基于單片機的電子密碼鎖的設計與制作*

沈小倩

（江蘇聯合職業技術學院無錫機電分院，江蘇無錫 214028）

0 引言

電子密碼鎖是一種通過密碼輸入來控制電路工作、機械開關動作，完成開鎖、閉鎖任務的電子產品，是現代生活中常用的工具。其特點有：（1）保密性好，編碼量多，遠遠大于彈子鎖；（2）密碼可變，可防止密碼被盜，多次輸入密碼錯誤時，可自動啟動報警系統；（3）操作簡單方便，成本低[1]。特別是使用微處理器的智能電子密碼鎖，除了具有密碼鎖的基本功能外，還可以引入智能化管理，從而使電子密碼鎖具有更高的安全性和可靠性。

本文介紹了以AT89C51單片機為核心，矩陣鍵盤、數碼管顯示、繼電器等為外圍電路來完成電子密碼鎖的設計方案，并利用YL-236單片機實訓考核裝置中的相應模塊驗證了功能。

1 設計方案

結合電子密碼鎖的基本功能，設計具體要求如下。

（1）使用4×4矩陣鍵盤作為密碼鎖的輸入，用4位LED數碼管顯示相應的密碼；使用繼電器控制密碼鎖的開關。

（2）初始密碼設置為“1234”。按下4×4鍵盤的數字鍵時，對應的數字存入密碼最低位，原來顯示的內容及密碼依次向高位移動，最高位丟棄。為了保密起見字符顯示用“-”來代替。

（3）按“確定”鍵，比較輸入密碼和設定密碼，相同則開鎖，不同則清除，密碼鎖保持關閉狀態。多次輸入錯誤密碼則報警燈亮。

分析設計要求，電路原理圖如圖1所示。

2 硬件部分

（1）矩陣鍵盤

矩陣鍵盤適用于按鍵數量較多的場合，4×4矩陣鍵盤能夠滿足設定功能的要求[2]。按鍵包括數字鍵和功能鍵，數字鍵為0～9，功能鍵包括確認鍵、鑰匙鍵、刪除鍵、重置鍵、移位鍵、密碼鍵[3]。按鍵分布如圖2所示，其中密碼鍵為管理員專用。

（2）繼電器模塊電路內部驅動

當LOCK接口中輸入低電平時，光電耦合器U1導通，繼電器RL1線圈得電，同時LED燈點亮；若LOCK接口輸入高電平，光電耦合器U1不工作，RL1線圈不得電，同時LED燈熄滅。即通過單片機的I/O口輸出電平到輸入端KA6控制繼電器的工作：單片機輸出低電平，觸點動作；輸出高電平，觸點不動作。

圖1 電子密碼鎖的電路原理圖

圖2 按鍵圖

（3）模塊選擇與連線

使用YL-236實訓考核裝置實現方案的硬件模塊接線圖如圖3所示。選擇裝置中的MCU01、MCU02、MCU04、MCU05、MCU06模塊并進行電路連接，并接好系統電源。

圖3 電子密碼鎖模塊接線圖

3 軟件部分

（1）主程序

系統采用C語言編寫，主要包括主程序和子程序。主程序完成初始化、開鎖、修改密碼等功能。子程序主要完成顯示、按鍵識別等功能。主程序流程圖如圖4所示。

（2）子程序

矩陣鍵盤的掃描方式通常有兩種：掃描法和反轉法。掃描法要逐行（或逐列）掃描查詢，當被按下的鍵處于最后一行（或列）時，要經過多次掃描才能獲得行列值。

反轉法則相對簡單：先將行線編程為輸入線，列線編程為輸出線，并將輸出線輸出全置“0”，則到行線中電平由高變到低所在行為按鍵所在行。第二步與第一步相反，將行線編程為輸出線，列線編程為輸入線，并將輸出線全置“0”，則列線中電平由高變低所在的列即為按鍵所在的列。最后將兩次所得鍵值相加就得到了按鍵的鍵值[4]。

數碼管顯示子程序較簡單，此處不再贅述。

4 實施步驟與調試

（1）硬件電路連接。選擇所需的模塊并進行布局，將相應模塊用導線連接。

（2）軟件編程并保存、編譯和鏈接，將目標代碼寫入單片機。

圖4 主程序流程圖

（3）接通電源，運行單片機。按下按鍵，當輸入正確時，數碼管顯示“PASS”，輸入錯誤時，顯示“Err”，同時控制繼電器模塊相應動作。密碼連續輸錯三次，自動鎖定三分鐘，報警小燈亮。

5 結束語

本方案是基于C51單片機的成本低、實用性強的電子密碼鎖設計。通過檢測：系統可以正常開鎖及修改、保存密碼，各參數均滿足設計與實用要求。電子鎖是信息化時代發展的產物，應時而生，相信隨著科技的不斷發展，未來的電子密碼鎖將會更加人性化，更加安全。