PIC16F877-單片機在密碼鎖中的應(yīng)用

基于PIC16F877單片機控制的密碼鎖目前，普通機械式門鎖仍是大多數(shù)場合的首選。但是，傳統(tǒng)機械門鎖鑰匙不便攜帶、易丟失、易復(fù)制及易破壞等致命缺點。出于安全、方便等方面的需要，許多智能鎖(如指紋辯識、IC卡辯識)已相繼問世，但這類產(chǎn)品的特點是針對特定指紋或特定有效卡，其適用性也因其高成本及特定識別方式而受到限制，在很大程度上制約了這類產(chǎn)品的普及和推廣。鑒于此，我們用單片機實現(xiàn)了密碼鎖，以彌補上述缺點，并具有安全性好、保密性強、性價比高、適用范圍廣等優(yōu)點，特別適合于智能小區(qū)、普通家庭、賓館等場所使用。在單片機家族中，可用作密碼鎖控制的芯片種類很多，綜合考慮可靠性、安全性、抗干擾能力、功耗及性價比等諸多因素，我們選用美國微芯(Micro2chip)公司的PIC16F877作為密碼鎖控制芯片。1PIC16F87X系列單片機簡介PIC16F87X(含873P874P876P877)是美國微芯(Microchip)公司推出的高性能單片機，除具有單片機的通用資源外，該系列單片機還采用哈佛總線結(jié)構(gòu)、二級指令流水線取指方式、精簡指令集(RISC)和內(nèi)部具有E2PROM數(shù)據(jù)存儲器及FLASH結(jié)構(gòu)的程序存儲器、僅35條單字節(jié)單周期指令、在系統(tǒng)串行編程技術(shù)和在線調(diào)試技術(shù)。因此采用該系列單片機的產(chǎn)品具有低成本、低功耗、高速度、高可靠性、體積小、性價比高等特點。其芯片引腳圖如圖1所示。另外，它內(nèi)部的E2PROM數(shù)據(jù)存儲器不僅具有掉電保護數(shù)據(jù)的功能，更重要的是它的讀寫操作均是由單片機內(nèi)部時序控制，即外部電路無法對其進行訪問，因而具有極高的數(shù)據(jù)保密性，這使得PIC16F87X在加密性產(chǎn)品如智能IC卡、密碼鎖、電子防盜系統(tǒng)等方面有很廣泛的應(yīng)用。2PIC16F877單片機在密碼鎖中的應(yīng)用成熟的密碼鎖不僅應(yīng)具有可靠的開鎖功能，還應(yīng)具有一些必不可少的可靠性保證功能，如誤碼報警功能、鍵盤提示功能、門狀態(tài)檢測功能、密碼修改功能、多組密碼功能、后備電池保障、時鐘顯示功能、開門流水記錄功能及記錄提取功能等。基于以上考慮，系統(tǒng)設(shè)計如下:=1\*GB2⑴密碼鎖系統(tǒng)的組成PIC16F877單片機內(nèi)部集成振蕩電路且具有多種振蕩器類型(RC、HS、XT、LP)可供選擇，我們選擇晶體P陶瓷振蕩方式(XT)以保證時鐘的精度;PIC16F87X單片機內(nèi)部還具有芯片上電復(fù)位(POR)、上電延時復(fù)位(PWRT)及掉電復(fù)位鎖定等多種復(fù)位方式，因此可將復(fù)位端PMCLR直接接到VCC即能保證復(fù)位的可靠性，其硬件設(shè)計原理框圖如圖2所示。由于PIC16F877單片機內(nèi)部具有8K字節(jié)FLASHROM、368dBRAM及256dBE2PROM，因而無需在片外擴展程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器及掉電不丟失密碼的E2PROM，所有數(shù)據(jù)操作均在片內(nèi)進行，進一步保證了密碼的保密性，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。鍵盤采用4*4矩陣鍵盤，行線和列線均連接到RC端口，由于RC端口是雙向IPO口，因而鍵盤掃描采用行列反轉(zhuǎn)法，大大加快鍵盤掃描速度。16個鍵分別為0～9的數(shù)字鍵及A～F的功能鍵，用于輸入密碼或進行功能、狀態(tài)切換。顯示部分采用4位LED動態(tài)掃描顯示，在設(shè)置密碼時可顯示密碼，而在開鎖時不顯示密碼，平時可用于顯示時間、工作狀態(tài)等，顯示代碼由RB口輸出，而位選信號則由RA口輸出;由于IPO口的驅(qū)動能力較強，RB口可直接驅(qū)動LED段選，而RA口需經(jīng)MC1413后驅(qū)動LED位選。為降低系統(tǒng)功耗，在大多數(shù)情況下LED處于關(guān)閉狀態(tài)。開、關(guān)鎖執(zhí)行機構(gòu)，由于門鎖采用電機驅(qū)動，開門和關(guān)門則是分別控制電機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn);由于電機啟動電流較大，且在停止時有反向感生電壓產(chǎn)生，因此開關(guān)門機構(gòu)應(yīng)考慮采取措施確保電路可靠、安全工作;為保證門處于可靠關(guān)閉狀態(tài)，專門設(shè)置門狀態(tài)檢測開關(guān)，當(dāng)門處于開狀態(tài)時間過長時發(fā)出警報;每次正確操作后均有蜂鳴提示。電源提供需要后備電池，以備在市電停電后仍能進行正常的開、關(guān)門操作，且后備電池容量必須能保證開、關(guān)門50次或連續(xù)工作72h。=2\*GB2⑵程序流程圖圖3主程序流程圖=3\*GB2⑶電路的功能單元設(shè)計=1\*romani 4*4矩陣鍵盤

由于設(shè)計要求使用鍵盤的按鍵數(shù)目較多，所以本設(shè)計采用4*4行列式鍵盤，同時也能減少鍵盤與單片機接口時所占用的I/O線的數(shù)目，在鍵盤比較多的時候，通常采用這樣的方法。其原理圖如圖4所示。S1~S16依次對應(yīng)0~F的16個數(shù)，用于輸入密碼或進行功能、狀態(tài)切換。圖4矩陣鍵盤=2\*romanii 4位LED動態(tài)掃描顯示本系統(tǒng)設(shè)計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，只使用單片機的兩個串行口，就可以完成單片機的顯示功能。電路設(shè)定：當(dāng)程序檢測在5分鐘內(nèi)沒有按鍵操作的時候，就關(guān)閉顯示。這個功能使用程序來實現(xiàn)的，一旦沒有按鍵動作就啟動一個定時器，檢測在5分鐘內(nèi)沒有按鍵動作的時候，啟動一個程序，關(guān)閉顯示，這樣可以達到節(jié)省電能的目的。顯示代碼由RB口輸出，而位選信號則由RA口輸出;由于IPO口的驅(qū)動能力較強，RB口可直接驅(qū)動LED段選，而RA口需經(jīng)MC1413后驅(qū)動LED位選。為降低系統(tǒng)功耗，在大多數(shù)情況下LED處于關(guān)閉狀態(tài)。=3\*romaniii 開、關(guān)鎖執(zhí)行機構(gòu)由于門鎖采用電機驅(qū)動,開門和關(guān)門則是分別控制電機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn);由于電機啟動電流較大,且在停止時有反向感生電壓產(chǎn)生,因此開關(guān)門機構(gòu)應(yīng)考慮采取措施確保電路可靠、安全工作;為保證門處于可靠關(guān)閉狀態(tài),專門設(shè)置門狀態(tài)檢測開關(guān),當(dāng)門處于開狀態(tài)時間過長時發(fā)出警報;每次正確操作后均有蜂鳴提示.原理圖如下圖所示。圖5開、關(guān)鎖執(zhí)行機構(gòu)=4\*romaniv密碼鎖的電源電路設(shè)計為了防止停電情況的發(fā)生，本電路后備了UPS電源，它包括市電供電電路，停電檢測電路，電子開關(guān)切換電路，蓄電池充電電路和蓄電池組成。電源電路圖如圖2－8所示。圖6市電供電電路220V市電通過變壓器降壓成12V的交流電,再經(jīng)過整流橋整流,7805穩(wěn)壓到5V送往電子切換電路，由于本電路功耗較少，所以選用10W的小型變壓器。由R8，R9，R6，R7及IC14構(gòu)成電壓比較器，正常情況下，V+<V-IC14輸出高電平，繼電器的常閉觸點和市電相連；當(dāng)市電斷開，V+>V-IC14輸出高電平，由T3，T4構(gòu)成的達林頓管使繼電器J開啟，將其常開觸電將蓄電池和電路相連，實現(xiàn)市電和蓄電池供電的切換，保證電子密碼鎖的正常工作（視電池容量而定持續(xù)時間）。其電路圖如下圖7所示：圖7停電檢測及電子開關(guān)切換電路T1，T2構(gòu)成的蓄電池自動充電電路，它在電池充滿后自動停止充電，其中D1亮為正在充電，D2為工作指示。由R4，R5，T1構(gòu)成電壓檢測電路，蓄電池電壓低，則T1，T2導(dǎo)通，實現(xiàn)對其充電；充滿后，T1，T2截止，停止充電，同時D1熄滅，電路中C4的作用是濾除干擾信號。其電路圖如圖7所示：圖8蓄電池自動充電電路=5\*romanv 數(shù)碼顯示位驅(qū)動圖9MC1413原理圖=6\*romanvi報警電路當(dāng)用戶鍵入錯誤密碼時，系統(tǒng)就會報警，由揚聲器發(fā)出5秒報警聲。當(dāng)連續(xù)三次出現(xiàn)密碼錯誤時，則系統(tǒng)會長期報警不止。這時必須按復(fù)位方可停止。此乃安全可靠性能之一。圖10報警電路原理圖3總結(jié)本次設(shè)計主要介紹單片機在日常實用方面的應(yīng)用實例，加深了對單片機的理解，進一步開拓視野，為今后應(yīng)用微機解決生產(chǎn)實際問題起了一個入門的作用。通過本次設(shè)計，我掌握了解決問題的思路和方法．所選用的單片機為PIC16F877系列單片機，使自己分析問題和解決問題的能力大為提高，以后遇到實際問題能夠觸類旁通，得心應(yīng)手。

以上所設(shè)計的電子密碼鎖電路，它經(jīng)過多次修改和整理，以是一個比較不錯的設(shè)計，可以滿足人們的基本要求，但因為水平有限，此電路中也存在一定的問題，譬如說電路的密碼不能遺忘，一旦遺忘，就很難打開，這可以通過增加電路解決，但過于復(fù)雜，本次設(shè)計未在其中；電路密碼只有16種可供修改，但由于他人不知道密碼的位數(shù)，而且還要求在規(guī)定的時間內(nèi)按一定的順序開鎖，所以他人開鎖的幾率很小。