基于STC89C51單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)

李朋龍 劉秀娟 孫選辰 許紋旗 王茂清 逯玉蘭

摘? 要： 為解決傳統(tǒng)制鎖技術(shù)無法滿足安全防盜、美觀簡潔等需求這一問題，本文基于STC89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)了電子密碼鎖系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括五大模塊：主機(jī)模塊、LCD液晶顯示器模塊、按鍵輸入模塊、掉電儲(chǔ)存模塊、報(bào)警與開鎖功能模塊。電子密碼鎖設(shè)計(jì)好壞可通過密碼的輸入、清除、開鎖、更改等功能所完成的程度作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。本文設(shè)計(jì)的電子密碼鎖具有成本低、安全性高、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，另外對(duì)于住宅、辦公室等具有強(qiáng)大的適用兼容性。因此，本系統(tǒng)的商業(yè)價(jià)值高。

關(guān)鍵詞： 電子密碼鎖;STC89C51單片機(jī);開鎖驅(qū)動(dòng)電路

中圖分類號(hào)： TP368.1? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.09.006

本文著錄格式：李朋龍，劉秀娟，孫選辰，等. 基于STC89C51單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)[J]. 軟件，2020，41（09）：2325

【Abstract】： Traditional lock technology has been unable to meet the needs of security and theft prevention， beautiful and simple， in order to solve this problem， we based on STC89C51 MCU design electronic password lock system. The system includes host module， LCD display module， key input module， power off storage module， alarm and lock function module. The standard to judge the design of electronic password lock is the degree of password input， clearance， lock， change and other functions. Electronic code lock unique design， coupled with the lack of other anti-theft tools simple， low cost， high security， practical advantages， in addition to the residential， office for the strong compatibility， so it is very widely promoted commercial value.

【Key words】： Electronic combination locks; STC89C51 microcontroller; Unlock the drive circuit

0? 引言

在當(dāng)今社會(huì)，如何有效安全防盜已經(jīng)是一個(gè)重要的社會(huì)性問題[1]。自古以來防盜所用的重要工具就是鎖具。于是具有同樣作用且更安全的新型電子密碼鎖具有更大地發(fā)展?jié)摿Α，F(xiàn)代新型鎖具在原有鎖的基礎(chǔ)上充分運(yùn)用了現(xiàn)代科技，使功能單一的密碼鎖具有更多的用途，比如超聲波鎖、遙控鎖等均在市場(chǎng)上較為常見。人們?yōu)樘岣呙艽a鎖的安全性和可靠性，勢(shì)必要研制新型鎖具。電子密碼鎖一般應(yīng)用于類似保險(xiǎn)柜，取款機(jī)等重要地方。基于電子密碼鎖的實(shí)用性，在市場(chǎng)的調(diào)節(jié)下衍生出一系列的電子智能密碼鎖產(chǎn)品，如：指紋識(shí)別的電子密碼鎖等。不足之處在于此類密碼鎖置于公共場(chǎng)所容易被損壞，而其自身成本又比較高，相比之下，鍵盤式密碼鎖依靠簡單、便宜的優(yōu)勢(shì)勢(shì)必會(huì)成為防盜的主流產(chǎn)品。鍵盤式電子密碼鎖的優(yōu)勢(shì)中最突出的一點(diǎn)是所設(shè)置密碼只準(zhǔn)確可靠的存在于授權(quán)人記憶中，不易丟失。此外電子密碼鎖還有很多優(yōu)勢(shì)，如：操作簡單快捷、用戶可以隨時(shí)地更改密碼、誤碼輸入保護(hù)。

1? 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

本系統(tǒng)的核心是STC89C51系列單片機(jī)，包括主機(jī)模塊、LCD液晶顯示器模塊、按鍵輸入模塊、掉電儲(chǔ)存模塊、報(bào)警和開鎖模塊五個(gè)重要部分。本系統(tǒng)的工作流程：（1）鍵盤輸入電路將用戶輸入的密碼轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào);（2）將鍵盤輸入電路的數(shù)字信號(hào)輸入到單片機(jī);（3）單片機(jī)把輸入的數(shù)字信號(hào)和掉電儲(chǔ)存模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比;（4）單片機(jī)根據(jù)處理結(jié)果，輸出控制信號(hào)到開鎖驅(qū)動(dòng)電路或者蜂鳴器報(bào)警電路;（5）根據(jù)單片機(jī)的對(duì)比結(jié)果，LCD顯示模塊顯示用戶輸入密碼的對(duì)錯(cuò)。其具體操作過程為：通過按鍵來輸入用戶密碼，當(dāng)密碼正確時(shí)，電子密碼鎖開鎖，液晶顯示器上會(huì)顯示密碼正確。如果密碼輸入錯(cuò)誤次數(shù)達(dá)到3次，將會(huì)進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警。

2? 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1? 主機(jī)模塊

單片機(jī)是微型控制器的一種，能夠承載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有體積小、質(zhì)量輕、運(yùn)算速度快，運(yùn)算速度強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。STC89C51作為一種兼容80C51引腳結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)的單片機(jī)，具有可編程性的特征，舍掉了單片機(jī)必須用通用編輯器的編輯的局限性，用戶要將所需要的程序下載至單片機(jī)只需配合PC端的控制程序即可[2-4]。該系統(tǒng)中單片機(jī)的作用是將矩陣鍵盤輸入的信息進(jìn)行處理，與掉電儲(chǔ)存模塊所儲(chǔ)存的信息進(jìn)行對(duì)比，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起控制作用。整個(gè)系統(tǒng)是在單片機(jī)的控制下輸入數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、對(duì)比，并根據(jù)控制指令來完成開鎖功能[5]。

2.2? LCD液晶顯示模塊

本系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，提示用戶進(jìn)行相應(yīng)操作功能的就是液晶顯示模塊[6]。本設(shè)計(jì)為了減少I/O資源和功耗，舍棄傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示信息，改用LCD1062液晶顯示器，用于顯示用戶輸入的信息與系統(tǒng)處理后輸出的信息。因?yàn)長CD1062液晶顯示器能夠顯示32種字符，已經(jīng)完全適用密碼鎖的密碼范圍[7]。

2.3? 按鍵輸入模塊

按鍵輸入模塊主要用來輸入用戶的密碼，并且還要有特殊的功能鍵，比如確定鍵和清除鍵，能夠使用戶修改信息。本文采用4*4行列式鍵盤作為運(yùn)用行列掃描法的按鍵輸入模塊，不僅能夠符合用戶輸入密碼的功能，而且還有多余的鍵位可以完成功能鍵的安置。單片機(jī)根據(jù)鍵盤按鍵電平的變化判斷相應(yīng)的按鍵數(shù)據(jù)，同時(shí)由于是機(jī)械按鍵，按鍵時(shí)機(jī)械鍵會(huì)震動(dòng)，為了避免單片機(jī)誤判多個(gè)按鍵同時(shí)按下，用戶在按鍵時(shí)暫停一小段時(shí)間，使鍵盤穩(wěn)定，再繼續(xù)按接下來的按鍵。

2.4? 掉電儲(chǔ)存模塊

為了使設(shè)計(jì)簡單、成本低廉、保密性強(qiáng)，本設(shè)計(jì)不外置掉電儲(chǔ)存器，直接使用STC89C51單片機(jī)內(nèi)部的E2PROM實(shí)現(xiàn)掉電儲(chǔ)存功能。E2PROM能夠即用即插，具有掉電可擦除、可編程、只讀的特性。因?yàn)槟軌螂S機(jī)訪問和修改任何一個(gè)字節(jié)，E2PROM可以給多種類型的單片機(jī)系統(tǒng)提供靈活且高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。STC89C51單片機(jī)中有2KB的EEPROM儲(chǔ)存空間，分8個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)512B，擦寫次數(shù)達(dá)到10萬次以上，完全滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。

2.5? 報(bào)警與開鎖功能模塊

系統(tǒng)的最終目的是根據(jù)單片機(jī)輸出的控制信號(hào)，對(duì)報(bào)警和開鎖電路實(shí)施控制，控制密碼鎖的開關(guān)達(dá)到保護(hù)財(cái)物的目的。若輸入密碼正確，單片機(jī)則輸出控制信號(hào)到開鎖驅(qū)動(dòng)電路，此時(shí)電路接通，由于電磁感應(yīng)，銜鐵被吸合實(shí)現(xiàn)開鎖功能。為提高電子密碼鎖實(shí)用性，允許用戶輸入5次密碼[8]。如果5次輸入密碼依舊錯(cuò)誤，單片機(jī)會(huì)輸出控制信號(hào)到蜂鳴器報(bào)警電路，報(bào)警電路報(bào)警，提示用戶輸入密碼次數(shù)已達(dá)到上限。

3? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)的軟件系統(tǒng)是單片機(jī)系統(tǒng)重要組成部分之一，如果單片機(jī)要想?yún)f(xié)調(diào)有序的工作，就需要片單片機(jī)軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)的共同配合，單片機(jī)的軟件系統(tǒng)是采用通用編輯器來編寫程序，而單片機(jī)STC89C51可以直接使用PC進(jìn)行軟件的編程和拷貝[9]。軟件編程主要采用C語言，設(shè)計(jì)過程遵循面向過程的模塊化設(shè)計(jì)思想，該系統(tǒng)主要由初始化模塊、按鍵電路模塊、密碼設(shè)置模塊和開鎖模塊組成。系統(tǒng)流程圖如圖4所示，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)置，如果輸入密碼正確，則啟動(dòng)開鎖程序，否則密碼輸入錯(cuò)誤達(dá)到5次，啟動(dòng)報(bào)警程序，提醒用戶修改密碼，啟動(dòng)修改程序[10]。

4? 結(jié)論

本文對(duì)基于STC89C51單片機(jī)的電子密碼鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行扼要地闡述。該設(shè)計(jì)以STC89C51單片機(jī)為主控制器，編程使用C語言，進(jìn)行系統(tǒng)仿真時(shí)利用Keil軟件開發(fā)工具和Proteus軟件。該電路在原理上基本達(dá)到預(yù)期的要求，通過STC89C51單片機(jī)和外部硬件電路相互配合與控制，具有成本相對(duì)較低、操作相對(duì)簡單、安全可靠、方便美觀的效果。

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