電子密碼鎖的設(shè)計(jì)

武紅玉

（許昌學(xué)院電信學(xué)院 河南 許昌 461000）

0 引言

電子密碼鎖的研究開(kāi)始于20世紀(jì)30年代，在一些特殊場(chǎng)所應(yīng)用。這種鎖是通過(guò)鍵盤輸入一組密碼完成開(kāi)鎖過(guò)程。研究這種鎖的初衷，就是為提高鎖的安全性。由于電子鎖的密鑰量（密碼量）極大，可以與機(jī)械鎖配合使用，并且可以避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煩惱，而被越來(lái)越多的人所欣賞。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和基本框架

1.1 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容

本文是以AT89C51為核心的單片機(jī)，結(jié)合矩陣鍵盤、24C04A存儲(chǔ)系統(tǒng)等來(lái)實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：

（1）設(shè)置6位密碼，密碼通過(guò)按鍵輸入，若密碼正確，則將鎖打開(kāi)。

（2）密碼可以由用戶自己修改設(shè)定（只支持6位密碼），鎖打開(kāi)后才能修改密碼。修改密碼之前必須再次輸入密碼，在輸入新密碼時(shí)候需要確認(rèn)，以防止誤操作。

（3）密碼輸入錯(cuò)誤，系統(tǒng)通過(guò)報(bào)警、數(shù)碼顯示器進(jìn)行錯(cuò)誤提示。

1.2 設(shè)計(jì)的總體電路框圖

圖1-1 電路框圖

本設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)、矩陣鍵盤、液晶顯示器和密碼存儲(chǔ)等4部分組成。其中矩陣鍵盤用于輸入數(shù)字密碼和進(jìn)行各種功能的實(shí)現(xiàn)。由用戶通過(guò)連接單片機(jī)的矩陣鍵盤輸入密碼，后經(jīng)過(guò)單片機(jī)對(duì)用戶輸入的密碼與自己保存的密碼進(jìn)行對(duì)比，從而判斷密碼是否正確，然后控制引腳的高低電平傳到開(kāi)鎖電路或者報(bào)警電路控制開(kāi)鎖還是報(bào)警。其原理如圖1-1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)電路

2.1 AT89C51單片機(jī)

AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位 CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器[1]。

2.2 液晶顯示器

LM016l與LCD1602原理是一樣的，只不過(guò)PROTEUS中016L沒(méi)顯示調(diào)亮度的那兩個(gè)端口，但并不影響。液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)，因此，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件了。這里介紹一款LCD016L液晶顯示模塊，它可以顯示兩行，每行16個(gè)字符，采用單+5V電源供電，外圍電路配置簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，具有很高的性價(jià)比。

2.3 晶振時(shí)鐘電路

單片機(jī)XIAL1和XIAL2分別接22PF的電容，中間再并個(gè)12MHZ的晶振，形成單片機(jī)的晶振電路[2]。

2.4 存儲(chǔ)器芯片24C04A

Microchip公司的 24C04A是 4K位或 8K電可擦除PROM。芯片由2個(gè)或者4個(gè)256*8位存儲(chǔ)器塊構(gòu)成，并具有兩線串行接口。可在電源電壓低到2.5V的條件下工作，等待電流和額定電流分別僅為5uA和1mA。24C04A還具有16個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的頁(yè)面寫(xiě)能力。24C04A支持雙向兩線總線和數(shù)據(jù)傳輸規(guī)程。若器件傳送數(shù)據(jù)到總線上，則定義器件為發(fā)送器；若器件接收數(shù)據(jù)，則定義器件為接收器。總線必須在一個(gè)主器件控制下工作，主器件產(chǎn)生串行時(shí)鐘，控制總線存取，并且產(chǎn)生開(kāi)始和停止條件。同時(shí)24C04A作為從器件工作，主器件和從器件都可以工作于發(fā)送器或接收器的狀態(tài)，但工作于何種方式由主器件決定。

2.5 矩陣鍵盤的按鍵控制

矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理如下：在鍵盤中的按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式[3]。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接。這樣，只需要單片機(jī)的一個(gè)端口就可以構(gòu)成4×4=16個(gè)按鍵，比直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵。鍵盤電路圖如下圖2-1所示。

確定矩陣式鍵盤上是否有鍵被按下，我們采用一種“行掃描法”，又被稱為掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識(shí)別方法[4]。設(shè)計(jì)是先將列線置于高電平，再進(jìn)行行線掃描，若有行線為高電平，則確定有按鍵被按下，并將相應(yīng)的行線編號(hào)存放；再轉(zhuǎn)移到列線的掃描程序，首先將行線置于高電平，再進(jìn)行列線掃描，若有列線為高平，則確定有按鍵被按下，并將相應(yīng)的列線編號(hào)存放。

2.6 密碼鎖電路

圖2-1 鍵盤電路

為了使電子密碼鎖系統(tǒng)在密碼解鎖成功時(shí)具有更加直觀的顯示效果，所以設(shè)計(jì)一個(gè)發(fā)光二極管燈就顯得必不可少，通過(guò)按鍵輸入密碼鎖解鎖。當(dāng)密碼輸入正確時(shí)，單片機(jī)的EA管腳輸出高電平，使解鎖燈點(diǎn)亮，達(dá)到提示成功功能。當(dāng)輸入密碼不正確報(bào)警。為了實(shí)現(xiàn)電子密碼鎖的功能，在編程方面要多方面考慮，可以完成當(dāng)輸入密碼正確時(shí)發(fā)出指令到解鎖成功報(bào)警電路，使其解鎖燈亮和喇叭提示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)由主程序、初始化程序、LCD顯示程序、鍵盤掃描程序、鍵功能程序、密碼設(shè)置程序、AT24C04驅(qū)動(dòng)程序程序等組成。

3.1 主程序流程圖

流程圖如下圖3-1所示，開(kāi)始接上電源，程序進(jìn)行初始化設(shè)置，然后在鍵盤上輸入密碼，此系統(tǒng)進(jìn)行鍵盤掃描，然后啟動(dòng)程序，進(jìn)行保護(hù)，再次在鍵盤上輸入密碼，系統(tǒng)進(jìn)行掃描如和之前一樣，則執(zhí)行程序，如不是，則執(zhí)行另一種程序，最后結(jié)束。

3.2 密碼設(shè)置流程圖

開(kāi)始按下設(shè)置鍵，輸入舊密碼，如果錯(cuò)誤，進(jìn)行報(bào)警程序。如輸入正確，可以改密碼，確認(rèn)后再次輸入更改后密碼，如兩次輸入一樣，則更改成功。

圖3-1 程序總體流程框圖

4 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)的密碼鎖能實(shí)現(xiàn)基本的密碼鎖功能，還能添加調(diào)電存儲(chǔ)、聲光提示甚至添加遙控控制功能，且可以滿足現(xiàn)在的安全需求。

［1］周志平.電子密碼鎖設(shè)計(jì)[J].浙江萬(wàn)里學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，23(5):73-76.

［2］童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社，1998.

［3］侯聰玲，彭衛(wèi)東.基于AT89C51單片機(jī)的電子密碼鎖的設(shè)計(jì)[J].教師，2011(26):122-122.

［4］侯聰玲，彭衛(wèi)東.基于AT89C51單片機(jī)的電子密碼鎖的設(shè)計(jì)[J].教師，2011(26):122-122.