基于單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)

魏雅，杜云

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 咸陽 712000）

基于單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)

魏雅，杜云

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 咸陽 712000）

針對(duì)安全性差的機(jī)械式鎖具的改進(jìn)，本系統(tǒng)采用多優(yōu)點(diǎn)的單片機(jī)作為核心控制部件；通過軟硬件設(shè)計(jì)、分析、調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制的電子密碼鎖。它能修改并存儲(chǔ)鎖的密碼、超次報(bào)警、超次鎖定、密碼錯(cuò)誤能報(bào)警防盜等。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，易操作。具有一定的實(shí)用價(jià)值。

單片機(jī)；軟硬件控制；電子密碼鎖；超次鎖定；易操作

在日常的生活和工作中，住宅、部門與金融機(jī)構(gòu)的安全防范、單位的文件檔案、財(cái)務(wù)報(bào)表以及一些個(gè)人資料的保存多以加鎖的辦法來解決。若使用傳統(tǒng)的機(jī)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就大打折扣。具有防盜報(bào)警等功能的電子密碼鎖代替安全性差的機(jī)械式密碼鎖已是必然趨勢(shì)。密碼鎖具有安全性高、成本低、功耗低、易操作、記住密碼即可開鎖等優(yōu)點(diǎn)。目前使用的電子密碼鎖大部分是基于單片機(jī)技術(shù)，以單片機(jī)為主要器件，其編碼器與解碼器的生成為軟件方式。

1 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由AT89S52單片機(jī)系統(tǒng)、4×4矩陣鍵盤、LCD1602顯示部分和報(bào)警系統(tǒng)等組成，具有設(shè)置、修改六位用戶密碼、超次報(bào)警、超次鎖定、密碼錯(cuò)誤報(bào)警等功能。此設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)的P0口控制LCD顯示，密碼正確顯示password ok！密碼錯(cuò)誤顯示password error！超過3次輸入錯(cuò)誤自動(dòng)鎖定。由P1口控制矩陣鍵盤含有0～9數(shù)字鍵和A-F功能鍵。除上述基本的密碼鎖功能外，依據(jù)實(shí)際的情況還可以添加遙控功能。系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1）最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單片機(jī)最小系統(tǒng)[5]如圖2所示，主要由復(fù)位電路和晶振電路構(gòu)成。復(fù)位電路由兩個(gè)電阻、一個(gè)開關(guān)、一個(gè)電容構(gòu)成。當(dāng)按下復(fù)位按鈕的瞬間，R1、C3電路充電，RST引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RST端保持兩個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，就使單片機(jī)有效的復(fù)位。晶振電路由兩個(gè)電容、一個(gè)晶振構(gòu)成。在引腳XTAL1和XTAL2外接12 MHz晶體振蕩器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩電路。XTAL1和XTAL2還分別外接了電容C1、C2。兩個(gè)電容分別起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，電容值選 20 pF，內(nèi)部振蕩方式所得到的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，應(yīng)用較多。

2）聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)使用的蜂鳴器產(chǎn)生的聲音是利用程序產(chǎn)生頻率，送到輸出端口控制輸出的。利用LED燈表示輸入密碼正確與否，紅色（D2）表示密碼錯(cuò)誤，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，密碼正確時(shí)，LED綠色（D1）燈亮，報(bào)警電路如圖3所示。

3）鍵盤設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)采用行列式鍵盤，在4*4矩陣式鍵盤[4]中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口就可以控制構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵。在這種行列式矩陣鍵盤的單片機(jī)系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認(rèn)有無按鍵按下的程序段。把每個(gè)鍵都分成水平和垂直的兩端接入，比如說掃描碼是從垂直的輸入，那就代表那一行所接收到的掃描碼是同一個(gè)bit，而讀入掃描碼的則是水平，掃描的動(dòng)作是先輸入掃描碼，再去讀取輸入的值，經(jīng)過比對(duì)之后就可知道是哪個(gè)鍵被按下。

比如說掃描碼送入01111111，前面的0111是代表此時(shí)掃描第一行P1.0列，而后面的1111是讓讀取的4行接腳先設(shè)為VDD，若此時(shí)第一行的第三列按鍵被按下，那讀取的結(jié)果就會(huì)變成01111101，其中LSB的第三個(gè)bit會(huì)由1變成0，這是因?yàn)檫@個(gè)按鍵被按下之后，會(huì)被垂直的掃描碼電位短路，而把讀取的LSB的bit電位拉到低電平0。

由于這種按鍵是機(jī)械式的開關(guān)，當(dāng)按鍵被按下時(shí)，鍵會(huì)震動(dòng)一小段時(shí)間才穩(wěn)定，為了避免讓8051誤判為多次輸入同一按鍵，必須在偵測(cè)到有按鍵被按下時(shí)，就Delay一小段時(shí)間，使鍵盤以達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，再去判讀所按下的鍵，就可以讓鍵盤的輸入穩(wěn)定。鍵盤控制電路如圖4所示。

圖2 單片機(jī)最小系統(tǒng)

圖3 報(bào)警電路

圖4 鍵盤電路

4）開鎖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

用戶通過LCD[6]提示信息，用鍵盤輸入正確密碼，從而達(dá)到開鎖的目的。當(dāng)用戶輸入的密碼正確并且是在按下確定鍵，單片機(jī)便輸出開門信號(hào)，送到開鎖驅(qū)動(dòng)電路，然后驅(qū)動(dòng)電磁鎖，達(dá)到開門的目的。開鎖電路由驅(qū)動(dòng)和開鎖兩級(jí)組成。如圖5所示，D5、R1、T10組成驅(qū)動(dòng)電路，其中T10可以選擇普通的小功率三極管如9014可以滿足要求。D5作為開鎖的提示；開鎖部分由D6、C4、T11組成。其中D6、C4是為了消除電磁鎖可能產(chǎn)生的反向高電壓以及可能產(chǎn)生的電磁干擾。T11可選用中功率的三極管如8050，電磁鎖的選用要視情況而定，但是吸合力要足夠且由一定的余量。在本次設(shè)計(jì)中，基于節(jié)省材料的原則，暫時(shí)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。密碼鎖開鎖機(jī)構(gòu)如圖5所示。

圖5 密碼鎖開鎖機(jī)構(gòu)電路圖

2 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)用功能較強(qiáng)大的C語言[2]編寫，程序編寫簡(jiǎn)單，調(diào)試[3]方便，具體軟件的設(shè)計(jì)流程圖如圖6所示。

3 結(jié)論

單片機(jī)電子密碼鎖主要用矩陣鍵盤掃描技術(shù)、單片機(jī)、LCD顯示器、聲光報(bào)警、開鎖等電路組成。結(jié)合硬件，通過C語言程序控制，用proteus仿真[7-10]調(diào)試，其可以方便的使管理員修改密碼，用戶可以輸入密碼并方便開鎖，超次可以報(bào)警并鎖定。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用價(jià)值較高，有廣泛的應(yīng)用前景。

圖6 軟件設(shè)計(jì)流程圖

[1]丁向榮.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟件中抗干擾技術(shù)的探討[J].電腦編程技巧與維護(hù)，2012（10）:8-10.

[2]劉建清.輕松玩轉(zhuǎn)51單片機(jī)：魔法入門.實(shí)例解析.開發(fā)揭秘全攻略[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2011.

[3]熊建平.基于proteus電路及單片機(jī)仿真教程[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2013.

[4]袁可為.單片機(jī)控制密碼鎖設(shè)計(jì)[J].信息通信，2012（10）:46.

[5]武紅玉.電子密碼鎖的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械與電子，2012（10）:185.

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[9]趙益丹，徐曉林，周振峰.電子密碼鎖的系統(tǒng)原理、設(shè)計(jì)程序及流程圖[J].嘉興學(xué)院學(xué)報(bào)，2003（z1）：103-105.

[10]雪峰，李臘元，楊威棣.單片機(jī)電子密碼鎖加密模塊的研究與設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化儀表，2012（5）：70-72.

The design of electronic password-lock based on MCU

WEI Ya，DU Yun
（Shaanxi Polytechnic Institute，Xianyang 712000，China）

Aiming at improving the mechanical lock and poor security，the system uses the advantages of multi microcontroller as the core control unit，Through the design，analysis and debugging of the hardware and software，the electronic password lock of the single chip microcomputer intelligent control is realized.It can modify and store the password lock，super alarm，super lock，password error alarm anti-theft also.The circuit structure of the whole system is simple，eigh reliability andeasy operation.Ithas certain practical value.

single chip microcomputer；software and hardware control；electronic cipher lock；super lock；easy operation

TN47

A

1674－6236（2016）15-0165-03

2015-09-08 稿件編號(hào)：201509065

陜西省咸陽市科技局項(xiàng)目（2014KT-25）

魏 雅（1973—），女，陜西眉縣人，碩士，副教授。研究方向：電子信息。