基于單片機的電子密碼鎖控制電路設計 - 圖文-

1、文章編號:167121742(20090420341205基于單片機的電子密碼鎖控制電路設計周鑫,何建新,劉琥(成都信息工程學院電子工程學院,四川成都610225摘要:設計以A T89S51單片機為核心器件,結合按鍵電路、L ED 數(shù)碼管顯示電路、存儲電路、報警指示電路和開鎖機構,利用單片機靈活的編程設計和豐富的I/O 端口,及其控制的準確性通過軟件程序來控制整個系統(tǒng)實現(xiàn)電子密碼鎖的基本功能。系統(tǒng)能實現(xiàn)密碼的輸入、清除、顯示,限時輸入完整密碼,密碼正確開鎖,超時報警,超位報警,密碼錯誤次數(shù)超次鎖定鍵盤,系統(tǒng)設定初始密碼和用戶修改密碼功能。系統(tǒng)功能實用,成本較低,具有一定的實用價值。關鍵詞:單片

2、機;電子密碼鎖;掃描中圖分類號:TP309.1文獻標識碼:A收稿日期:2008211217;修訂日期:20082122291引言隨著人們對安全的重視和科技的發(fā)展,對日常生活中的安全保險器件的要求越來越高。為滿足人們對鎖的使用要求,增加其安全性,用密碼代替鑰匙的密碼鎖應運而生。具有報警功能的電子密碼鎖保密性高,使用靈活性好,安全系數(shù)高,密碼鎖設計方法合理,簡單易行,成本低,符合住宅、辦公室用鎖要求,具有推廣價值。電子密碼鎖采取電子電路控制,通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作,從而控制機械開關的閉合,完成開鎖、閉鎖任務。這種應用以單片機或FP G A 芯片為核心,通過編程來實現(xiàn)整體基本功能和安全性

3、要求。2電子密碼鎖系統(tǒng)設計211電子密碼鎖功能簡述用戶通過鍵盤輸入密碼,確認后系統(tǒng)調用密碼比較判斷函數(shù),如果密碼在規(guī)定的時間內輸入正確,單片機輸出開門信號開鎖。如果在規(guī)定的時間內沒完成密碼的輸入,系統(tǒng)自動清除所輸入的密碼,并提示重新輸入。用戶發(fā)現(xiàn)輸入錯誤時,可以清除重輸。密碼輸入后,通過驗證和多位校驗后,如果密碼錯誤則啟動報警系統(tǒng),當密碼錯誤次數(shù)達到3次時,系統(tǒng)將鎖定鍵盤一段時間,時間到后系統(tǒng)自動啟動鍵盤輸入。初始密碼由系統(tǒng)設定,用戶可根據(jù)自己的要求設定密碼,修改密碼時需要首先匹配舊密碼,如果輸入舊密碼錯誤則系統(tǒng)報警并自動退出密碼修改狀態(tài)。舊密碼正確則可以輸入新密碼,新密碼的輸入需要兩次對比確

4、認。系統(tǒng)設定密碼為6位,當輸入新密碼不為6位或兩次輸入的新密碼不一致時密碼修改失敗,系統(tǒng)報警并自動退出密碼修改狀態(tài)。如果輸入的新密碼為6位且兩次輸入的新密碼一致則修改密碼成功。212系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)以A T89S51單片機為核心來控制密碼鎖的密碼輸入,密碼顯示,密碼比較判斷,開鎖,報警指示以及密碼的存儲等功能。利用單片機靈活的編程設計和豐富的IO 端口,及其控制的準確性,不僅能實現(xiàn)基本的密碼鎖功能,還能添加調電存儲、聲光提示甚至添加遙控控制功能。其原理如圖1所示。系統(tǒng)的設計包括硬件和軟件兩大部分。其中硬件部分主要由以下幾個模塊組成:單片機系統(tǒng):該部分主要是使單片機能穩(wěn)定工作,來控制整個系統(tǒng)實現(xiàn)

5、密碼鎖的功能。開鎖電路:系統(tǒng)中采用單片機輸出開鎖信號驅動電磁鎖驅動電路直接開電磁鎖的方式,同時開鎖也可以通過紅外遙控的方式來控制。第24卷第4期 按鍵電路:采用行列式矩陣鍵盤作為密碼輸入按鍵,可以節(jié)約單片機的輸入/輸出端口減少硬件的復雜程度。 圖1電子密碼鎖系統(tǒng)框圖顯示電路:由于液晶顯示器價格昂貴,而且顯示部分不是本系統(tǒng)的重要部分,因此采用L ED 數(shù)碼管作為顯示器件。存儲電路:選用I 2C 總線器件作為存儲器件,占用的單片機端口少,而且存儲信息有效期長,硬件電路簡單,成本也較低。報警指示電路:選用L ED 燈作為報警指示電路,其硬件電路簡單,成本低能比較直觀地起到報警指示作用。報警指示可以采

6、用蜂鳴器、語音芯片等。21211 單片機及顯示系統(tǒng)圖2單片機及顯示電路原理圖如圖2所示,單片機為整個系統(tǒng)的核心,要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和出錯后的恢復,一定要考慮設置復位電路和合理的振蕩電路。由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為內部時鐘信號的,所以退外部時鐘信號的占空比沒有特殊的要求,最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應符合產品技術條件的要求。在振蕩電路中采用12M 石英晶體和20PF 電容做振蕩電路。單片機作為主控芯片,其主要作用是控制各個外圍電路的協(xié)調工作,其主要功能是通過軟件實現(xiàn)的,該部分內容在軟件設計中詳細講解。 圖3密碼鎖開鎖機構示意圖顯示電路采用最常用的L ED 數(shù)碼管有足夠

7、的亮度,耗電與發(fā)熱均很少,并可在單一+5V 電源下工作。軟件譯碼是將各數(shù)碼管的筆劃信息構成一個表格預存于內存,以后根據(jù)要顯示的每一數(shù)碼執(zhí)行一段查表程序,查得相應筆劃信息再送數(shù)碼管顯示。硬件譯碼采用CD4511、74L S46、74L S47、74L S48等BCD 碼7段鎖存、譯碼、驅動芯片直接譯出筆劃信息。結合實際顯示需求,系統(tǒng)采用兩個4位L ED 共陰數(shù)碼管組成的8位L ED 數(shù)碼管(其中前兩位在系統(tǒng)上電工作時顯示“P ”提示用戶輸入密碼,后6位用來對應顯示用戶輸入的6位密碼來動態(tài)顯示用戶輸入的密碼信息。譯碼采用軟件譯碼方式。21212電子鎖電路電子鎖電路中最重要的部分就是開鎖機構電路,通

8、過單片機送給開鎖執(zhí)行機構電路,電路驅動電磁鎖吸合,從而達到開鎖的目的。其原理如圖3所示。當用戶輸入的密碼正確而且是在規(guī)定的時間(10S 輸入的話,單片機便輸出開門信號,送到開鎖驅動電路,243成都信息工程學院學報第24卷 然后驅動電磁鎖,達到開門的目的。其實際電路如圖4所示 。圖4密碼鎖開鎖機構電路圖 圖5存儲電路開鎖機構由驅動電路和執(zhí)行開鎖電路兩級組成。由D1、R1、T1組成驅動電路,其中T1可以選擇普通的小功率三極管如9014、9018都可以滿足要求,D1作為開鎖的提示。由D2、C 、T2組成執(zhí)行開鎖電路,其中D2、C 是為了消除電磁鎖可能產生的反向高電壓以及可能產生的電磁干擾從而起到保護

9、電路的作用。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。當單片機輸入開門信號時驅動電路T1導通從而D1發(fā)光提示開鎖,同時驅動T2,T2導通執(zhí)行開鎖。 圖6軟件流程圖21213存儲電路設計存儲電路主要作用是存儲密碼,提供校驗碼以在密碼判定的時候作為密碼安全性的一道屏障。存儲電路如圖5所示,采用A TM EL 公司推出的容量為512K B 的串行電可擦除、可編程存儲芯片A T24C512設計,傳輸方式為I2C總線。這樣設計的優(yōu)點在其簡單性和處理的高效性上。一般A0、A1、WP 接VCC 或GND ,SCL 、SDA 接上拉電阻(上拉電阻的阻值可參

10、考有關數(shù)據(jù)手冊選擇,通常可選5K 到10K 的電阻,設計中選用的電阻阻值為10K 后再接單片機的普通I/O 口,即可實現(xiàn)單片機對A T24C512的操作。在對A T24C512開始操作前,需要先發(fā)一個8位的地址字來選擇芯片以進行讀寫。其中要注意“10100”為A T24C512固定的前5位二進制;A0、A1用于對多個A T24C512加以區(qū)分;R/W 為讀寫操作位,為1時表示讀操作,為0時表示寫操作。A T24C512內部有512頁,每一頁為128字節(jié),任一單元的地址為16位,地址范圍為343第4期周鑫等:基于單片機的電子密碼鎖控制電路設計443成都信息工程學院學報第24卷00000FFFFH

11、。213系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟件流程圖如圖6所示,在整個軟件設計流程中,鍵盤掃描及識別,密碼校驗和定時器程序比較重要。鍵盤掃描電路中,掃描鍵盤時采用逐列掃描的方式,依次對1、2、3、4列按鍵循環(huán)掃描(P3口低四位連接鍵盤的行線,高四位連接鍵盤的列線。掃描時先對單片機P3口賦0xff,同時對與要掃描那列按鍵相連的單片機端口賦低電平,再將P3口的值與0x0f相與使低四位有效,如果按鍵被按下則與被按下那個按鍵相連接的單片機端口的電平將被拉到低電平,通過判斷P3口的值就可以判斷出是哪個按鍵被按下。需要注意的是,在鍵盤掃描軟件設計中,一定要有毛刺消除的功能,否則按鍵按下的響應會受到較大的影響。鍵盤識別是通過

12、比較鍵盤掃描時對不同按鍵賦不同的值來執(zhí)行相應的操作的。密碼校驗的設立主要是從安全性的角度考慮的,密碼存儲后,只要在密碼判定過程中找到存儲密碼的相應地址并讀出改地址對應的內容,再加以比較就可以開鎖了。如果僅僅是這樣的操作,片內的密碼很容易被破解,如果加上密碼校驗位,會在很大程度上提高安全性。在設立密碼后,通過多位同或運算或其它更復雜的運算,將整個密碼轉換為通過運算后的另外一種形式,同時將該數(shù)據(jù)存儲到指定的地址位中,每次設定密碼,在存儲密碼的同時也生成并存儲校驗位,在讀取時不僅要判定密碼位是否正確,同時進行密碼校驗,這樣就相當于加入了兩級密碼保護,提高了安全性,同時,即使普通密碼被盜取,但校驗運算

13、方式不公開,也是不能直接打開電子密碼鎖的。其處理關系程序中簡單體現(xiàn)如下:if(K eyCount!=pwlen/密碼位數(shù)不為6位ErrorFlag=1;Rightf Fag=0;elsefor(i=0;i<6;i+if(getpwi!=pwi/逐位比較用戶輸入密碼和系統(tǒng)密碼ErrorFlag=1;Rightf Fag=0;break;/如果某位不一致則結束循環(huán)不再做后續(xù)比較定時器是保證限時輸入密碼和鍵盤鎖定。定時器0中斷的作用是給系統(tǒng)鎖定鍵盤定時,當用戶三次錯誤輸入密碼后啟動定時器0,通過定時器0中斷函數(shù)判斷是否到定時時間,到了就停止定時器0并解除鍵盤鎖定。定時器1中斷的作用是限時輸入密

14、碼,當用戶第一位輸入密碼后啟動定時器,通過定時器1中斷函數(shù)判斷是否到定時時間,到了就停止定時器1并清除輸入的密碼。其中定時器0中斷主要處理程序如下:m+;if(m=100000/判斷定時時間(10000個定時器0的定時時間是否到TR0=0;/系統(tǒng)鎖定時間到停止定時器0m=0;K eyerror Times=0;/密碼錯誤次數(shù)標志置0TimesoverFlag=0;/時間溢出標志置03結束語系統(tǒng)主要通過軟件程序來控制硬件電路實現(xiàn)一些基本的電子密碼鎖的功能,具有軟硬件設計簡單,易于開發(fā),成本較低,安全可靠,操作方便等特點,可應用于住宅、辦公室的保險箱及檔案柜等需要防盜的場所,有比較強的實用性。但是

15、,從安全性角度考慮,本型電子安全密碼鎖系統(tǒng)在后續(xù)執(zhí)行器的接口點上,存在著“單點失效”的安全性隱患,也就是有可能從該點旁路電子安全密碼鎖。對此,在實際應用時,應根據(jù)具體情況,采取相應的措施。另外在密碼管理權限方便可以設置兩級權限,普通用戶和管理員身份,分別給它們設置不同的權限使其安全性更高。參考文獻:1趙益丹,徐曉林,周振峰.電子密碼鎖的系統(tǒng)原理、設計程序及流程圖J .嘉興學院學報,2003,15(1:103-105.2董繼成.一種新型安全的單片機密碼鎖J .電子技術應用,2004,(3:58-60.3王金國.采用單片機的電子密碼鎖控制電路J .山東煤炭科技,2000,(3:30-33.4寧愛民

16、.應用A T89C2051單片機設計電子密碼鎖J .淮海工學院學報,2003,12(2:29-31.5丁元杰.單片微機原理及應用M .北京:機械工業(yè)出版社,2005.A design of electro 2lock controller based on SCMZHOU Xin ,HE Jian 2xin ,L IU Hu(School of Electronic Engineering ,CU IT ,Chengdu 610225,China Abstract :Combined with the pressed key circuit ,L ED digital display circ

17、uit ,storage circuit ,alarm instruction circuit and unlock machine the design takes the SCM of A T89551as the core component to control the entire system achiev 2ing the basic functions of the electronic cipher lock through the software program with it s flexible programming de 2sign ,rich I/O port and control accuracy.This system has the following functions :password input ,clear and display ,enter the full password in time ,unlock when the password is correct ,alarm when the time en