【正文】 ............................................. 38 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 引言 1 1 引 言 隨著 人們生活水平的提高，如何實(shí)現(xiàn)家庭防盜這一問題也變的尤為突出，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖由于其構(gòu)造簡單，被撬的事件屢見不鮮?，F(xiàn)在安防監(jiān)控系統(tǒng)是一門被人們?nèi)找嬷匾暤男屡d專業(yè)，就目前發(fā)展看，應(yīng)用普及越來越廣，科技含量越來越高。其中，數(shù)字密碼鎖電路簡單，易 于安裝維護(hù)，而且價格便宜，因而被廣泛應(yīng)用于家庭防盜，銀行，保險柜等場合。 數(shù)字密碼鎖是由電子電路控制鎖體的新型鎖具，它采用觸摸按鍵方式輸入開鎖密碼，操作方便，靈活性好，保密性強(qiáng)，安全系數(shù)高，不會磨損，壽命長， 成本低、功能全和可連網(wǎng)的 等優(yōu)點(diǎn)。正是這些優(yōu)點(diǎn) 使它廣泛地被用于小區(qū)樓道的安全管理中。這種成本相對低的安全措施卻提供了不小的安全作用。 它 的功能強(qiáng)，成本低和無鑰匙等特點(diǎn)注定了它的成功。 本課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述 :在國內(nèi)早幾年由于電子技術(shù)尚不發(fā)達(dá)，數(shù)字密碼鎖的研究比較滯后，產(chǎn)品種類很少。 而且由于人們對數(shù)字密碼鎖還沒有完全的認(rèn)識，同時其價錢較普通彈子鎖貴，應(yīng)用較少。近幾年隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子密碼鎖應(yīng)運(yùn)而生。由于電子鎖的密碼量極大，可以與機(jī)械鎖配合使用，并且可以避免因鑰匙被仿制而留下安全隱患。電子鎖只需記住一組密碼，無需攜帶金屬鑰匙，免除了人們攜帶金屬鑰匙的煩惱，而被越來越多的人使用。由于電子鎖的功能、安全是彈子鎖無法相比的，因此，發(fā)展前景是非常大的?？偟膩碚f，目前國內(nèi)對單片機(jī)的密碼鎖的研究比較深入，技術(shù)也比較成熟。因此，單片機(jī)密碼鎖的發(fā)展大有前途。 在國外，電子密碼鎖發(fā)展已經(jīng)到了非常高 的境界，其技術(shù)相對先進(jìn)，種類齊全，例如數(shù)碼鎖，指紋鎖，磁卡鎖， IC 卡鎖，生物鎖等。 由于數(shù)字、字符、圖形圖像、人體生物特征和時間等要素均可成為鑰匙的電子信息，組合使用這些信息能夠使電子密碼鎖獲得高度的保密性 ?，F(xiàn) 電子密碼鎖普遍被人們所接受，已被廣泛應(yīng)用于智能門禁系統(tǒng)中，通過多種更加安全，更加可靠的技術(shù)實(shí)現(xiàn)大門的管理。由于電子元件特別是單片機(jī)應(yīng)用在這幾年得到空前發(fā)展，產(chǎn)品無論是從功能性上還是從穩(wěn)定性上都比較全面，在保密方面已做到人眼識別，指紋識別，人聲識別河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 引言 2 等。數(shù)字密碼鎖在國外發(fā)展比較早應(yīng)用也比較廣泛，主要在家庭裝 較貴重地方，銀行，保險柜等應(yīng)用較多。 設(shè)計(jì)制作一個數(shù)字密碼鎖，替代傳統(tǒng)的機(jī)械鎖。 ① 電子密碼鎖可以根據(jù)設(shè)定好的密碼，當(dāng)密碼輸入正確之后，鎖就打開，如果輸入的三次的密碼不正確，就鎖定按鍵一定時間，比如 3秒鐘，同時發(fā)出報警聲，直到?jīng)]有按鍵按下， 3 秒鐘后， 再 打開按鍵鎖定功能；否則在 3 秒鐘內(nèi)仍有按鍵按下，就重新鎖定按鍵 3秒時間并報警。 ② 要求液晶顯示，在輸入密碼時，顯示“ *”。 ③ 以單片機(jī)為主控芯片，完成密 碼輸入鍵盤設(shè)計(jì)。 ④ 時鐘復(fù)位電路、密碼復(fù)位電路設(shè)計(jì)。 ⑤ 電子閥的使用和設(shè)計(jì)。 ⑥ 硬件連接與調(diào)試。 ⑦ 軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 數(shù)字密碼鎖總體設(shè)計(jì) 3 2 數(shù)字密碼鎖總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)方案論證 隨著電子產(chǎn)品向智能化和微型化的不斷發(fā)展，數(shù)字密碼鎖的種類也不斷增多，本節(jié)主要討論了目前較為常見的數(shù)字密碼鎖，有采用數(shù)字電路為控制核心和采用以單片機(jī)為控制核心的兩種數(shù)字密碼鎖。 采用數(shù)字電路的 設(shè)計(jì)方案 數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)原理方框圖如圖 所示： 圖 基于數(shù)字邏輯電路的數(shù)字密碼鎖框圖 采用數(shù)字密碼鎖電路的好處就是設(shè)計(jì)簡單。用以 74LS112 雙 JK 觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，共設(shè)了 9個用戶輸入鍵，其中只有 4個是有效的密碼按鍵，其它的都是干擾按鍵，若按下干擾鍵，鍵盤輸入電路自動清零，原先輸入的密碼無效，需要重新輸入；如果用戶輸入密碼的時間超過 40 秒（一般情況下，用戶不會超過 40秒，若用戶覺得不便，還可以修改）電路將報警 80秒 ，若電路連續(xù)報警三次，電路將鎖定鍵盤 5分鐘，防止他人的非法操作。 電路由兩大部分組成：密碼鎖電路和備用電源 (UPS)，其中設(shè)置 UPS 電源是為了防止因?yàn)橥ｋ娫斐傻拿艽a鎖電路失效，使用戶免遭麻煩。 密碼修改電路 鍵盤輸入 密碼校驗(yàn)電路 開鎖電路 執(zhí)行電路 限時報警 報警次數(shù)檢測 鎖定 5 分鐘 市電供電 電路 電子切換開關(guān) 蓄電池 斷電檢測 充電電路 鎖定 脈沖 清除報警信號 開始計(jì)時 電源 VCC 220V 開門 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 數(shù)字密碼鎖總體設(shè)計(jì) 4 密碼鎖電路包含：鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測、開鎖電路、執(zhí)行電路、報警電路、鍵盤輸入次數(shù)鎖定電路。 采用數(shù)字電路設(shè)計(jì)的方案好處就是設(shè)計(jì)簡單，但控制的準(zhǔn)確性和靈活性差。故而本設(shè)計(jì)不采用此設(shè)計(jì)方案。 采用以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)方案 用以 AT89C51 為核心的單片機(jī)控制方案：利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的 IO 端口，及其控制的準(zhǔn)確性，不但能實(shí)現(xiàn)基本的密碼鎖功能，還能添加掉電存儲、聲光提示甚至添加遙控控制功能。 由于單片機(jī)種類繁多，因此在選用時要多加比較合理選擇，以期獲得最佳的性價比。 一般來說在選取單片機(jī)時從下面幾個方面考慮： ① 性能、存儲器、運(yùn)行速度、 I/O 口、定時 /計(jì)數(shù)器、串行接口、模擬電路功能、工作電壓、功耗、封裝形式、抗干擾性、保密性。 ② 除了以上的一些的還有一些最基本的比如：中斷源的數(shù)量和優(yōu)先級、工作溫度范圍、有沒有低電壓檢測功能、單片機(jī)內(nèi) 有無時鐘振蕩器、有無上電復(fù)位功能等。 ③ 在開發(fā)過程中單片機(jī)還受到：開發(fā)工具、編程器、開發(fā)成本、開發(fā)人員的適應(yīng)性、技術(shù)支持和服務(wù)等因素。 基于以上因素本設(shè)計(jì)選用單片機(jī) AT89C51 作為本設(shè)計(jì)的核心元件，利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的 I/O端口，及其控制的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)基本的密碼鎖功能。在單片機(jī)的外圍電路外接輸入鍵盤用于密碼的輸入和一些功能的控制，外接AT24C02 芯片用于密碼的存儲 ,外接液晶顯示器用于顯示作用。 其操作過程為：當(dāng)用戶需要開鎖時，先按鍵盤的數(shù)字鍵 0到 9輸入密碼之后按鍵盤開鎖鍵。如果密碼輸入正確則開鎖，不正確顯示密碼錯誤重新輸入密碼，當(dāng)三次密碼錯誤，則發(fā)出報警。當(dāng)用戶需要修改密碼時，先按下鍵盤設(shè)置鍵后輸入原來的密碼，只有當(dāng)輸入的原密碼正確后才能設(shè)置新密碼。新密碼輸入無誤后按確認(rèn)鍵使新密碼將得到存儲，密碼修改成功。 可以看出方案二控制靈活準(zhǔn)確性好且保密性強(qiáng)還具有擴(kuò)展功能，根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活的需要此次設(shè)計(jì)采用此方案。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 數(shù)字密碼鎖總體設(shè)計(jì) 5 基于單片機(jī)的數(shù)字密碼鎖的設(shè)計(jì)原理 基于單片機(jī)的數(shù)字密碼鎖的設(shè)計(jì)原理圖如圖 所示： 圖 基于單片機(jī)的電子密碼鎖的設(shè)計(jì)原理圖 本設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)、矩陣鍵盤、液晶顯示器和密碼存儲等部分組成。 用戶通過矩陣鍵盤輸入密碼，后經(jīng)過單片機(jī)對用戶輸入的密碼與自己保存的密碼進(jìn)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。 本系統(tǒng)共有兩部分構(gòu)成，即硬件部分與軟件部分。 ① 硬件部分由電源輸入部分、鍵盤輸入部分、密碼存儲部分、復(fù)位部分、晶振部分、顯示部分、報警部分、開鎖部分組成。 ② 軟件部分對 應(yīng)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(guān)閉程序、鍵功能程序、密碼設(shè)置程序、 EEPROM 讀寫程序和延時程序等組成。 AT89C51 單片機(jī) 顯示電路 報警電路 開鎖電路 鍵盤輸入 密碼輸入 復(fù)位電路 晶振電路 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 主要元器件介紹 數(shù)字密碼鎖硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)開鎖，上鎖，密碼修改，報警等功能所需硬件主要有：主控芯片 AT89C5繼電器、存儲芯片 AT24C0 LCD1602 顯示器，矩陣鍵盤模塊等。 主控芯片 AT89C51 的的介紹 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選用的是 AT89C51， AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器（ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 1000 次 以上 。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器。 AT89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 AT89C51 芯片引腳如圖 所示 : 圖 AT89C51 單片機(jī)的引腳圖 P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178R S T9P 30 / R X D10P 31 / T X D11P 32 / I N T 012P 33 / I N T 113P 34 / T 014P 35 / T 115P 36 / W R16P 37 / R D17X T A L 218X T A L 119V S S20P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P R O G30E A / V P P31P 0732P 0633P 0534P 0435P 0336P 0237P 0138P 0039V C C40U2A T 89 C 51河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 7 AT89C51 主要特性： ① 與 MCS51 兼容 ， 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 ② 壽命 ： 1000 寫 /擦循環(huán) 以上 ， 數(shù)據(jù)保留時間： 10年 ③ 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz ④ 三級程序存儲器鎖定 ⑤ 1288 位內(nèi)部 RAM ⑥ 32 可編程 I/O 線 ⑦ 兩個 16 位定時器 /計(jì)數(shù)器 ， 5 個中斷源 ⑧ 可編程串行通道 ⑨ 低功耗的閑置和掉電模式 ⑩ 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 AT89C51 單片機(jī)引腳： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口： P0口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL門電流。當(dāng) P0 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為 高阻 輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的低八位。在 FLASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH 進(jìn)行校驗(yàn)時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須接上拉電阻。 P1口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時， P1 口作為低八位地址接收。 P2口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL門電流，當(dāng) P2口被寫