單片機(jī)課程設(shè)計(jì)__電子密碼鎖報(bào)告畢業(yè)論文.doc

河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)1基于單片機(jī)控制的電子密碼鎖摘要：本系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)、矩陣鍵盤(pán)、LED顯示和報(bào)警系統(tǒng)組成。系統(tǒng)能完成開(kāi)鎖、超時(shí)報(bào)警、超次鎖定、管理員解密、修改用戶密碼基本的密碼鎖的功能。除上述基本的密碼鎖功能外，還具有調(diào)電存儲(chǔ)、聲光提示等功能，依據(jù)實(shí)際的情況還可以添加遙控功能。本系統(tǒng)成本低廉，功能實(shí)用關(guān)鍵詞：AT89S51，AT24C02,電子密碼鎖，矩陣鍵盤(pán)一、引言隨著人們生活水平的提高，如何實(shí)現(xiàn)家庭防盜這一問(wèn)題也變的尤其的突出，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖由于其構(gòu)造的簡(jiǎn)單，被撬的事件屢見(jiàn)不鮮，電子鎖由于其保密性高，使用靈活性好，安全系數(shù)高，受到了廣大用戶的親呢。設(shè)計(jì)本課題時(shí)構(gòu)思了兩種方案：一種是用以AT89s51為核心的單片機(jī)控制方案；另一種是用以74LS112雙JK觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路控制方案?？紤]到數(shù)字電路方案原理過(guò)于簡(jiǎn)單，而且不能滿足現(xiàn)在的安全需求，所以本文采用前一種方案。二、方案論證與比較方案一：采用數(shù)字電路控制。其原理方框圖如圖11所示。圖21數(shù)字密碼鎖電路方案采用數(shù)字密碼鎖電路的好處就是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。用以74LS112雙JK觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，共設(shè)了9個(gè)用戶輸入鍵，其中只有4個(gè)是有效的密碼按鍵，其它的都是干擾按鍵，若按下干擾鍵，鍵盤(pán)輸入電路自動(dòng)清零，原先輸入的密碼無(wú)效，需要重新輸入；如果用戶輸入密碼的時(shí)間超過(guò)40秒（一般情況下，用戶不會(huì)超過(guò)40秒，若用戶覺(jué)得不便，還可以修改）電路將報(bào)警80秒，若電路連續(xù)報(bào)警三次，電路將鎖定鍵盤(pán)5分鐘，防止他人的非法操作。電路由兩大部分組成：密碼鎖電路和備用電源(UPS)，其中設(shè)置UPS電源是為了防止因?yàn)橥ｋ娫斐傻拿艽a鎖電路失效，使用戶免遭麻煩。密碼鎖電路包含：鍵盤(pán)輸入、密碼修改、密碼檢測(cè)、開(kāi)鎖電路、執(zhí)行電路、報(bào)警電路、鍵盤(pán)輸河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)2入次數(shù)鎖定電路。方案二：采用一種是用以AT89S51為核心的單片機(jī)控制方案。利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的IO端口，及其控制的準(zhǔn)確性，不但能實(shí)現(xiàn)基本的密碼鎖功能，還能添加調(diào)電存儲(chǔ)、聲光提示甚至添加遙控控制功能。其原理如圖12所示。圖22單片機(jī)控制方案通過(guò)比較以上兩種方案，單片機(jī)方案有較大的活動(dòng)空間，不但能實(shí)現(xiàn)所要求的功能而且能在很大的程度上擴(kuò)展功能，而且還可以方便的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，所以我們采用后一種方案。三、電路的功能單元設(shè)計(jì)1開(kāi)鎖機(jī)構(gòu)通過(guò)單片機(jī)送給開(kāi)鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電路驅(qū)動(dòng)電磁鎖吸合，從而達(dá)到開(kāi)鎖的目的。其原理如圖21所示。圖31密碼鎖開(kāi)鎖機(jī)構(gòu)示意圖當(dāng)用戶輸入的密碼正確而且是在規(guī)定的時(shí)間（普通用戶要求在12s內(nèi)輸入正確的密碼，管理員要求在5s輸入正確的密碼）輸入的話，單片機(jī)便輸出開(kāi)門(mén)信號(hào)，送到開(kāi)鎖驅(qū)動(dòng)電路，然后驅(qū)動(dòng)電磁鎖，達(dá)到開(kāi)門(mén)的目的。其實(shí)際電路如圖22所示。電路驅(qū)動(dòng)和開(kāi)鎖兩級(jí)組成。由D5、R1、T10組成驅(qū)動(dòng)電路，其中T10可以選擇普通的小功率三極管如9014、9018都可以滿足要求。D5作為開(kāi)鎖的提示；由D6、C24、T11組成。其中D6、C24是為了消除電磁鎖可能產(chǎn)生的反向高電壓以及可能產(chǎn)生的電磁干擾。T11可選用中功率的三極管如8050，電磁鎖的選用要視情況而定，但是吸合力要足夠且由一定的余量。單片機(jī)微控制器開(kāi)鎖驅(qū)動(dòng)電路電磁鎖密碼正確？Y返回N開(kāi)鎖控制電路89S51單片機(jī)AT24C02掉電存儲(chǔ)串口顯示電路矩陣鍵盤(pán)控制指示電路輸入錯(cuò)誤鎖定鍵盤(pán)延時(shí)報(bào)警控制電路河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)3在本次設(shè)計(jì)中，基于節(jié)省材料的原則，暫時(shí)用發(fā)光二極管代替電磁鎖，發(fā)光管亮，表示開(kāi)鎖；滅，表示沒(méi)有開(kāi)鎖。T10T11D5GNDR13.3K電磁鎖C24VCC來(lái)自微控制器信號(hào)D6圖32密碼鎖開(kāi)鎖機(jī)構(gòu)電路圖2按鍵電路設(shè)計(jì)由于設(shè)計(jì)要求使用矩陣鍵盤(pán)，所以本設(shè)計(jì)就采用行列式鍵盤(pán)，同時(shí)也能減少鍵盤(pán)與單片機(jī)接口時(shí)所占用的I/O線的數(shù)目，在按鍵比較多的時(shí)候，通常采用這樣方法。其原理如圖23所示。圖33行列式鍵盤(pán)原理電路圖每一條水平（行線）與垂直線（列線）的交叉處不相通，而是通過(guò)一個(gè)按鍵來(lái)連通，利用這種行列式矩陣結(jié)構(gòu)只需要N條行線和M條列線，即可組成具有NM個(gè)按鍵的鍵盤(pán)。在這種行列式矩陣鍵盤(pán)非鍵盤(pán)編碼的單片機(jī)系統(tǒng)中，鍵盤(pán)處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認(rèn)有無(wú)按鍵按下的程序段。當(dāng)確認(rèn)有按鍵按下后，下一步就要識(shí)別哪一個(gè)按鍵按下。對(duì)鍵的識(shí)別通常有兩種方法：一種是常用的逐行掃描查詢法；另一種是速度較快的線反轉(zhuǎn)法。對(duì)照?qǐng)D23所示的44鍵盤(pán)，說(shuō)明線反轉(zhuǎn)個(gè)工作原理。首先辨別鍵盤(pán)中有無(wú)鍵按下，有單片機(jī)I/O口向鍵盤(pán)送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來(lái)判斷。方法是：向行線輸出全掃描字00H，把全部列線置為低電平，然后將列線的電平狀態(tài)讀入累加器A中。如果有按鍵按下，總會(huì)有一根行線電平被拉至低電平從而使行線不全為1。判斷鍵盤(pán)中哪一個(gè)鍵被按下使通過(guò)將列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。方法是：依次給列線送低電平，然后查所有行線狀態(tài)，如果全為1，則所按下的鍵不在此列；如果不全為1，則所按下的鍵必在此列，而且是在與零電平行線相交的交點(diǎn)上的那個(gè)鍵。89s51D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D105.1KX45.1KX4VCC河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)4按鍵的操作面板如圖圖23所示。共計(jì)數(shù)字鍵10個(gè)，功能鍵6個(gè)。鍵盤(pán)上還有3個(gè)指示燈和一個(gè)蜂鳴器。圖34按鍵操作面板示意圖10個(gè)數(shù)字鍵用來(lái)輸入密碼，另外6個(gè)功能鍵分別是：CLR、EN、F1、F2、F3、F4。其中CLR鍵的功能是當(dāng)輸入密碼錯(cuò)誤的時(shí)候，清除前面已經(jīng)輸入的數(shù)據(jù)，重新輸入。EN鍵的功能是確認(rèn)輸入的密碼。F1是管理模式切換鍵，當(dāng)用戶不小心三次輸入密碼都沒(méi)有正確，鍵盤(pán)被鎖定，這個(gè)時(shí)候就可以啟動(dòng)管理模式，使用管理員的密碼來(lái)開(kāi)門(mén)。F2是用來(lái)進(jìn)入修改密碼的狀態(tài)。F3用來(lái)關(guān)閉顯示器，一來(lái)可以節(jié)省電量，另外也可以防止不法分子偷窺密碼。F4用來(lái)作電鈴。上面的3個(gè)指示燈L1、L2、L3是用來(lái)指示操作的狀態(tài)：L1鎖定及輸入指示狀態(tài)燈，正常的情況下顯示紅色，當(dāng)鍵盤(pán)動(dòng)作的時(shí)候，L1燈開(kāi)始閃動(dòng)，當(dāng)鍵盤(pán)處于鎖定狀態(tài)時(shí)，指示燈也顯示紅色。L2開(kāi)門(mén)指示燈，當(dāng)用戶在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)正確的輸入了密碼，此燈轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色，表示開(kāi)門(mén)，否則不顯示。L3是管理員狀態(tài)指示燈，當(dāng)按下F1后，指示燈自動(dòng)點(diǎn)亮。面板上還有一個(gè)蜂鳴器，其中一個(gè)功能是用來(lái)指示操作的按鍵是否在成功的按下；另外一個(gè)功能是當(dāng)用戶輸入密碼錯(cuò)誤的次數(shù)超過(guò)了3次，鳴笛以示報(bào)警。3顯示電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的顯示電路是為了給使用者以提示而設(shè)置的?？紤]到為了節(jié)約單片機(jī)的口資源，本系統(tǒng)的顯示采用串行顯示的方式，只使用單片機(jī)的兩個(gè)串行口，就可以完成單片機(jī)的顯示功能，顯示電路的電路原理圖如圖25所示。電路設(shè)定：當(dāng)程序檢測(cè)在5分鐘內(nèi)沒(méi)有按鍵操作的時(shí)候，就關(guān)閉顯示。這個(gè)功能使用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一旦沒(méi)有按鍵動(dòng)作就啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器，檢測(cè)在5分鐘內(nèi)沒(méi)有按鍵動(dòng)作的時(shí)候，啟動(dòng)一個(gè)程序，關(guān)閉顯示，這樣可以達(dá)到節(jié)省電能的目的。從單片機(jī)串口輸出的信號(hào)先送到左邊的移位寄存器（74HC164