基于單片機的電子密碼鎖設計

魏雅，杜云

（陜西工業職業技術學院 陜西 咸陽 712000）

基于單片機的電子密碼鎖設計

魏雅，杜云

（陜西工業職業技術學院 陜西 咸陽 712000）

針對安全性差的機械式鎖具的改進，本系統采用多優點的單片機作為核心控制部件；通過軟硬件設計、分析、調試，實現了單片機智能控制的電子密碼鎖。它能修改并存儲鎖的密碼、超次報警、超次鎖定、密碼錯誤能報警防盜等。整個系統的電路結構簡單，可靠性高，易操作。具有一定的實用價值。

單片機；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、部門與金融機構的安全防范、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就大打折扣。具有防盜報警等功能的電子密碼鎖代替安全性差的機械式密碼鎖已是必然趨勢。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點。目前使用的電子密碼鎖大部分是基于單片機技術，以單片機為主要器件，其編碼器與解碼器的生成為軟件方式。

1 硬件設計

本系統由AT89S52單片機系統、4×4矩陣鍵盤、LCD1602顯示部分和報警系統等組成，具有設置、修改六位用戶密碼、超次報警、超次鎖定、密碼錯誤報警等功能。此設計中采用單片機的P0口控制LCD顯示，密碼正確顯示password ok！密碼錯誤顯示password error！超過3次輸入錯誤自動鎖定。由P1口控制矩陣鍵盤含有0～9數字鍵和A-F功能鍵。除上述基本的密碼鎖功能外，依據實際的情況還可以添加遙控功能。系統總體的設計框圖如圖1所示。

圖1 系統結構框圖

1）最小系統設計

單片機最小系統[5]如圖2所示，主要由復位電路和晶振電路構成。復位電路由兩個電阻、一個開關、一個電容構成。當按下復位按鈕的瞬間，R1、C3電路充電，RST引腳端出現正脈沖，只要RST端保持兩個時鐘周期以上的高電平，就使單片機有效的復位。晶振電路由兩個電容、一個晶振構成。在引腳XTAL1和XTAL2外接12 MHz晶體振蕩器，就構成了內部振蕩電路。XTAL1和XTAL2還分別外接了電容C1、C2。兩個電容分別起穩定振蕩頻率、快速起振的作用，電容值選 20 pF，內部振蕩方式所得到的時鐘信號比較穩定，應用較多。

2）聲光報警電路設計

本系統使用的蜂鳴器產生的聲音是利用程序產生頻率，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）表示密碼錯誤，蜂鳴器發出報警聲，密碼正確時，LED綠色（D1）燈亮，報警電路如圖3所示。

3）鍵盤設計

設計采用行列式鍵盤，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，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口就可以控制構成4*4=16個按鍵。在這種行列式矩陣鍵盤的單片機系統中，鍵盤處理程序首先執行等待按鍵并確認有無按鍵按下的程序段。把每個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bit，而讀入掃描碼的則是水平，掃描的動作是先輸入掃描碼，再去讀取輸入的值，經過比對之后就可知道是哪個鍵被按下。

比如說掃描碼送入01111111，前面的0111是代表此時掃描第一行P1.0列，而后面的1111是讓讀取的4行接腳先設為VDD，若此時第一行的第三列按鍵被按下，那讀取的結果就會變成01111101，其中LSB的第三個bit會由1變成0，這是因為這個按鍵被按下之后，會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。

由于這種按鍵是機械式的開關，當按鍵被按下時，鍵會震動一小段時間才穩定，為了避免讓8051誤判為多次輸入同一按鍵，必須在偵測到有按鍵被按下時，就Delay一小段時間，使鍵盤以達穩定狀態，再去判讀所按下的鍵，就可以讓鍵盤的輸入穩定。鍵盤控制電路如圖4所示。

圖2 單片機最小系統

圖3 報警電路

圖4 鍵盤電路

4）開鎖機構設計

用戶通過LCD[6]提示信息，用鍵盤輸入正確密碼，從而達到開鎖的目的。當用戶輸入的密碼正確并且是在按下確定鍵，單片機便輸出開門信號，送到開鎖驅動電路，然后驅動電磁鎖，達到開門的目的。開鎖電路由驅動和開鎖兩級組成。如圖5所示，D5、R1、T10組成驅動電路，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生的反向高電壓以及可能產生的電磁干擾。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。在本次設計中，基于節省材料的原則，暫時用發光二極管代替電磁鎖，發光管亮，表示開鎖；滅，表示沒有開鎖。密碼鎖開鎖機構如圖5所示。

圖5 密碼鎖開鎖機構電路圖

2 軟件設計

軟件設計用功能較強大的C語言[2]編寫，程序編寫簡單，調試[3]方便，具體軟件的設計流程圖如圖6所示。

3 結論

單片機電子密碼鎖主要用矩陣鍵盤掃描技術、單片機、LCD顯示器、聲光報警、開鎖等電路組成。結合硬件，通過C語言程序控制，用proteus仿真[7-10]調試，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，超次可以報警并鎖定。結構簡單，實用價值較高，有廣泛的應用前景。

圖6 軟件設計流程圖

[1]丁向榮.單片機應用系統軟件中抗干擾技術的探討[J].電腦編程技巧與維護，2012（10）:8-10.

[2]劉建清.輕松玩轉51單片機：魔法入門.實例解析.開發揭秘全攻略[M].北京航空航天大學出版社，2011.

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

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

[5]武紅玉.電子密碼鎖的設計[J].機械與電子，2012（10）:185.

[6]韓團軍.基于單片機的電子密碼鎖設計[J].國外電子測量技術，2010（29）:58-61.

[7]鄭棣，徐迎春.基于單片機的電子密碼鎖設計[J].福建電腦，2012（28）:105-107.

[8]金桂，向國梁.基于C語言STC89C52單片機電子密碼鎖的設計與仿真[J].現代電子技術，2010（19）：176-178.

[9]趙益丹，徐曉林，周振峰.電子密碼鎖的系統原理、設計程序及流程圖[J].嘉興學院學報，2003（z1）：103-105.

[10]雪峰，李臘元，楊威棣.單片機電子密碼鎖加密模塊的研究與設計[J].自動化儀表，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：201509065

陜西省咸陽市科技局項目（2014KT-25）

魏 雅（1973—），女，陜西眉縣人，碩士，副教授。研究方向：電子信息。