單片機電子密碼鎖論文

摘要在日常的生活和工作中,住宅與部門的安全防范、單位的文件檔案、財務報表以及一些個人資料的保存多以加鎖的辦法來解決。若使用傳統(tǒng)的機械式鑰匙開鎖，人們常需攜帶多把鑰匙,使用極不方便,且鑰匙丟失后安全性即大打折扣。隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們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。密碼鎖具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等優(yōu)點。在安全技術防范領域，具有防盜報警功能的電子密碼鎖逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械式密碼鎖，克服了機械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點，使密碼鎖無論在技術上還是在性能上都大大提高一步。隨著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，特別是單片機的問世，出現(xiàn)了帶微處理器的智能密碼鎖，它除具有電子密碼鎖的功能外，還引入了智能化管理、專家分析系統(tǒng)等功能，從而使密碼鎖具有很高的安全性、可靠性，應用日益廣泛。關鍵詞：4×4矩陣鍵盤；AT89C51；密碼鎖；密碼二次確認目錄摘要........................................................I第一章緒論................................................11.1引言.........................................................11.2電子密碼鎖的背景.............................................11.3電子鎖設計的意義.............................................1第二章系統(tǒng)設計.............................................3第三章硬件電路設計.........................................63.1鍵盤電路設計................................................63.2LED顯示電路.................................................83.3開鎖電路設計................................................103.4報警電路設計................................................10第四章軟件設計............................................124.1軟件設計思路................................................124.2各子程序設計................................................12第五章系統(tǒng)調試............................................17結論.......................................................18參考文獻...................................................19附錄.......................................................20第一章概述1.1引言隨著人們生活水平的提高，如何實現(xiàn)家庭防盜這一問題也變的尤其的突出，傳統(tǒng)的機械鎖由于其構造的簡單，被撬的事件屢見不鮮，電子鎖由于其保密性高，使用靈活性好，安全系數(shù)高，受到了廣大用戶的喜愛。鎖是置于可啟閉的器物上,用以關住某個確定的空間范圍或某種器具的,必須以鑰匙或暗碼打開的扣件。鎖具發(fā)展到現(xiàn)在已有若干年的歷史了，人們對它的結構、機理也研究得很透徹，因此，不用鑰匙就能打開的方法和工具也層出不窮?，F(xiàn)代人類文明社會里，由于社會中各種矛盾沖突十分劇烈，人們的思想道德觀念，價值觀念，文化修養(yǎng)水平等差異，群眾中良莠不齊，善良的人們能夠自覺規(guī)范自已的行為，“非禮不為”，雖無鑰匙亦不會亂闖。然而，那些毫無道德觀念的盜賊卻想方設法利用高科技手段撬門開鎖，使廣大居民防不勝防。為什么會出現(xiàn)這種情況呢？因為傳統(tǒng)鎖具都存在致命的弱點：

第一、鎖芯采用常見的銅、鋁、鋅等材料，抵抗不了強力破壞；

第二、鎖具制作工藝，技術落后，無法阻止技術手段的開啟。

目前，市場上很多國內外的鎖具，實際上都不具備真正的防盜功能。在慣偷面前，兩根鋼絲或幾件簡單的工具就可以把這些鎖打開，有的慣偷甚至公開揚言：“沒有我打不開的鎖?！逼鋵?，不是他們多高明，而是一般鎖具技術原理太過簡單。面對這一殘酷的現(xiàn)狀，新時代提出了鎖具必須革命的迫切的要求。1.2電子密碼鎖的背景隨著社會科技的進步，鎖已發(fā)展到了密碼鎖、磁性鎖、電子鎖、激光鎖、聲控鎖等等。在傳統(tǒng)鑰匙的基礎上，加了一組或多組密碼，不同聲音，不同磁場，不同聲波，不同光束光波，不同圖像。（如指紋、眼底視網(wǎng)膜等）來控制鎖的開啟。從而大大提高了鎖的安全性，使不法之徒無從下手，人們也就能對自身財產安全有了更多的保障。當今安全信息系統(tǒng)應用越來越廣泛，特別在保護機密、維護隱私和財產保護方面起到重大作用，而基于電子密碼鎖的安全系統(tǒng)是其中的組成部分，因此研究它具有重大的現(xiàn)實意義。1.3電子鎖設計的意義單片機，亦稱單片微電腦或單片微型計算機。它是把中央處理器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、輸入/輸出端口（I/0）等主要計算機功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。計算機的產生加快了人類改造世界的步伐，但是它畢竟體積大。微計算機（單片機）在這種情況下誕生了，它為我們改變了什么？縱觀我們現(xiàn)在生活的各個領域，從導彈的導航裝置，到飛機上各種儀表的控制，從計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC卡、電子寵物等，這些都離不開單片機。以前沒有單片機時，這些東西也能做，但是只能使用復雜的模擬電路，然而這樣做出來的產品不僅體積大，而且成本高，并且由于長期使用，元器件不斷老化，控制的精度自然也會達不到標準。在單片機產生后，我們就將控制這些東西變?yōu)橹悄芑?，我們只需要在單片機外圍接一點簡單的接口電路，核心部分只是由人為的寫入程序來完成。這樣產品的體積變小了，成本也降低了，長期使用也不會擔心精度達不到了，且容易升級改善。電子鎖可以在日常生活和現(xiàn)代辦公中，住宅與辦公室的安全防范、單位的文件檔案、財務報表以及一些個人資料的保存等多種場合使用。大大提高了主人物資的安全性，安全可以代替老式機械鎖。目前使用的密碼鎖種類繁多，各具特色。本文從經(jīng)濟實用的角度出發(fā)，采用AT89C2051單機，研制了一款具有防盜自動報警功能的電子密碼鎖。該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，具有一定的推廣價值。（1）系統(tǒng)設置4位密碼，密碼通過鍵盤輸入，若密碼正確，則將鎖打開。（2）密碼由用戶自己設定，在開鎖狀態(tài)下，用戶可自行修改密碼。（3）具有自動報警功能。自動報警分現(xiàn)場報警和遠程報警兩種?，F(xiàn)場報警由揚聲器發(fā)出報警聲。（4）兩種情況下可報警：一是密碼輸入錯誤3次，則報警；二是非正常開門，如破門而入的情況，可通過系統(tǒng)的紅外監(jiān)視裝置監(jiān)測，同時報警，保證了系統(tǒng)的安全性。系統(tǒng)工作時，用戶通過按鍵輸入4位密碼，單片機將輸入密碼與設定密碼進行比較，若密碼正確，則發(fā)出開鎖信號，將門打開，系統(tǒng)不報警；若密碼不正確，則有相應的指示燈閃動，并要求重新輸入密碼，重新輸入密碼的次數(shù)不能超過3次，若3次輸入的密碼都不正確，則發(fā)出報警信號。第二章系統(tǒng)總體方案設計方案一：采用數(shù)字電路控制。其原理方框圖如圖2－1所示。圖2－1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計簡單。用以74LS112雙JK觸發(fā)器構成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，共設了9個用戶輸入鍵，其中只有4個是有效的密碼按鍵，其它的都是干擾按鍵，若按下干擾鍵，鍵盤輸入電路自動清零，原先輸入的密碼無效，需要重新輸入；如果用戶輸入密碼的時間超過40秒（一般情況下，用戶不會超過40秒，若用戶覺得不便，還可以修改）電路將報警80秒，若電路連續(xù)報警三次，電路將鎖定鍵盤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)，其中設置UPS電源是為了防止因為停電造成的密碼鎖電路失效，使用戶免遭麻煩。密碼鎖電路包含：鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測、開鎖電路、執(zhí)行電路、報警電路、鍵盤輸入次數(shù)鎖定電路。方案二：采用一種是用以AT89S51為核心的單片機控制方案。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，不但能實現(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2－2所示。89S51單片機89S51單片機矩陣鍵盤控制輸入錯誤鎖定鍵盤輸入錯誤鎖定鍵盤延時報警控制電路延時報警控制電路AT24C02掉電存儲開鎖控制電路AT24C02掉電存儲開鎖控制電路指示電路串口顯示電路指示電路串口顯示電路圖2－2單片機控制方案通過比較以上兩種方案，單片機方案有較大的活動空間，不但能實現(xiàn)所要求的功能而且能在很大的程度上擴展功能，而且還可以方便的對系統(tǒng)進行升級，所以我們采用后一種方案。本方案采用一種是用以89S51為核心的單片機控制方案。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，實現(xiàn)基本的密碼鎖功能。初步設計思路如下：輸入密碼用矩形鍵盤，包括數(shù)字鍵和功能鍵。LED數(shù)碼管顯示輸入密碼，用74JS247驅動數(shù)碼管發(fā)光顯示數(shù)碼，用74LS138控制各位顯示器分時進行顯示。用發(fā)光二極管代替開鎖的電路，發(fā)光表示開鎖。輸入密碼錯誤次數(shù)超過3次，系統(tǒng)報警。打開電源后，顯示器顯示“000000”，設原始密碼為“123456”，只要輸入此密碼便了開門。這樣可預防停電后再來電時無密碼可用。按“C”鍵，清除顯示器為“000000”。欲重新設定密碼，先輸入密碼在案“*”。輸入密碼，再按“D”鍵。若密碼與設定密碼相同，則開門。否則顯示器清為“000000”。軟件的設計主要包括鍵盤鍵值的讀取，LED顯示程序，密碼比較程序和報警程序。第三章硬件電路設計3.1鍵盤電路設計使用矩陣鍵盤，所以本設計就采用行列式鍵盤，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，在按鍵比較多的時候，通常采用這樣方法。其原理如圖3-1。圖3-1矩陣鍵盤每一條水平（行線）與垂直線（列線）的交叉處不相通，而是通過一個按鍵來連通，利用這種行列式矩陣結構只需要N條行線和M條列線，即可組成具有N×M個按鍵的鍵盤。在這種行列式矩陣鍵盤非鍵盤編碼的單片機系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認有無按鍵按下的程序段。當確認有按鍵按下后，下一步就要識別哪一個按鍵按下。對鍵的識別通常有兩種方法：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法。對照圖3-1所示的4×4鍵盤，說明線反轉個工作原理。首先辨別鍵盤中有無鍵按下，有單片機I/O口向鍵盤送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來判斷。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。判斷鍵盤中哪一個鍵被按下使通過將列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來實現(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上的那個鍵。具體的功能設計如表3-1：表3-1按鍵功能按鍵鍵名功能說明1－9鍵數(shù)字鍵輸入密碼*鍵重設密碼鍵設定新密碼D鍵確定鍵比較密碼#鍵清除鍵使顯示器清零3.2LED顯示電路本系統(tǒng)設計的顯示電路是為了給使用者以提示而設置的。本系統(tǒng)的顯示采用串行顯示的方式，只使用單片機的一個串行口，利用74LS247驅動數(shù)碼管發(fā)光顯示數(shù)碼和74LS138控制位選信號，就可以完成單片機的顯示功能，顯示電路的電路原理圖如圖3-2所示。用P0.0—P0.3接74LS247的A，B，C，D四端口，74LS247的輸出口接LED的七段顯示；而P0.4—P0.6接74LS138的A，B，C三個輸入口，74LS138的輸出口接LED的位顯示。通過軟件實現(xiàn)數(shù)字和位控制。圖3-2LED顯示電路用74LS247可以控制輸出什么字型。74LS247的邏輯功能表如表3-2：表3-274LS247的邏輯功能表用74LS138控制位循環(huán)顯示，其邏輯功能表如表3-3：表3-374LS138邏輯功能表CBAY1Y2Y0Y3Y4Y5Y6Y70000111111001101111110101101111101111101111100111101111011111101111011111101111111111103.3開鎖電路在本次設計中，基于節(jié)省材料的原則，暫時用發(fā)光二極管代替電磁鎖，發(fā)光管亮，表示開鎖；滅，表示沒有開鎖。電路圖如3-3所示。當P2.0口輸出低電平時，二極管發(fā)光，表示開鎖。圖3-3開鎖電路3.4報警電路圖3-4報警電路報警模塊由蜂鳴器和單片機組成。選擇一只壓電式蜂鳴器，壓電式蜂鳴器工作時約需要100mA驅動電流。蜂鳴器電路如圖3-4所示。當89C51的P2.1口輸出為低電平時，蜂鳴器產生蜂鳴音，89C51輸出為高電平時，蜂鳴器不發(fā)聲。第四章軟件設計4.1軟件設計思路電子密碼鎖工作的主要過程是LED數(shù)碼管提示開始輸入密碼，通過鍵盤輸入密碼，同時LED顯示密碼輸入情況，按下確認鍵后判斷密碼的正確性，作出開鎖或報警處理。當輸入密碼連續(xù)輸入錯誤3次時，系統(tǒng)報警。密碼的設定，在此程序中密碼是固定40H—45H 中，假設預設的密碼為"123456"共6位密碼。由于采用兩個按鍵來完成密碼的輸入，那么其中一個按鍵為功能鍵，另一個按鍵為數(shù)字鍵。在輸入過程中，首先輸入密碼的長度，接著根據(jù)密碼的長度輸入密碼的位數(shù)，直到所有長度的密碼都已經(jīng)輸入完畢；或者輸入確認功能鍵之后，才能完成密碼的輸入過程。進入密碼的判斷比較處理狀態(tài)并給出相應的處理過程。4.2各子程序設計1鍵盤掃描子程序鍵盤掃描流程圖如圖4-1圖4-1鍵盤掃描流程圖鍵盤掃描子程序如下：L2:MOVR3,#0F7HMOVR1,#00HL3:MOVA,R3MOVP1,AMOVA,P1MOVR4,ASETBCMOVR5,#04HL4:RLCAJNCKEYININCR1DJNZR5,L4CALLDISPMOVA,R3SETBCRRCAMOVR3,AJCL3JMPL22LED顯示子程序LED顯示流程圖如圖4-2圖4-2LED顯示流程圖LED顯示子程序如下：DISP:MOVR0,#45HDISP1:MOVA,@R0ADDA,#50HMOVP0,ACALLDELAYDECR0MOVA,@R0ADDA,#40HMOVP0,ACALLDELAYDECR0MOVA,@R0ADDA,#30HMOVP0,ACALLDELAYDECR0MOVA,@R0ADDA,#20HMOVP0,ACALLDELAYDECR0MOVA,@R0ADDA,#10HMOVP0,ACALLDELAYDECR0MOVA,@R0ADDA,#00HMOVP0,ACALLDELAYRET3密碼比較和報警程序密碼比較和報警流程圖如4-3圖4-3密碼比較和報警流程密碼比較和報警程序：COMP:MOVR1,#45HMOVR0,#35HMOVR2,#06HC1:MOVA,@R1XRLA,@R0JNZC3DECR1DECR0DJNZR2,C1CLRP2.0MOVR2,#200C2:MOVR6,#248DJNZR6,$DJNZR2,C2C3:INCR5MOVA,R5MOVR5,ACJNER5,#03H,C4CLRP2.1MOVR5,#00HC4:JMPSTART第五章系統(tǒng)調試本次調試采用Protues軟件仿真。首先設計電子密碼鎖的源程序，源程序經(jīng)過匯編后，生成的目標文件經(jīng)過仿真調試。依次按下1，2，3，4，5，6后，LED顯示如圖5-1圖5-1LED顯示按下確定鍵后，二極管亮，表示密碼正確開門。如圖5-2圖5-2密碼正確開門謝辭課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著科學技術發(fā)展的日新日異，單片機已經(jīng)成為當今計算機應用中空前活躍的領域，

在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀的大學來說掌握單片機的開發(fā)技術是十分重要的。回顧起此次單片機課程設計，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在整整兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，對單片機匯編語言掌握得不好，通過這次課程設計之后，一定把以前所學過的知識重新溫故。這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多編程問題，在同學和白老師的幫助下，終于游逆而解。非常感謝！參考文獻[1]《單片機原理及及應用》王迎旭編機械工業(yè)出版社2001[2]《單片機應用程序設計技術》周航慈著北京航空航天大學出版社[3]黃志君，高峰，王建.輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)[J].廣西工學院學報.2006(4):9～12.[4]單春賢，韓鈞等.一種集成度較高的輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].拖拉機與農用運輸車，2006(6)：33～38.[5]張洪潤單片機應用技術教程北京：清華大學出版社，1997[6]沙占友AStudyoftheControlSystemwithIntelligentTemperatureSensors.ICEMI第四屆國際電子測量學術會議論文集，電子測量與一起學報.第13卷，1998（8），ISTP收錄附錄源程序清單：ORG00HMOVR5,#00HMOVR7,#00HDJNZR7,$MOVR7,#10HMOVR6,#06HMOVR1,#35HL1:MOVA,R7MOVDPTR,#TABLEMOVCA,@A+DPTRMOV@R1,ADECR1INCR7DJNZR6,L1START:ORLP2,#0FFHMOVR4,#06HMOVR0,#40HCLEAR:MOV@R0,#00HINCR0DJNZR4,CLEARL2:MOVR3,#0F7HMOVR1,#00HL3:MOVA,R3MOVP1,AMOVA,P1MOVR4,ASETBCMOVR5,#04HL4:RLCAJNCKEYININCR1DJNZR5,L4CALLDISPMOVA,R3SETBCRRCAMOVR3,AJCL3JMPL2KEYIN:MOVA,R1XRLA,#0BHJZX3MOVA,R1XRLA,#0FHJZX4MOVR7,#10D1:MOVR6,#24DJNZR6,$DJNZR7,D1D2:MOVA,P1XRLA,R4JZD2MOVA,R1MOVDPTR,#TABLEMOVCA,@A+DPTRMOVR7,AXRLA,#0AHJZSET0MOVA,R7XRLA,#0BHJZSTARTMOVA,R7XRLA,#0CHJZL2MOVA,R7XRLA,#0DHJZL2MOVA,R7XCHA,40HXCHA,41HXCHA,42HXCHA,43HXCHA,44HXCHA,45HCALLDISPJMPL2X3:JMPDISP2X4:JMPCOMPDISP:MOVR0,#45HDISP1:MOVA,@R0ADDA,#50HMOVP0,ACALLDELAYDECR0MOVA,@R0ADDA,#40HMOVP0,ACALLDELAYDECR0MOVA,@R0ADDA,#30HMOVP0,ACALLDELAY