基于AT89S52的多功能電子密碼鎖設(shè)計(jì)【開(kāi)題報(bào)告】

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電子信息工程

基于AT89S52的多功能電子密碼鎖設(shè)計(jì)

一、選題的背景、意義

隨著社會(huì)物質(zhì)財(cái)寶的日益增長(zhǎng)和人們?nèi)兆铀降奶岣?，安全成為現(xiàn)代居民最關(guān)懷的咨詢(xún)題之一。而鎖自古以來(lái)算是把守門(mén)戶(hù)的鐵將軍，人們對(duì)它的要求甚高，即要安全可靠地防盜，又要使用方便，這也是制鎖者長(zhǎng)期以來(lái)研制的主題。傳統(tǒng)的門(mén)鎖既要備有大量的鑰匙，又要擔(dān)心鑰匙丟失的煩惱。另外，如：賓館、辦公大樓、倉(cāng)庫(kù)、保險(xiǎn)柜等由于人員的變動(dòng)，開(kāi)鎖的鑰匙也別再是惟獨(dú)一人擁有。購(gòu)得新居的家庭，由于裝修施工等入住時(shí)要把原有的鎖膽更換，何況鑰匙隨身攜帶也諸多別便。隨著單片機(jī)的咨詢(xún)世，浮現(xiàn)了帶微處理器的智能密碼鎖，它除了具有電子密碼鎖的功能外，還引入了智能化治理、專(zhuān)業(yè)分析系統(tǒng)等功能，從而使密碼鎖具有非常高的安全性，可靠性。目前西方發(fā)達(dá)國(guó)家差不多大量地應(yīng)用智能門(mén)禁系統(tǒng)，能夠經(jīng)過(guò)多種的更加安全方便可靠的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)大門(mén)的治理。但電子密碼鎖在我國(guó)的應(yīng)用還別廣泛，成本還非常高，希翼經(jīng)過(guò)別斷的努力使電子密碼鎖可以在我國(guó)得到廣泛的應(yīng)用，這也是一具國(guó)家日子水平的體現(xiàn)[1]。

二、相關(guān)研究的最新成果及動(dòng)態(tài)

隨著人們?nèi)兆铀降奶岣吆桶踩庾R(shí)的加強(qiáng)，對(duì)安全的要求也就越來(lái)越高。鎖自古以來(lái)算是把守護(hù)門(mén)的鐵將軍，人們對(duì)它要求甚高，既要安全可靠的防盜，又要使用方便，這也是制鎖者長(zhǎng)期以來(lái)研制的主題。隨著電子技術(shù)的進(jìn)展，各類(lèi)電子產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，電子密碼鎖算是其中之一。據(jù)有關(guān)資料介紹，電子密碼鎖的研究從20世紀(jì)30年代就開(kāi)始了，在一些特別場(chǎng)所早就有所應(yīng)用。這種鎖是經(jīng)過(guò)鍵盤(pán)輸入一組密碼完成開(kāi)鎖過(guò)程。研究這種鎖的初衷，算是為提高鎖的安全性。由于電子鎖的密鑰量（密碼量）極大，能夠與機(jī)械鎖配合使用，同時(shí)能夠幸免因鑰匙被仿制而留下安全隱患。電子鎖只需記住一組密碼，無(wú)需攜帶金屬鑰匙，免除了人們攜帶金屬鑰匙的麻煩，而被越來(lái)越多的人所觀賞。電子鎖的種類(lèi)繁多，例如數(shù)碼鎖，指紋鎖，磁卡鎖，IC卡鎖，生物鎖等。但較有用的依然按鍵式電子密碼鎖。

20世紀(jì)80年代后，隨著電子鎖專(zhuān)用集成電路的浮現(xiàn)，電子鎖的體積縮小，可靠性提高，成本較高，是適合使用在安全性要求較高的場(chǎng)合，且需要有電源提供能量，使用還局限在一定范圍，

難以普及，因此對(duì)它的研究向來(lái)沒(méi)有明顯發(fā)展。

目前，在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，電子密碼鎖技術(shù)相對(duì)先進(jìn)，種類(lèi)齊全，電子密碼鎖已被廣泛應(yīng)用于智能門(mén)禁系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)多種更加安全，更加可靠的技術(shù)實(shí)現(xiàn)大門(mén)的治理。在我國(guó)電子鎖整體水平尚處于國(guó)際上70年代左右，電子密碼鎖的成本還非常高，市場(chǎng)上仍以按鍵電子鎖為主，按鍵式和卡片鑰匙式電子鎖已引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)水平，現(xiàn)國(guó)內(nèi)有幾個(gè)廠生產(chǎn)供應(yīng)市場(chǎng)。但國(guó)內(nèi)自行研制開(kāi)辟的電子鎖，其市場(chǎng)結(jié)構(gòu)尚未形成，應(yīng)用還別廣泛。國(guó)內(nèi)的很多企業(yè)也引進(jìn)了世界上先進(jìn)的技術(shù)，進(jìn)展前景很可觀。希翼經(jīng)過(guò)別斷的努力，使電子密碼鎖在我國(guó)也能得到廣泛應(yīng)用。

電子密碼鎖的防盜功能應(yīng)用于金融業(yè)，其全然的作用是“授權(quán)”，即被“授權(quán)”的人才能夠存取鈔票、物。廣義上說(shuō)，金融業(yè)的“授權(quán)”要緊包括以下三種層次的內(nèi)容：1、授予保管權(quán)，如使用保管箱，保險(xiǎn)箱和保險(xiǎn)柜；2、授予出入權(quán)，如出入金庫(kù)、運(yùn)鈔車(chē)和保管室；3、授予流通權(quán)，如自動(dòng)存取款。目前，金融行業(yè)電子防盜鎖的應(yīng)用要緊集中在前兩個(gè)層次上。下面將介紹機(jī)中在金融行業(yè)中使用較多的電子防盜鎖以及它們的技術(shù)進(jìn)展方向。固然，以上所講的授權(quán)技術(shù)再高明，都必須由精良的“鎖具”擔(dān)當(dāng)承載結(jié)構(gòu)部件，實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟、閉鎖的功能，而且承擔(dān)實(shí)體防護(hù)作用，反抗住或盡可能延遲破環(huán)行為，讓電子防盜鎖“軟、硬別吃”。普通事情下，鎖具防盜的關(guān)鍵是鎖身外殼、閉鎖部件的強(qiáng)度、鎖止型式、配合間隙和布局。提高電子防盜鎖之防護(hù)能力的必定途徑是報(bào)警，在金融業(yè)的許多場(chǎng)所所有人值守、有電視監(jiān)控，具有報(bào)警功能，能夠綜合物理防范和人力防范來(lái)年兩種作用。報(bào)警的前提是具備探測(cè)功能，依照電子防盜鎖的使用場(chǎng)所和防護(hù)要求，可挑選多種多樣的探測(cè)手段。在中國(guó)的都市金融業(yè)中，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)報(bào)警差不多成為對(duì)各金融網(wǎng)店的基本要求。依照國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，金融業(yè)實(shí)行安全防范風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)非常有必要，即依據(jù)使用的防盜報(bào)警器材的性能、安裝布局和人員值守狀況等，能夠評(píng)估被防護(hù)物或區(qū)域的防護(hù)能力，得出風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，其中，電子防盜鎖的性能至關(guān)重要。

由于數(shù)字、字符、圖形圖像、人體生物特征和時(shí)刻等要素均可成為鑰匙的電子信息，組合使用這些信息可以使電子防盜鎖獲得高度的保密性，如防范森嚴(yán)的金庫(kù)，需要使用復(fù)合信息密碼的電子防盜鎖，如此對(duì)盜賊而言是“道高一尺、魔高一丈”。組合使用信息也可以使電子防盜鎖獲得無(wú)窮擴(kuò)展的也許，使產(chǎn)品多樣化，對(duì)用戶(hù)而言是“千挑百選、自得其所”[1-3]。

三、課題的研究?jī)?nèi)容及擬采取的研究辦法（技術(shù)路線(xiàn)）、難點(diǎn)及預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)

1.預(yù)期目標(biāo)

本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是獨(dú)立完成一款基于單片機(jī)的電子密碼鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作。為了滿(mǎn)腳系統(tǒng)

[3-5]

的功能，要求電子密碼鎖應(yīng)具備的以下的功能及特點(diǎn)：

1)．單片機(jī)最小系統(tǒng)：該部分要緊是使單片機(jī)能穩(wěn)定工作，來(lái)操縱整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)密碼鎖的功能。

2)．鍵盤(pán)電路：采納行列式矩陣鍵盤(pán)作為密碼輸入按鍵，能夠節(jié)省單片機(jī)的輸入/輸出端口，從而減少硬件的復(fù)雜程度。

3)．存儲(chǔ)電路：選用EEPROMAT24C02作為存儲(chǔ)器件，傳輸方式I2C總線(xiàn)式，占用的單片

機(jī)端口少，而且能掉電存儲(chǔ)。

4)．報(bào)警電路：采納蜂鳴器，其硬件電路簡(jiǎn)單，成本低，能比較直觀地起到報(bào)警作用。

5)．自動(dòng)復(fù)位功能。程序運(yùn)行的過(guò)程中，由于某緣故造成程序跑飛，或進(jìn)入死循環(huán)，系統(tǒng)應(yīng)可以自動(dòng)復(fù)位，程序重新運(yùn)行，提高程序運(yùn)行的可靠性。

6)．開(kāi)鎖電路：采納單片機(jī)輸出開(kāi)鎖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電磁鎖驅(qū)動(dòng)電路從而打開(kāi)電磁鎖。

7)．顯示電路：采納12864字符型LCD顯示。輸入密碼時(shí)，為防止密碼泄露，LCD顯示的是“-”型字符。

圖1基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2．功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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1).操縱核心AT89S52

依照以上對(duì)單片機(jī)功能要求，本課題采納AT89S52單片機(jī)。AT89S52單片機(jī)屬于AT89S51的增強(qiáng)型，其要緊工作特性是：

i.片內(nèi)程序存儲(chǔ)器內(nèi)含8KB的Flash存儲(chǔ)器，可擦寫(xiě)壽命為1000次；

ii.片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)含256字節(jié)的RAM；

iii.具有32根可編程I／O線(xiàn)；

iv.具有3個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；

v.中斷系統(tǒng)是具有6個(gè)中斷源，6個(gè)中斷矢量，2級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；

vi.串行口是具有1個(gè)全雙工的可編程串行通信接口；

vii.具有2個(gè)數(shù)據(jù)指針；

viii.低功耗工作模式有空暇模式和掉電模式；

ix.看門(mén)狗定時(shí)器；

x.AT89S52的工作電壓為5(1±0．2)V，其典型值為5V；

xi.AT89S52最高工作頻率為24MHZ，編程頻率為3—24MHZ，可編程電流lmA；

2).時(shí)鐘電路

時(shí)鐘振蕩電路是CPU所需要的各種定時(shí)操縱信號(hào)的必備單元。它為單片機(jī)提供時(shí)鐘脈沖序列，提供11．059MHz的晶振頻率。

[12-14]

3).復(fù)位電路

單片機(jī)系統(tǒng)在工作時(shí)，由于干擾等各因素的妨礙，有也許浮現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)無(wú)法正常工作，為了克服這一現(xiàn)象，除了充分利用單片機(jī)本身的看門(mén)狗定時(shí)器(有點(diǎn)單片機(jī)無(wú)看門(mén)狗定時(shí)器)外，還需外加個(gè)看門(mén)狗電路，在一定的時(shí)刻后提供復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位；除此以外，有點(diǎn)單片機(jī)系統(tǒng)還要求在掉電瞬咨詢(xún)單片機(jī)能將重要數(shù)據(jù)保存下來(lái)，因?yàn)榈綦姷陌l(fā)生往往是非常隨機(jī)的，因而此類(lèi)單片機(jī)系統(tǒng)需要電源監(jiān)控電路，在掉電剛發(fā)生時(shí)的告知單片機(jī)。為了滿(mǎn)腳這些要求，本設(shè)計(jì)選用的是MAXIM公司推出的MAX8l3L。

圖2MAX8l3L芯片引足

[15]

4).AT89S52的供電電路

AT89S52的供電電路分為主供電電源和備用供電電源電路兩部分。

①主供電電源。電低壓交流電源經(jīng)橋式電路整流后，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娫?，輸出值為變壓后?倍，普通15V左右。并經(jīng)IN4007二極管后送入穩(wěn)壓器LM2940的輸入端，這個(gè)地方D5用來(lái)隔離VEE

和VDD。由于LM2940的穩(wěn)壓作用，在輸出端產(chǎn)生5V的穩(wěn)壓直流電，之因此選用LM2940，是因?yàn)樗姆€(wěn)壓比比較大，AT89S52平常正常工作時(shí)的電壓就由此電路供給。

②備用電源電路。在正常事情下，采集器是由低壓系統(tǒng)供電通過(guò)變壓，濾波，整流和穩(wěn)壓得到的。但有時(shí)系統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)生斷電時(shí)，按規(guī)定采集器應(yīng)該照舊接著工作，此刻必須引進(jìn)備用電源。在本設(shè)計(jì)中，備用電源挑選的是6V，4Ah的蓄電池，備用電源操縱電路分成備用電源切換，以及備用電源充電路兩個(gè)部分。當(dāng)單片機(jī)由于某些緣故忽然掉電時(shí)，為了保證單片機(jī)正常工作別受妨礙，電源自動(dòng)切換到備用電源狀態(tài)。

5).鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)

由于本設(shè)計(jì)中使用的按鍵數(shù)目比較多，因此采納行列式矩陣鍵盤(pán)，并且也能減少鍵盤(pán)與單片機(jī)連接時(shí)所占用的I/O線(xiàn)的數(shù)目。本設(shè)計(jì)中采納4×4矩陣鍵盤(pán)，其行線(xiàn)和單片機(jī)P1.0~P1.3相連，列線(xiàn)與單片機(jī)P1.4~P1.7相連，共有16個(gè)按