基于單片機的多功能密碼鎖仿真設計

江蘇省常州技師學院電氣工程系 陳 嘉

引言

在人們的日常生活工作中，對住宅區域及工作區域的安全防范意識逐步提升。傳統的機械鎖已經無法滿足人們的安全需求，使得人們通常需要攜帶多把鑰匙，因此容易發生被撬鎖的不安全事件[1-3]。隨著諸多技術的不斷創新，具備防盜報警功能的電子密碼鎖，逐步運用而生，相較傳統的機械鎖及指紋鎖等，電子密碼鎖能夠具備較高的安全性、較低的成本及功耗，同時還提升整體的操作便捷性，因此被較為廣泛的運用于當前工作及生活安全防范中[4-6]。電子密碼鎖的主要功能實現，是借助輸入密碼對電路及芯片達到控制作用，最終對鎖的機械開關閉合加以控制[7-8]。整體種類樣式多種多樣，芯片質量也存在諸多不同。密碼鎖的安全實用性已經優于諸多機械鎖，存在較好保密性，也確保鎖的密碼可變性，同時還能夠提高鎖的操作便捷簡易性。

1.基于單片機多功能密碼鎖仿真設計思路

本次研究中所設計的多功能密碼鎖，主要單片機以STC89C52作為仿真設計的主控單元，將鍵盤作為主要輸入單元，借助EEPROM芯片完成密碼存儲功能，借助LCD液晶顯示屏對多功能密碼鎖的程序運行狀態、溫濕度、具體時間加以提示。密碼鎖的仿真設計組件包括了門磁傳感器、報警模塊、顯示器、指示類電路、時鐘芯片、存儲電路等。AT24C02作為密碼鎖的電能存儲類元件設備，借助LCD液晶顯示屏，將矩陣鍵盤輸入有關密碼數字，或者完成密碼的修訂。在輸入密碼后單片機則會自動對比輸入數值及密碼設置數值是否相對。如果正確即指示燈亮起，密碼鎖成功開啟。反之如果密碼輸入3次錯誤，指示燈則會亮紅，警報器發生警報，同時將鍵盤鎖定5分鐘。門磁傳感器完成對門的實時監控，查看其是否被非法打開，一旦發生意外則會自動報警。該密碼鎖的主要仿真設計方案（如圖1所示）。

1.1 設計4＊4矩形鍵盤電路

在有關裝置設備上，主要包括了功能鍵及數字鍵，數字鍵包含從0至9的多個數字，功能鍵主要包括了萬能鍵、設置鍵、重置鍵、確認鍵、密碼鍵等。

1.2 設計密碼存儲電路

在多功能密碼鎖的仿真設計過程中，系統設計需要確保密碼鎖具備密碼的存儲及重置功能，保證在掉電之后，密碼仍然不會丟失的存儲器。為了對多多功能密碼鎖的外置撥碼開關，設定相應的密碼解決操作不方便這一情況，在本次仿真設計中，通過借助EEPROM芯片完成密碼存儲功能，內部保存了512字節的ROM，該仿真設計的獨特之處，主要就是在掉電之后所存儲的有關內容仍然不會丟失，因此有效確保了系統能夠正常運行，同時也達到了密碼的隨意讀寫，達到密碼鎖的真正保密性。

圖1 多功能電子密碼鎖方案

1.3 設計液晶顯示屏

在多功能密碼鎖仿真設計系統中，液晶顯示屏能夠對相應的系統狀態加以顯示，同時針對其中的輸入密碼有所顯示。用戶能夠更好的針對此套密碼鎖裝備一目了然，十分簡便快捷?；贏ltium Designer10.0軟件，對多功能電子密碼鎖的有關原理圖成功完成設計，主要包括了控制版塊、存儲版塊、指示版塊、顯示版塊。

1.4 實時時鐘電路設計

DS1302具備了清晰提供年月日有關時間的時鐘芯片，以24或者12個小時為顯示格式，具備了相應的軟件顯示時間自動調整能力。單片機能夠與通過串行的I/O方式實現即時通信，由此有效節省了I/O口。將DS1302這一時鐘芯片，能夠與晶振外接設計無備用電源，構成以I/O、SCLK、RST三種引腳，經由R3、R4、R5的不同上位電阻，接入單片機三個引腳內，實現了實時的時鐘電路，提供具體的時鐘顯示。

1.5 環境溫度采集電路設計

STC89C52單片機作為實現系統環境溫度有關數據的主要采集核心，作為單線類數字式溫度傳感器設備，實現了主要測溫范圍的-50℃-+130℃，具體溫度測量精準差在±0.5℃之間，能夠與單片機借助1-Wire協議實現系統通信，后傳送有關環境溫度。通過將STC89C52中的VCC引腳與51電源相銜接，之后以GND作為引腳接地，構成了密碼鎖的環境溫度采集電路，在實現密碼鎖周圍溫度的采集處理之后能夠顯示電路，且完成對環境溫度的采集顯示。

2.多功能密碼鎖軟件設計

要想確保多功能密碼鎖的系統仿真設計能夠實現多項功能，通過確保具備完善的硬件為仿真設計基礎，并未同時還應當得到相應的合理性軟件設計支撐。尤其是微機設備在現如今的高速發展今天，諸多軟件都是經由硬件所完成的有關工作，最終實現了軟件類編程的功能替代。通過與51匯編平臺加以整合，能夠借助模塊化程序有關設計方法，完成多功能密碼鎖的仿真軟件編程設計。在具體設計過程中逐步確保能夠分塊呈現，并且在針對每一個版塊單獨修改程序時，需要保證避免對全局使用性能造成影響，由此行之有效的對編程工作的整體開展工作量及調試難度加以降低。電子密碼鎖的關鍵運行過程，即通過依據液晶顯示屏提示之后，完成對密碼鎖的密碼輸入解鎖行為過程：在實施液晶顯示屏的程序顯示之后，完成密碼鎖的開鎖及密碼修改等多項操作。在實施密碼鎖的程序初始化之后，將時間及溫濕度有所展現。如果開鎖人是管理者，即可輸入管理員密碼完成。在輸入密碼正確過程中，系統化控制機械類裝置鎖，如果出現3次連續性密碼輸入錯誤，那么便會出現密碼鎖的自動鎖定5分鐘同時報警，之后恢復初始狀態。并且此類多功能密碼鎖還能夠對室內的相應煙霧類氣體加以檢驗，從而與119火警自動連接（如圖2所示）。

圖2 系統程序運行流程

3.多功能密碼鎖仿真設計系統調試

3.1 程序調試

在本次基于單片機的多功能密碼鎖仿真設計中，通過將已經編輯完成的C語言程序，完整載入至軟件調試工具內部，之后對軟件檢查是否發生編輯設置錯誤情況。并且根據軟件的相關提示，修改運行程序，直至并未發生錯誤之后，再將單片機的運行及其密碼生成。借助51開發板或者其他單片機，寫入工具把機器碼寫至單片機內展開實際程序類調試。之后根據有關實際情況修改其中的程序不足之處，直至程序能夠滿足多方面功能設計需求。在完成調試之后將程序運用至KEIL C51以及51開發板，共同完成有關下載燒錄軟件的配套運用。C語言編程開發系統相較匯編，能夠在結構、功能、可讀、可維護等多方面，具備更多的運用優勢，從而真正的實現靈活使用。除此之外C語言代碼也相對來講更為容易理解，且能夠讓人感覺一目了然。

3.2 仿真調試

在基于單片機的多功能密碼鎖仿真設計程序進入初始化階段后，在其顯示屏界面會提示開鎖者輸入電子鎖密碼，之后程序便會實時完成對輸入矩陣的掃描確認，之后作出針對性應答。一旦密碼輸入正確，那么該界面即可顯示“OK”，如果顯示錯誤同樣會顯示重新輸入。在開鎖者輸入三次錯誤密碼之后，密碼輸入程序則會自動鎖定5分鐘，同時響起警報。在實現密碼修改重置過程中，按下RESET鍵位，即可進入密碼重設，完成新密碼的2次輸入，之后根據ENTER鍵位確認，如果兩次輸入密碼存在一定一致性，那么密碼則能夠修改成功，在實現密碼修改模式，能夠進一步實施密碼修改模式，最終實施密碼修改。通過返回初始化顯示，如果具體輸入有關日期及需要校正的存在一定異同，可以重新按下TIME后實現校時。

4.結語

基于單片機的多功能密碼鎖仿真設計，圍繞C51單片機實施低成本、實用性電子密碼鎖設計，在經由最后監測系統系統化不同步驟，能夠依據不同界面加以提升，實現有關密碼操作，能夠更加完全的實現開鎖及密碼修改，對有關密碼加以存儲，具體監控報警需求需要符合有關設計要求，基于整體層面確保不同設計參數可以達到有關要求。多功能電子鎖是現如今社會發展中的信息化時代產物，在科技的不斷創新研發中，電子鎖能夠更加人性化、更加完美且更加便宜及安全。通過借助STC89C52單片機，以單片機C語言實現軟件設計，從而真正實現系列化電子功能密碼鎖。