基于單片機的電子密碼鎖設計

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　　【摘要】本文設計的電子密碼鎖采用AT89S51單片機與E2PROM AT24C02作為主控芯片與數據存儲器單元，外圍包括鍵盤輸入、顯示、報警、開鎖等電路，可以多次更改密碼且具有報警功能。
　　【關鍵詞】單片機；密碼鎖；存儲
　　1.引言
　　電子密碼鎖是一種通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作，從而控制機械開關的閉合，完成開鎖、閉鎖任務的電子產品。現如今門鎖主要采用彈子鎖，其鑰匙容易丟失；保險箱主要用機械密碼鎖，其結構較為復雜，制造精度要求高，成本高，且易出現故障，人們常需攜帶多把鑰匙，使用非常不方便，而且鑰匙丟失后安全性不能保證。針對這些鎖具給人們帶來的不便，為滿足人們對鎖的使用要求，增加其安全性，用密碼代替鑰匙的密碼鎖應運而生。它的出現為人們的生活帶來了很大的方便，有很廣闊的市場前景。隨著電子元件的進一步發展，電子密碼鎖也出現了很多的種類，功能日益強大，使用更加方便，安全保密性更強，由以前的單密碼輸入發展到現在的，密碼加感應元件，實現了真正的電子加密，用戶只有密碼或電子鑰匙中的一樣，是打不開鎖的，隨著電子元件的發展及人們對保密性需求的提高出現了越來越多的電子密碼鎖。
　　2.系統硬件構成
　　本設計主要由單片機、矩陣鍵盤、液晶顯示器和密碼存儲等部分組成。其中矩陣鍵盤用于輸入數字密碼和進行各種功能的實現。由用戶通過連接單片機的矩陣鍵盤輸入密碼，后經過單片機對用戶輸入的密碼與自己保存的密碼進行對比，從而判斷密碼是否正確，然后控制引腳的高低電平傳到開鎖電路或者報警電路控制開鎖還是報警，實際使用時只要將單片機的負載由繼電器換成電子密碼鎖的電磁鐵吸合線圈即可，當然也可以用繼電器的常開觸點去控制電磁鐵吸合線圈。
　　本系統共有兩部分構成，即硬件部分與軟件部分。其中硬件部分由電源輸入部分、鍵盤輸入部分、密碼存儲部分、復位部分、晶振部分、顯示部分、報警部分、開鎖部分組成，軟件部分對應的由主程序、初始化程序、LCD顯示程序、鍵盤掃描程序、啟動程序、關閉程序、建功能程序、密碼設置程序、EEPROM讀寫程序和延時程序等組成。
　　2.1 主控芯片AT89S51
　　單片機使用的是AT89S51，片內含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統提供高性價比的解決方案。
　　2.2 密碼存儲電路
　　用EPROM芯片AT24C02存儲密碼。AT24C02是美國Atmel公司的低功耗CMOS型E2PROM，內含256×8位存儲空間，具有工作電壓寬（2.5～5.5V）、擦寫次數多（大于10000次）、寫入速度快（小于10ms）、抗干擾能力強、數據不易丟失、體積小等特點。而且他是采用了I2C總線式進行數據讀寫的串行器件，占用很少的資源和I／O線，并且支持在線編程，進行數據實時的存取十分方便。AT24C02中帶有的片內地址寄存器。每寫入或讀出一個數據字節后，該地址寄存器自動加1，AT24C02正是運用了I2C規程，使用主／從機雙向通信，主機（通常為單片機）和從機（AT24C02）均可工作于接收器和發送器狀態。主機產生串行時鐘信號（通過SCL引腳）并發出控制字，控制總線的傳送方向，并產生開始和停止的條件。無論是主機還是從機，接收到一個字節后必須發出一個確認信號ACK。AT24C02的控制字由8位二進制數構成，在開始信號發出以后，主機便會發出控制字，以選擇從機并控制總線傳送的方向。
　　2.3 顯示電路
　　本設計的顯示部分采用液晶顯示器LCD1602來完成。只有按下鍵盤上的開啟按鍵后，顯示器才處于開啟狀態。同理只有按下關閉按鍵后顯示器才處于關閉狀態。否則顯示器將一直處于初始狀態，當需要對密碼鎖開鎖時，按下鍵盤上的開鎖按鍵后利用鍵盤上的數字鍵0－9輸入密碼，每按下一個數字鍵后在顯示器上顯示一個*，輸入多少位就顯示多少個*。當密碼輸入完成時，按下確認鍵，如果輸入的密碼正確的話，LCD顯示“RIGHT”，電磁鐵吸合，電子密碼鎖被打開，如果密碼不正確，LCD顯示屏會顯示“ERROR”，電子密碼鎖不能被打開。通過LCD顯示屏，可以清楚的判斷出電子密碼鎖當時的狀態。
　　2.4 鍵盤電路
　　由于本設計所用到的按鍵數量較多，所以采用的是矩陣式鍵盤，它由行線和列線組成，也稱行列式鍵盤，按鍵位于行列的交叉點上，密碼鎖的密碼由鍵盤輸入完成，與獨立式按鍵鍵盤相比，要節省很多I/O口。本設計中的4*4鍵盤不但能完成密碼的輸入還能作特別功能鍵使用，比如清空顯示功能等。鍵盤的每個按鍵功能在程序設計中設置。
　　2.5 開鎖電路
　　開鎖控制電路的功能是當輸入正確的密碼后將鎖打開。系統使用單片機其中一引腳線發出信號，經三極管放大后，由繼電器驅動電磁閥動作將鎖打開。用戶通過鍵盤任意設置密碼，并儲存在EEPROM中作為鎖碼指令。開鎖步驟如下：首先按下鍵盤上的開鎖按鍵，然后利用鍵盤上的數字鍵0－9輸入密碼，最后按下確認鍵。當用戶輸入密碼后，單片機自動識碼，如果識碼不符，則報警。只有識碼正確，單片機才能控制電子鎖內的微型繼電器吸合。當繼電器吸合以后帶動鎖桿伸縮，這時，鎖勾在彈簧的作用下彈起，完成本次開鎖。開鎖以后，單片機自動清除掉由用戶輸入的這個密碼。
　　3.系統軟件設計
　　本系統軟件設計由主程序、初始化程序、LCD顯示程序、鍵盤掃描程序、鍵功能程序、密碼設置程序、EEPROM讀寫程序和延時程序等組成。
　　4.結論
　　使用單片機制作的電子密碼鎖具有軟硬件設計簡單，易于開發，成本較低，安全可靠，操作方便等特點，可應用于住宅、辦公室的保險箱及檔案柜等需要防盜的場所，有一定的實用性。
　　
　　參考文獻
　　[1]郭海英.基于單片機的電子安全密碼鎖的設計[J].現代電子技術,2005.
　　[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.

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