7個(gè)I/O端口的4×3的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)

12鍵的鍵盤。通過(guò)軟件掃描的方法就可以確定是哪個(gè)按鍵按下了。

（四）警鈴電路。運(yùn)用蜂鳴器和計(jì)算機(jī)軟件的控制可以使它發(fā)出911報(bào)警的聲音。通過(guò)一個(gè)PNP的三級(jí)管可以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的工作。當(dāng)密碼輸入正確時(shí)警鈴不工作，同時(shí)密碼所開(kāi)。但是如果密碼輸入錯(cuò)誤控制蜂鳴器的P2^4引腳輸出低電平，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警的聲音將持續(xù)5秒。

（五）繼電器電路。采用電磁繼電器作為密碼鎖的開(kāi)關(guān)。電磁繼電器一般是由鐵芯、線圈、銜鐵、觸電簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的壓力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸電結(jié)合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力下返回原來(lái)的位置，使觸電釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了電路中的導(dǎo)通和切斷的作用。在密碼輸入正確的時(shí)候控制繼電器的P2^5引腳輸出低電平，電子密碼鎖開(kāi)。

（六）復(fù)位電路。單片機(jī)的置位和復(fù)位都是為了把電路初始化到一個(gè)確定的狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，單片機(jī)的復(fù)位電路的作用就是把單片機(jī)的內(nèi)的各個(gè)寄存器裝入常山預(yù)設(shè)的一個(gè)值，即讓從單片機(jī)的第一條指令（0000H單元）開(kāi)始執(zhí)行。單片機(jī)復(fù)位電路的原理就是在單片機(jī)的復(fù)位引腳RST上外接電阻和電容，讓RST（9腳）端出現(xiàn)高電平，并保持兩個(gè)機(jī)器周期以上，單片機(jī)就會(huì)執(zhí)行復(fù)位操作。

四、系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)

如圖2所示為主程序流程圖，系統(tǒng)上電后將進(jìn)行初始化，然后開(kāi)始進(jìn)行鍵盤掃描，此時(shí)在鍵盤上輸入密碼，若密碼正確，則開(kāi)鎖成功，播放成功提示音，密碼錯(cuò)誤則會(huì)提示，包括屏幕畫(huà)面及聲音。

五、結(jié)論

在本次電子密碼鎖的設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)查閱資料和向老師請(qǐng)教結(jié)合實(shí)際制作了一款功能比較齊全的電子密碼鎖。它具有以下的功能：（1） 用戶通過(guò)矩陣鍵盤四位密碼，并以確認(rèn)鍵（#）結(jié)束。若需要修改密碼，則按修改鍵（*）進(jìn)入密碼修改狀態(tài)。（2） 允許密碼輸入錯(cuò)誤的最大次數(shù)為三次，口令錯(cuò)誤次數(shù)超過(guò)三次則進(jìn)入死鎖狀態(tài)，并發(fā)出警報(bào)，系統(tǒng)將鎖定鍵盤5分鐘。（3）初始化密碼又系統(tǒng)決定，用戶可以根據(jù)自己的要求設(shè)定密碼。修改密碼時(shí)需要首先正確的輸入舊的密碼才可以修改，修改新密碼需要兩次相同的輸入新的密碼，以防錯(cuò)按鍵盤而導(dǎo)致的新密碼丟失。（4）密碼輸入以“*”顯示，提高密碼的安全性，防止別人偷窺。（5）當(dāng)無(wú)密碼輸入時(shí)自動(dòng)進(jìn)入節(jié)電模式，減少功耗。

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