利用單片機實現的電子密碼鎖

摘 要：電子密碼鎖電路設計選用AT89C51單片機作為主控芯片，數據寄存器的選擇是功率損耗較低的場效應管為單元電路的EEPROM AT24C02單片系統，同時配合輸入、復位、顯示、報警、開鎖等電子電路，用C程序高級語言編寫主控控制程序，設計出了一種能N次修密且有報警功能的密碼鎖電路。

關鍵詞：單片機；密碼鎖；報警

引言

本設計是一種基于單片機設計的電子密碼鎖，不用實體的鑰匙，用戶只需要記住自己已經設置好的6位密碼，通過鍵盤輸入密碼后，單片機控制程序驗證通過便開鎖，提高了安全性，同時由于可以無限次修改密碼，大大提高了密碼鎖的可靠性。

1 設計方案的選擇

本設計選用了AT89C51作為密碼電子鎖的主控元器件。具體思路如下：在主控元器件外，加用于輸入密碼的輸入鍵盤，用于顯示密碼作用的LCD1602顯示器，以及用于密碼儲存用的AT24C02芯片。開鎖的時候密碼輸入正確則開鎖，不正確則顯示密碼錯誤并發出報警。如果在一定時間內輸入密碼連續錯誤三次則系統自動死機一段時間。當用戶需要更改密碼時，選擇修改密碼后系統會提示輸入原始密碼，在正確輸入原始密碼之后，連續兩次輸入新密碼并確定，則新密碼設置成功。這種方案對密碼鎖的控制比較靈活，而且其安全性能較高。

2 工作原理

本設計是以單片機AT89C51為核心，由三大主要部分構成：接口電路采用四的平方陣列式鍵盤、八段式輸出顯示電路和控制電路。接口電路（4的平方陣列式鍵盤）含鍵盤式譯碼電子電路、時序信號產生電子電路、鍵盤掃描電路和彈跳消除電子電路。控制電路的設計含按鍵的數字輸入、消除和存儲；功能鍵設計、移位寄存器的控制與設計、密碼的寄存、退位、消除與更改，警示信號的生成，解鎖及核對密碼。顯示功能電路含選擇數據的電路、八段式顯示電子電路。單片機通過比較輸入密碼與原來存儲的密碼來判斷輸入的密碼正確與否，系統根據這個結果來控制密碼電子鎖是報警還是開鎖，其電路是通過控制電磁感應線圈來控制開鎖的。

2.1 主控芯片AT89C51的工作原理

AT89C51單片機是采用40條引腳雙列直插式的器件，它有4k內存儲器，一百二十八字節的RAM，外部有三十二個雙向輸入與輸出口，優先級的五個中斷和兩層式嵌套中斷電路，兩組十六位可編譯的定時計數電路，時鐘振蕩電路和兩個串行通信口（全雙工）[1]。此外，AT89C51可以通過軟件編輯進行設置掉電和省電模式。掉電模式下單片機停止工作并保存數據，省電模式下，CPU可以在空閑時候暫停工作，而其他需要工作的系統則繼續工作。

2.2 存儲集成塊AT24C02的電路原理

AT24C02集成塊采用較低功耗的場效應管電路，內有256×8位的存儲單元，且有體積較小、抗干擾能力較強、數據不易丟失、擦寫次數多、寫入速度快、工作電壓寬等優點[2]。為了減少占用資源，AT24C02用I2C總線進行讀寫數據，I2C總線通過SCL以及SDA兩根線把信息傳輸給連接在總線上的各個部件。由于對AT24C02片內程序的編寫比較靈活，因此對于數據的讀寫存儲很是方便。AT24C02存儲器一次讀寫的數據最多為8個字節，大大的增加了讀寫速度。存儲器AT24C02利用I2C的雙向傳輸信息的特點令單片機與各個部件之間可以同時處于發送器和接收器工作狀態，井井有條毫不紊亂。單片機通過振蕩器發出控制命令來控制系統信息的傳送方相，控制著密碼鎖的工作狀態。單片機與其他工作部件之間每次接受指令之后都會發出已接受指令的信息。

2.3 液晶顯示器1602LCD

此次電子密碼鎖的設計采用的是當下較為常用的液晶顯示器。其選用的是1602型液晶顯示器。具有顯示內容多，耗能少等優點。1602型LCD液晶顯示模塊最多每行能顯示16個字符，有EN，RS，R/W三個控制端口和8位數據總線，正常工作電壓為5V，還能調節顯示字符的對比度。

2.4 晶體振蕩器

晶體振蕩器可以產生控制系統工作的指令的初始頻率，它是利用石英晶體的逆壓電效應制作的，它可以通過系統電路改變其頻率大小來適應各個工作階段對時鐘頻率的要求。本設計選用其為密碼電子鎖提供時鐘信號。

3 硬件系統的設計

在選定單片機AT89C51之后，根據單片機要正確設計與其相連的其他電路，外圍電路一般包括：接口電路采用四的平方陣列式鍵盤、八段式輸出顯示電路和控制電路。接口電路（4的平方陣列式鍵盤）含鍵盤式譯碼電子電路、時序信號產生電子電路、鍵盤掃描電路和彈跳消除電子電路。控制電路的設計含按鍵的數字輸入、消除和存儲；功能鍵設計、移位寄存器的控制與設計、密碼的寄存、退位、消除與更改，警示信號的生成，解鎖及核對密碼。顯示功能電路含選擇數據的電路、八段式顯示電子電路。

3.1 鍵盤輸入部分

鍵盤選擇了4×4結構有16個按鍵的鍵盤。這種鍵盤功能多，而且相對較為節省端口。這種鍵盤把按鍵設置在行列線交點上，為了避免按鍵之間相互影響致使傳輸信息錯誤，各個行列線之間的信號要做恰當的處理以此來確定哪個按鍵被按下。

3.2 密碼儲存部分

AT24C02存儲器存儲空間大，耗能低，并且它體積相對較小、安全性能高、能有效抵抗外界干擾、可以多次擦寫存儲數據、讀寫速度快、工作電壓寬等優點。為了減少資源占用，AT24C02用I2C總線進行讀寫數據，I2C總線通過SCL以及SDA兩根線把信息傳輸給各個部件。由于對AT24C02片內程序的編寫比較靈活，因此對于數據的讀寫存儲很是方便。AT24C02存儲器的所有字節都是以單一的操作方式讀取，大大的提升了讀寫速度。單片機通過振蕩器發出控制命令來控制系統信息的傳送方相，并且控制著密碼鎖的工作狀態。單片機與其他工作部件之間每次接受指令之后都會發出已接受指令的信息。

3.3 復位電子電路

復位指的是：讓中央處理器與系統中的其余功能式電路都形成一個確定的起始狀態，且從起始狀態開始運行，舉例：復位后起始狀態為0000H，使電路在首個單元調命令。不論單片機是否開始接上VCC時候，或是停電后，還是故障后都要為變為起始狀態。在回復原位中，P0口為對外呈現高組態，P1-P3口則輸出“1”電壓；系統外程序ROM PSEN選通信號無效。ALE（地址鎖存信號）也為“1”電壓。電路如圖1所示，其在增加了手動式復位按鈕，在VCC開通時，其C1上的電量教小，復位下拉電阻的電量接近VCC（RST 為“1”電壓）。復位端的電量在C充電的過程中逐漸減小，當復位端的電量減小到某一數量后，則中央處理器則會離開復位態，因為C1較大，其確保了RST 高電壓有效時間大于二十四個振蕩周期，中央處理器能夠確保復位。增添手動的復位按鈕是為了避免死機時無法可靠復位。當復位鈕按下后，C1通過R5放電。當C1放電完后，RST端子的電壓通過R6與R5分壓比值來確定。因R5<

3.4 報警電路部分

報警電路以蜂鳴器為核心元件，蜂鳴器在通電之后如果沒有按鍵按下并不會發出聲音。當用戶在進行電子密碼鎖的功能操作時，每按下一次鍵蜂鳴器都會發出“嘀”的一聲。在解鎖過程中，用戶輸入密碼若正確，報警器則會發出“嘀”的一聲開鎖；若輸入密碼錯誤并且錯誤，而且在一定時間內錯誤次數小于三次時，報警系統就會發出長鳴告警；若連續錯誤三次，報警器就會發出警報聲并且系統會鎖死鍵盤一段時間，從而可以有效的防止別人盜取密碼，大大的提高了密碼電子鎖的安全性可靠性。

4 結束語

經實驗驗證，該電路設計可行，性價比較高等特點，符合住宅、辦公室用鎖要求，具有推廣價值。

參考文獻

[1]王千.使用電子電路大全[M].北京：電子工業出版社，2001.

[2]李明喜.新型電子密碼鎖的設計[J].機電產品開發與創新，2004，12（3）：66-68.

[3]葉啟明.單片機制作的新型安全密碼鎖[J].家庭電子，2005，6（10）：34-38.

作者簡介：劉彥甲（1984-），男，漢族，河南柘城人，碩士研究生，講師，主要研究方向為電子信息技術應用。