基于單片機(jī)的密碼鎖設(shè)計(jì)

I緒論1.1選題背景與意義隨著科技的不斷發(fā)展和人們生活水平的提高，安全問(wèn)題逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。在日常生活中，無(wú)論是家庭、辦公室還是其他公共場(chǎng)所，鎖具都扮演著至關(guān)重要的角色。傳統(tǒng)的機(jī)械鎖雖然在一定程度上能夠提供安全保障，但其密碼固定、易復(fù)制、易被破解等缺點(diǎn)使得其安全性受到挑戰(zhàn)。電子密碼鎖作為一種新型的防盜鎖具，憑借其安全性、便捷性、靈活性等優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越受到人們的青睞。研究者提出了多種密碼鎖的設(shè)計(jì)方案。陳新芬等[1]針對(duì)人們對(duì)安全和隱私的需求，設(shè)計(jì)了一種指紋密碼鎖，該鎖由AT89C52芯片主控、集成了AS608集成光學(xué)傳感器、矩陣鍵盤(pán)、LCD1602顯示器等模塊、可以實(shí)現(xiàn)指紋解鎖，密碼輸入次數(shù)超限后系統(tǒng)自鎖并啟動(dòng)連續(xù)循環(huán)報(bào)警的功能。該鎖具有安全可靠的特點(diǎn)，可以滿(mǎn)足人們對(duì)安全性的需求。趙永濤[2]針對(duì)傳統(tǒng)門(mén)禁系統(tǒng)安全性不高的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于RFID技術(shù)的門(mén)禁密碼鎖系統(tǒng)，系統(tǒng)采用STC89C52RC單片機(jī)作為控制芯片、由AT24C02存儲(chǔ)器模塊、MFRC522射頻識(shí)別非接觸式IC卡片模塊、12864液晶模塊等組成，該系統(tǒng)可采用門(mén)禁卡解鎖，也可以使用密碼解鎖。徐建琴等[3]針對(duì)使用傳統(tǒng)機(jī)械式鑰匙開(kāi)鎖需要鑰匙比方便的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于ATmega16L單片機(jī)為主控芯片的電子密碼鎖系統(tǒng)。該系統(tǒng)在安全方面的措施為：密碼輸入超過(guò)三次，系統(tǒng)啟動(dòng)報(bào)警鈴。楊德斌[4]針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械鎖安全性不高的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種電子密碼鎖，該鎖以MSP432為主控、由指紋、紅外接收、無(wú)緣蜂鳴器等模塊組成，具有保密性好，操作方便的特點(diǎn)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。孫萬(wàn)麟等[5]提出了一種的多功能電子密碼鎖控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案并用Proteus軟件進(jìn)行了模擬仿真設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)采用AT89S51單片機(jī)為主控，包含LCD顯示器、復(fù)位以及蜂鳴器報(bào)警等電路、具有密碼修改、成功開(kāi)鎖、輸入錯(cuò)誤報(bào)警等多種功能。楊朋飛等[6]設(shè)計(jì)了一款指紋密碼鎖系統(tǒng)，在硬件采用了FPM10A光學(xué)指紋識(shí)別模塊、輔以液晶顯示、按鍵輸入等多種模塊，通過(guò)C語(yǔ)言編寫(xiě)了軟件程序。系統(tǒng)能完成指紋錄入、清除指紋、密碼輸入等多種功能，實(shí)現(xiàn)了三種模式解鎖，指紋識(shí)別準(zhǔn)確率較高。胡偉霞等[7]設(shè)計(jì)了一種智能密碼鎖系統(tǒng)，該系統(tǒng)核心處理器是STM32F103C8T6單片機(jī)、包含AT24C02存儲(chǔ)器等多種模塊、具有錄入指紋、指紋解鎖、數(shù)字密碼解鎖等各種功能，還可以進(jìn)行語(yǔ)言播報(bào)，該系統(tǒng)具有性?xún)r(jià)比高、體積小、操作方便、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。楊曉龍[8]針對(duì)鑰老人和小孩使用機(jī)械鎖不便的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一款GSM家庭防盜門(mén)電子鎖系統(tǒng)。系統(tǒng)采用STC89C516單片機(jī)作為控制芯片、由GSM模塊、繼電器和電磁鐵模塊、蜂鳴器等模塊組成，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一鍵撥打戶(hù)主電話(huà)和短信遠(yuǎn)程開(kāi)鎖的功能，具有一定的實(shí)用性。徐玉召等[9]設(shè)計(jì)了一種由STC89C52單片機(jī)為主控的電子密碼鎖，該鎖具有成本低，操作簡(jiǎn)單,安全系數(shù)高的特點(diǎn)。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)要求如下：1、可以實(shí)現(xiàn)密碼開(kāi)關(guān)門(mén)；2、有管理員密碼，不怕忘記密碼，可以管理員重置密碼；3、通過(guò)LCD顯示密碼，同時(shí)錯(cuò)誤次數(shù)太多，蜂鳴器提醒報(bào)警；4、具備自動(dòng)存儲(chǔ)功能，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)不丟失，密碼可以隨時(shí)修改。2方案分析與模塊選型2.1總體方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，通過(guò)外圍硬件模塊實(shí)現(xiàn)密碼鎖的各項(xiàng)功能。系統(tǒng)包括顯示模塊、紅外接收模塊、門(mén)鎖模塊、輸入模塊、存儲(chǔ)模塊等。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)如下工作流程：用戶(hù)通過(guò)輸入密碼，密碼輸入情況即時(shí)顯示；如果密碼輸入正確，門(mén)鎖打開(kāi)；如果密碼輸入錯(cuò)誤，開(kāi)啟報(bào)警提示；用戶(hù)還可以通過(guò)控制器遠(yuǎn)程控制開(kāi)關(guān)門(mén)并修改密碼，新密碼會(huì)存儲(chǔ)在系統(tǒng)中。單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心，負(fù)責(zé)接收用戶(hù)指令，協(xié)調(diào)各外圍模塊的工作，實(shí)現(xiàn)密碼鎖的各項(xiàng)功能。顯示模塊用于實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)狀態(tài)和用戶(hù)輸入信息，方便用戶(hù)操作。紅外接收模塊用于接收用戶(hù)的遠(yuǎn)程控制指令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開(kāi)鎖/關(guān)鎖功能。輸入模塊作為用戶(hù)的輸入設(shè)備，用于密碼輸入和修改。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如REF_Ref165045926\h圖2.1所示。圖2.SEQ圖\*ARABIC\s11系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2單片機(jī)模塊選型方案一：選用STC89C52單片機(jī)STC89C52是一款經(jīng)典的8位單片機(jī)，具有豐富的外圍接口資源，包括32個(gè)并行I/O口、3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、全雙工串行通信接口UART等，能夠很好地滿(mǎn)足中等以下復(fù)雜設(shè)計(jì)的需求。優(yōu)點(diǎn)：低功耗、可靠性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于各種嵌入式控制領(lǐng)域，資源豐富，開(kāi)發(fā)容易，成本低。缺點(diǎn)：處理能力一般，內(nèi)部存儲(chǔ)有限。方案二：選用STM32F103單片機(jī)STM32F103是一款32位ARMCortex-M3內(nèi)核的微控制器，具有豐富的外設(shè)資源，包括三個(gè)12位ADC、兩個(gè)DAC、七個(gè)通用定時(shí)器、兩個(gè)基本定時(shí)器、兩個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器、三個(gè)通信接口等。優(yōu)點(diǎn)：工作頻率高，具有高性能、低功耗的特點(diǎn)，集成度高，外設(shè)資源豐富。缺點(diǎn)：功耗較高，開(kāi)發(fā)復(fù)雜，成本也相對(duì)較高。綜上：考慮到設(shè)計(jì)需求和成本因素，STC89C52單片機(jī)更適合作為本系統(tǒng)的控制核心，因此選用方案一。2.3按鍵模塊選型方案一：選用獨(dú)立按鍵獨(dú)立按鍵是最簡(jiǎn)單直接的輸入方式，只需將每個(gè)按鍵分別與單片機(jī)的I/O口相連即可。這種方案硬件，但按鍵數(shù)量受單片機(jī)I/O口數(shù)量的限制，當(dāng)需要增加按鍵功能時(shí)，會(huì)占用大量I/O資源。優(yōu)點(diǎn)：獨(dú)立按鍵方案的優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)單，接線(xiàn)方便，易于實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：是I/O資源占用多，按鍵數(shù)量受限。方案二：選用矩陣按鍵矩陣按鍵是一種常用的按鍵輸入方式，通過(guò)行列掃描的方式來(lái)檢測(cè)按鍵情況，可大幅減少單片機(jī)I/O資源的占用。優(yōu)點(diǎn)：I/O資源占用少，按鍵數(shù)量方便擴(kuò)展，具有按鍵消抖、按鍵檢測(cè)等功能，可靠性較高。缺點(diǎn)：控制設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，需要專(zhuān)門(mén)的按鍵掃描程序。綜上：考慮到系統(tǒng)的輸入需求，綜合考慮成本等因素，采用方案二，使用矩陣按鍵。2.4存儲(chǔ)模塊選型方案一：選用FM24C02存儲(chǔ)模塊FM24C02是一款2Kb容量的電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器，可通過(guò)I2C接口與單片機(jī)連接。優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)保持時(shí)間長(zhǎng)、讀寫(xiě)速度快、集成度高，采用I2C總線(xiàn)接口，與單片機(jī)的集成較為容易。缺點(diǎn)：存儲(chǔ)容量有限。方案二：選用AT24C02存儲(chǔ)模塊AT24C02是一款2Kb容量的EEPROM存儲(chǔ)器，可通過(guò)I2C接口與單片機(jī)連接。優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)不易丟失、壽命長(zhǎng)，可靠性強(qiáng)，采用標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線(xiàn)接口，與單片機(jī)的集成較為容易。缺點(diǎn)：寫(xiě)入速度相對(duì)較慢，可能不適合對(duì)寫(xiě)入速度有嚴(yán)格要求的應(yīng)用場(chǎng)景。綜上：AT24C02與FM24C02的性能指標(biāo)相當(dāng)，但AT24C02的價(jià)格相對(duì)更加經(jīng)濟(jì)適用，更加符合本系統(tǒng)的成本需求?？紤]到本系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)模塊的要求AT24C02完全能滿(mǎn)足需求，因此選用方案二，使用AT24C02存儲(chǔ)模塊。2.5液晶模塊選型方案一：選用OLED顯示模塊優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、功耗低、視角寬、對(duì)比度高。缺點(diǎn)：價(jià)格相對(duì)較高。方案二：選用LCD1602顯示模塊LCD1602顯示模塊是一種常見(jiàn)的字符型液晶顯示器，可以顯示2行16個(gè)字符。優(yōu)點(diǎn)：成本低、集成度高。缺點(diǎn)：視角較窄，顯示效果一般。綜上：LCD1602顯示模塊成本較低，易于集成，更加適合本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因此選用方案二，使用LCD1602顯示模塊。

3硬件設(shè)計(jì)3.1主控模塊設(shè)計(jì)STC89C52單片機(jī)作為本系統(tǒng)的核心控制單元，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)作。它通過(guò)與各類(lèi)外圍模塊進(jìn)行通信和交互，完成密碼鎖的各項(xiàng)功能。STC89C52擁有豐富的資源，如4組8位并行I/O口、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、4組中斷源等，可以靈活地與系統(tǒng)中的各個(gè)模塊進(jìn)行連接和控制。在程序設(shè)計(jì)中，首先完成單片機(jī)的初始化配置，包括I/O口、定時(shí)器、中斷等的設(shè)置。例如，將P0口的0-7位分別連接到LCD1602模塊的數(shù)據(jù)接口，將P1口的0-7位連接到矩陣按鍵模塊，用于掃描按鍵狀態(tài)。將P3.2和P2.0位分別連接到紅外接收模塊和繼電器模塊，用于接收紅外遙控指令和控制電磁鎖的開(kāi)關(guān)。通過(guò)合理的I/O口分配，STC89C52能夠與系統(tǒng)中的各個(gè)模塊高效地進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。在定時(shí)器配置方面，利用T0和T1兩個(gè)16位定時(shí)器，分別用于實(shí)現(xiàn)矩陣按鍵的掃描和紅外遙控信號(hào)的解碼。通過(guò)定時(shí)器的定期中斷觸發(fā)，單片機(jī)可以及時(shí)獲取按鍵輸入和紅外遙控指令，確保系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)性。在程序中設(shè)置了外部中斷INT0和INT1，分別用于檢測(cè)用戶(hù)輸入密碼完成和紅外遙控指令接收完成的事件。當(dāng)這些事件發(fā)生時(shí)，單片機(jī)能夠快速進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，執(zhí)行密碼校驗(yàn)、電磁鎖控制等操作，提高系統(tǒng)的交互性和響應(yīng)速度。在編寫(xiě)主程序流程時(shí)，首先完成系統(tǒng)的初始化工作，包括配置I/O口、初始化定時(shí)器和中斷等。然后，主程序進(jìn)入一個(gè)無(wú)限循環(huán)，不斷地掃描按鍵狀態(tài)、檢測(cè)紅外遙控指令，并根據(jù)用戶(hù)的操作，執(zhí)行相應(yīng)的密碼鎖控制邏輯，如密碼輸入、密碼校驗(yàn)、電磁鎖開(kāi)關(guān)等。通過(guò)STC89C52單片機(jī)的強(qiáng)大性能，結(jié)合周?chē)黝?lèi)模塊的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)功能全面、操作簡(jiǎn)單的密碼鎖控制系統(tǒng)。STC89C52單片機(jī)引腳如REF_Ref165045910\h圖3.1所示。圖STYLEREF1\s3.1STC89C52單片機(jī)引腳3.2紅外接收模塊設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用紅外遙控技術(shù)，通過(guò)紅外接收模塊接收用戶(hù)通過(guò)遙控器發(fā)送的各類(lèi)控制指令，如開(kāi)鎖、關(guān)鎖和修改密碼等。紅外接收模塊由紅外接收芯片和相關(guān)電路組成，能夠?qū)⒓t外遙控器發(fā)出的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換為電子脈沖信號(hào)，并將其傳輸給單片機(jī)進(jìn)行識(shí)別和處理。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，選用了常見(jiàn)的紅外接收模塊TSOP1738，它采用38kHz調(diào)制頻率的紅外信號(hào)，可以有效抑制環(huán)境干擾，提高接收的可靠性。紅外接收模塊的引腳需要與STC89C52單片機(jī)的I/O口相連，將其連接到P3.2引腳上。單片機(jī)可以通過(guò)讀取紅外接收模塊的輸出狀態(tài)，判斷用戶(hù)發(fā)送的具體指令，并相應(yīng)地執(zhí)行相關(guān)的控制操作。為了實(shí)現(xiàn)紅外遙控指令的解碼，在程序中設(shè)計(jì)了一個(gè)紅外中斷服務(wù)程序。當(dāng)用戶(hù)通過(guò)遙控器發(fā)送指令時(shí)，紅外接收模塊會(huì)產(chǎn)生一個(gè)外部中斷INT0，單片機(jī)會(huì)進(jìn)入該中斷服務(wù)程序。在中斷程序中，首先判斷接收到的紅外信號(hào)是否有效，然后根據(jù)解碼出的指令類(lèi)型，執(zhí)行相應(yīng)的控制邏輯，如開(kāi)鎖、關(guān)鎖或修改密碼等。通過(guò)該中斷機(jī)制，單片機(jī)能夠及時(shí)響應(yīng)用戶(hù)的遙控操作，提高了系統(tǒng)的交互性和靈活性。由于紅外信號(hào)容易受到環(huán)境光照、電磁干擾等因素的影響，在電路設(shè)計(jì)時(shí)，采用了合理的濾波電路，提高了紅外接收模塊的抗干擾能力，確保紅外遙控指令的可靠接收。通過(guò)紅外接收模塊的設(shè)計(jì)，用戶(hù)可以方便地通過(guò)遙控器遠(yuǎn)程控制密碼鎖的狀態(tài)，如開(kāi)鎖、關(guān)鎖和修改密碼等，極大地提高了系統(tǒng)的使用便利性。紅外接收模塊電路設(shè)計(jì)見(jiàn)圖REF_Ref5066\r\h3.3所示：圖STYLEREF1\s3.2紅外接收模塊電路3.3LCD顯示模塊設(shè)計(jì)LCD1602液晶顯示模塊是本系統(tǒng)中重要的人機(jī)交互界面，能夠?qū)崟r(shí)顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)和密碼輸入情況，為用戶(hù)提供直觀的反饋信息。LCD1602模塊由LCD控制芯片和液晶顯示屏組成，可以顯示16個(gè)字符，分兩行顯示。LCD1602液晶顯示模塊采用標(biāo)準(zhǔn)的并行8位數(shù)據(jù)接口，可以直接與STC89C52單片機(jī)的I/O口相連。將LCD1602模塊的數(shù)據(jù)接口引腳D0-D7分別連接到STC89C52的P0口，控制引腳RS和E分別連接到P2.0和P2.1引腳。通過(guò)這種連接方式，單片機(jī)可以通過(guò)向LCD1602發(fā)送相應(yīng)的指令和數(shù)據(jù)，控制屏幕上的內(nèi)容顯示。為了實(shí)現(xiàn)LCD1602的顯示控制，在程序中編寫(xiě)了一系列LCD驅(qū)動(dòng)函數(shù)，如LCD初始化、LCD寫(xiě)命令、LCD寫(xiě)數(shù)據(jù)等。在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，首先對(duì)LCD1602進(jìn)行初始化配置，包括設(shè)置顯示模式、光標(biāo)控制、顯示開(kāi)關(guān)等。之后，在主程序中，根據(jù)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，動(dòng)態(tài)地更新LCD1602的顯示內(nèi)容。當(dāng)用戶(hù)輸入密碼時(shí)，LCD1602可以顯示"請(qǐng)輸入密碼"的提示信息；當(dāng)密碼輸入完成后，LCD1602可以顯示"密碼正確/錯(cuò)誤"的反饋信息；如果用戶(hù)通過(guò)遙控器修改了密碼，LCD1602也會(huì)相應(yīng)地顯示"密碼修改成功"的提示。通過(guò)LCD1602模塊的顯示，用戶(hù)可以及時(shí)了解系統(tǒng)的工作狀態(tài)，提高了人機(jī)交互的友好性。由于LCD1602的刷新頻率較低，如果直接在主程序中進(jìn)行顯示操作，可能會(huì)導(dǎo)致畫(huà)面卡頓或閃爍。為了解決這一問(wèn)題，在程序中設(shè)計(jì)了一個(gè)LCD顯示任務(wù)，利用定時(shí)器中斷周期性地更新LCD1602的顯示內(nèi)容，確保畫(huà)面能夠流暢地呈現(xiàn)給用戶(hù)。液晶顯示模塊電路如圖REF_Ref5406\r\h3.3所示。圖STYLEREF1\s3.3液晶顯示模塊電路3.4門(mén)鎖模塊設(shè)計(jì)電磁鎖模塊是密碼鎖系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)完成門(mén)鎖的開(kāi)鎖和關(guān)鎖動(dòng)作。電磁鎖模塊由電磁鎖芯和驅(qū)動(dòng)電路組成，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到用戶(hù)輸入的密碼正確時(shí)，單片機(jī)會(huì)通過(guò)輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電磁鎖模塊，使電磁鎖芯吸合或釋放，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖或關(guān)鎖的功能。為了驅(qū)動(dòng)電磁鎖，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)繼電器驅(qū)動(dòng)電路，將STC89C52單片機(jī)的P2.0引腳連接到繼電器模塊的控制端，單片機(jī)可以通過(guò)輸出高低電平，控制繼電器的吸合與釋放，進(jìn)而控制電磁鎖的開(kāi)閉。當(dāng)用戶(hù)輸入正確的密碼時(shí)，單片機(jī)會(huì)向繼電器模塊發(fā)送開(kāi)鎖指令，使繼電器吸合，從而為電磁鎖芯通電。這樣，電磁鎖就會(huì)吸合，門(mén)鎖處于開(kāi)啟狀態(tài)。相反，當(dāng)用戶(hù)輸入錯(cuò)誤的密碼時(shí)，單片機(jī)會(huì)向繼電器模塊發(fā)送關(guān)鎖指令，使繼電器釋放，切斷電磁鎖芯的電源，電磁鎖就會(huì)釋放，門(mén)鎖處于關(guān)閉狀態(tài)。由于電磁鎖的工作電壓和電流較高，通常需要獨(dú)立的電源供應(yīng)。在設(shè)計(jì)中，采用了隔離的電源模塊，為電磁鎖提供穩(wěn)定的12V直流電源，確保其能夠可靠地工作。為了避免電磁鎖在工作過(guò)程中產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)對(duì)單片機(jī)造成損害，在繼電器驅(qū)動(dòng)電路中加入了二極管等保護(hù)措施，確保單片機(jī)的安全運(yùn)行。電磁鎖驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3.4所示：圖STYLEREF1\s3.4電磁鎖驅(qū)動(dòng)電路3.5按鍵模塊設(shè)計(jì)按鍵模塊是本系統(tǒng)中用戶(hù)輸入密碼和修改密碼的主要接口，按鍵模塊由矩陣按鍵和按鍵掃描電路組成，能夠?qū)⒂脩?hù)的按鍵操作轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳輸給單片機(jī)進(jìn)行識(shí)別和處理。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，選用了4x4的矩陣按鍵作為輸入設(shè)備，矩陣按鍵的優(yōu)點(diǎn)是可以使用較少的I/O引腳實(shí)現(xiàn)多按鍵檢測(cè)，降低了單片機(jī)的資源占用。將矩陣按鍵的行線(xiàn)連接到STC89C52的P1.0-P1.3引腳，列線(xiàn)連接到P1.4-P1.7引腳，構(gòu)成一個(gè)16鍵的矩陣按鍵陣列。將行線(xiàn)設(shè)為輸出低電平，列線(xiàn)設(shè)為輸入上拉，然后逐個(gè)掃描各行線(xiàn)，檢測(cè)列線(xiàn)的電平變化。如果檢測(cè)到某個(gè)列線(xiàn)的電平發(fā)生變化，說(shuō)明對(duì)應(yīng)的按鍵被按下。可以通過(guò)行列交叉點(diǎn)的信息，確定用戶(hù)按下的具體按鍵。為了消除按鍵抖動(dòng)的影響，在按鍵掃描程序中加入了軟件去抖動(dòng)處理。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)檢測(cè)到按鍵被按下時(shí)，不會(huì)立即響應(yīng)，而是延遲一段時(shí)間（如10ms）后，再次檢測(cè)按鍵狀態(tài)。只有在這段時(shí)間內(nèi)，按鍵狀態(tài)一直保持按下，才認(rèn)為這是一次有效的按鍵輸入，并將其傳遞給上層邏輯進(jìn)行處理。這種簡(jiǎn)單而有效的去抖動(dòng)方法，確保了按鍵輸入的可靠性，避免了因按鍵抖動(dòng)而導(dǎo)致的錯(cuò)誤輸入。當(dāng)檢測(cè)到用戶(hù)按下密碼輸入鍵時(shí)，會(huì)將按鍵值緩存到一個(gè)輸入緩沖區(qū)中。同時(shí)，還會(huì)根據(jù)用戶(hù)的按鍵操作，執(zhí)行相應(yīng)的邏輯，如密碼輸入、密碼修改等。例如，當(dāng)用戶(hù)按下"確認(rèn)"鍵時(shí)，會(huì)從輸入緩沖區(qū)讀取密碼數(shù)據(jù)，并將其傳遞給密碼校驗(yàn)?zāi)K進(jìn)行驗(yàn)證。按鍵電路設(shè)計(jì)如圖REF_Ref6177\r\h3.5所示.圖STYLEREF1\s3.5按鍵電路3.6存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)AT24C02存儲(chǔ)模塊是本系統(tǒng)中用于存儲(chǔ)用戶(hù)密碼的非易失性存儲(chǔ)器，AT24C02是一款2Kbit的EEPROM芯片，能夠在斷電情況下保存用戶(hù)設(shè)置的密碼信息。該芯片采用標(biāo)準(zhǔn)的I2C通信協(xié)議，可以直接與STC89C52單片機(jī)的I2C總線(xiàn)相連。當(dāng)用戶(hù)通過(guò)矩陣鍵盤(pán)輸入并修改密碼時(shí)，單片機(jī)會(huì)將新的密碼信息寫(xiě)入AT24C02存儲(chǔ)模塊。同時(shí)，在系統(tǒng)上電時(shí)，單片機(jī)會(huì)從AT24C02中讀取存儲(chǔ)的密碼數(shù)據(jù)，作為驗(yàn)證用戶(hù)輸入密碼的依據(jù)。通過(guò)AT24C02存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)，密碼鎖系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)密碼的持久化存儲(chǔ)和安全管理。用戶(hù)設(shè)置的密碼不會(huì)因?yàn)閿嚯姸鴣G失，同時(shí)也能夠得到有效的加密保護(hù)，大大提高了系統(tǒng)的安全性。存儲(chǔ)模塊電路設(shè)計(jì)如圖3.6所示。圖STYLEREF1\s3.6存儲(chǔ)模塊電路4軟件設(shè)計(jì)4.1軟件總體設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)的主程序流程中首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，包括I/O口、定時(shí)器、LCD顯示等模塊的初始化；然后檢測(cè)矩陣鍵盤(pán)狀態(tài)，獲取用戶(hù)輸入的密碼；將用戶(hù)輸入的密碼與存儲(chǔ)在AT24C02中的密碼進(jìn)行比對(duì)；如果密碼輸入正確，則通過(guò)繼電器控制電磁鎖實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖，同時(shí)在LCD上顯示"開(kāi)鎖成功"等提示信息；如果密碼輸入錯(cuò)誤，則通過(guò)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警提示，同時(shí)在LCD上顯示"密碼錯(cuò)誤"等信息；緊接著檢測(cè)紅外遙控器的狀態(tài)，根據(jù)用戶(hù)遙控指令控制電磁鎖的開(kāi)關(guān)；如果用戶(hù)需要修改密碼，則通過(guò)矩陣鍵盤(pán)輸入新密碼，并將其存儲(chǔ)在AT24C02中；主程序流程的設(shè)計(jì)充分考慮了系統(tǒng)的各項(xiàng)功能需求，包括密碼輸入、密碼比對(duì)、鎖門(mén)控制、遠(yuǎn)程遙控、密碼修改等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該流程能夠確保系統(tǒng)各個(gè)模塊之間的協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)密碼鎖的全面功能。系統(tǒng)主程序的軟件設(shè)計(jì)框架見(jiàn)REF_Ref165045859\h圖4.1所示。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s11系統(tǒng)主程序流程圖4.2按鍵識(shí)別及處理程序設(shè)計(jì)按鍵函數(shù)子流程如REF_Ref165045536\h圖4.2所示：作為用戶(hù)本地手動(dòng)輸入的入口，按鍵子程序需要時(shí)刻掃描各按鍵的狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)有按鍵按下，就需立即處理用戶(hù)的操作指令。首先通過(guò)軟件對(duì)多個(gè)按鍵端口線(xiàn)設(shè)置上拉電阻，當(dāng)無(wú)按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)端口為高電平。然后周期性輪詢(xún)掃描這些端口口線(xiàn)的狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)有端口由高電平轉(zhuǎn)為低電平，即判斷有按鍵被按下，從而確定是哪個(gè)按鍵被按下。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s12按鍵識(shí)別程序4.3軟件仿真本系統(tǒng)采用進(jìn)行了Proteus8.6仿真模擬。初始化界面如REF_Ref165045517\h圖4.3所示：圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s13初始化界面當(dāng)使用者輸入超過(guò)三次密碼都識(shí)別出錯(cuò)誤的時(shí)候，鍵盤(pán)將會(huì)鎖死，顯示屏?xí)崾惧e(cuò)誤，如REF_Ref165045836\h圖4.4所示。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s14鍵盤(pán)鎖死使用者可以根據(jù)實(shí)際情況自行修改密碼，如REF_Ref165045611\h圖4.5所示。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s15修改密碼當(dāng)輸入了正確密碼后，繼電器線(xiàn)圈將會(huì)閉合，同時(shí)繼電器上的指示燈亮起，表示已經(jīng)開(kāi)鎖，如REF_Ref165045653\h圖4.6所示。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s16密碼正確本系統(tǒng)設(shè)有萬(wàn)能密碼，當(dāng)輸入萬(wàn)能密碼后，系統(tǒng)將自動(dòng)回到初始化狀態(tài)，如REF_Ref165045707\h圖4.7所示。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s17程序初始化5功能測(cè)試分別對(duì)各個(gè)硬件模塊進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試，驗(yàn)證其功能是否正常工作，包括檢查L(zhǎng)CD1602顯示模塊能否正確顯示預(yù)期內(nèi)容，矩陣鍵盤(pán)能否準(zhǔn)確檢測(cè)按鍵輸入，紅外遙控器能否發(fā)送正確的控制指令等。在各模塊單獨(dú)測(cè)試的基礎(chǔ)上，將各個(gè)模塊集成到完整的系統(tǒng)中，測(cè)試系統(tǒng)的整體功能是否符合設(shè)計(jì)要求。在系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程中，重點(diǎn)關(guān)注了密碼輸入、鎖門(mén)控制、遠(yuǎn)程控制、密碼修改、顯示功能和報(bào)警功能等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的測(cè)試。通過(guò)矩陣鍵盤(pán)輸入正確和錯(cuò)誤的密碼，檢查系統(tǒng)的密碼識(shí)別和處理功能是否正常。同時(shí)測(cè)試了系統(tǒng)通過(guò)繼電器控制電磁鎖開(kāi)關(guān)的功能，確保能夠可靠地實(shí)現(xiàn)密碼鎖的自動(dòng)開(kāi)鎖和關(guān)鎖。如果密碼輸入正確，在LCD上顯示"開(kāi)鎖成功"提示信息，如圖REF_Ref6921\r\h5.1所示。圖STYLEREF1\s5.SEQ圖\*ARABIC\s11開(kāi)鎖測(cè)試用戶(hù)通過(guò)矩陣鍵盤(pán)輸入密碼，如果輸入密碼錯(cuò)誤，蜂鳴器報(bào)警提示，LCD上顯示“密碼錯(cuò)誤”信息，如REF_Ref7692\h圖STYLEREF1\s5.2所示：圖STYLEREF1\s5.SEQ圖\*ARABIC\s12密碼錯(cuò)誤測(cè)試使用紅外遙控器發(fā)送開(kāi)鎖/關(guān)鎖指令，檢查系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制功能是否能夠正確執(zhí)行，如REF_Ref7692\h圖STYLEREF1\s5.3所示。圖STYLEREF1\s5.SEQ圖\*ARABIC\s13遙控器控制測(cè)試測(cè)試了用戶(hù)通過(guò)矩陣鍵盤(pán)修改密碼時(shí)，新密碼是否能夠正確存儲(chǔ)和讀取，如REF_Ref8048\h圖STYLEREF1\s5.4所示。圖STYLEREF1\s5.SEQ圖\*ARABIC\s14修改密碼通過(guò)上述全面的測(cè)試，確保了該密碼鎖控制系統(tǒng)各項(xiàng)功能的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。6結(jié)論6.1存在的問(wèn)題在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，雖然達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，但也存在這需要改進(jìn)和完善的地方，具體如下：（1）硬件成本與系統(tǒng)穩(wěn)定性本設(shè)計(jì)采用的STC89C52單片機(jī)雖然成本較低，但處理能力與擴(kuò)展性相對(duì)有限，可能在高并發(fā)或復(fù)雜環(huán)境下出現(xiàn)性能瓶頸，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)，為了降低成本，部分硬件模塊如LCD1602顯示模塊可能顯示效果不夠理想，影響用戶(hù)體驗(yàn)。（2）安全性與防護(hù)機(jī)制盡管系統(tǒng)設(shè)計(jì)了密碼錯(cuò)誤次數(shù)限制與報(bào)警機(jī)制，但在極端情況下，如持續(xù)暴力破解密碼，系統(tǒng)可能面臨安全風(fēng)險(xiǎn)。此外，對(duì)于電磁鎖等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的物理防護(hù)措施不足，易受到外部攻擊或損壞。（3）用戶(hù)體驗(yàn)與交互性目前系統(tǒng)主要通過(guò)矩陣鍵盤(pán)和紅外遙控器進(jìn)行密碼輸入和遠(yuǎn)程控制，操作方式相對(duì)單一，對(duì)于不熟悉電子設(shè)備的用戶(hù)可能不夠友好。同時(shí)，系統(tǒng)缺乏直觀的反饋機(jī)制，如聲音提示、動(dòng)畫(huà)效果等，影響了交互體驗(yàn)。6.2系統(tǒng)的優(yōu)化為了更加完善優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)產(chǎn)品的性能，其優(yōu)化方向如下：（1）升級(jí)硬件與提升性能可采用性能更強(qiáng)大的單片機(jī)或其他控制芯片，提升系統(tǒng)的處理能力和擴(kuò)展性。同時(shí)，升級(jí)顯示模塊，如采用OLED顯示模塊，提高顯示效果和用戶(hù)體驗(yàn)。（2）加強(qiáng)安全性與防護(hù)措施增加密碼復(fù)雜度要求，引入更高級(jí)的加密算法，提高系統(tǒng)的安全性。加強(qiáng)電磁鎖等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的物理防護(hù)措施，防止外部攻擊或損壞。此外，可設(shè)計(jì)多重驗(yàn)證機(jī)制，如指紋識(shí)別、動(dòng)態(tài)驗(yàn)證碼等，提升系統(tǒng)的安全防護(hù)水平。（3）改善用戶(hù)體驗(yàn)與交互性增加多種操作方式，如觸摸屏、語(yǔ)音識(shí)別等，降低用戶(hù)操作難度。引入更直觀的反饋機(jī)制，如語(yǔ)音提示、動(dòng)畫(huà)效果等，提升用戶(hù)交互體驗(yàn)。同時(shí)，優(yōu)化用戶(hù)界面設(shè)計(jì)，使其更加簡(jiǎn)潔明了，易于理解和使用。綜上所述，通過(guò)硬件升級(jí)、安全性加強(qiáng)、用戶(hù)體驗(yàn)改善和功能擴(kuò)展等方面的優(yōu)化措施，可以進(jìn)一步提升基于單片機(jī)的密碼鎖系統(tǒng)的性能、安全性和用戶(hù)體驗(yàn)，滿(mǎn)足更多用戶(hù)的需求。參考文獻(xiàn)[1]陳新芬,金琦淳,張延麗,等.單片機(jī)指紋密碼鎖設(shè)計(jì)與仿真[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2021,34(11):151-154.[2]趙永濤.基于51單片機(jī)的RFID門(mén)禁密碼鎖設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化應(yīng)用,2022,(12):185-187+191.[3]徐劍琴,李克訥,梁奇峰.基于AVR單片機(jī)的電子密碼鎖控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].裝備制造技術(shù),2017,(02):63-67+70.[4]楊德斌,林建平,蔡榮智,等.基于MSP432單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]