【正文】 開的方法也層出不窮。特別是傳統(tǒng)的機械鎖，由于其構(gòu)造簡單，在慣偷面前，甚至能夠只用一根鐵絲就直接將其 打開，使其失去了保障用戶個人財產(chǎn)安全的意義。 那么，如何才能提高鎖具保障用戶財產(chǎn)安全的有效性呢？在信息現(xiàn)代化的今天，鎖具也應(yīng)該向高精度、高安全性的智能化、信息化發(fā)展。自 20世紀 70 年代第一塊單片機芯片 TMS1000 于美國德克薩斯儀器公司面世以來，基于其體積小、價格低廉、個性突出等特點，越來越多的電子產(chǎn)品開始采用單片機芯片作為核心控制部件。在這樣的大環(huán)境下，基于單片機的電子密碼鎖也應(yīng)運而生。這種 電子密碼鎖是以單片機為核心，配以相應(yīng)的硬件電路和軟件程序，實現(xiàn)密碼的設(shè)置、存貯、識別和顯示，以及報警信號的接收和發(fā) 送等功能，具有操作快、修改密碼簡單、 安全性高、鹽城工學(xué)院課程設(shè)計說明書（ 20xx） 6 功耗低 等優(yōu)點?；趩纹瑱C的電子密碼鎖的面世 使人們的自身財產(chǎn)安全有了更多的保障，同時也促進了安全信息系統(tǒng)的發(fā)展 ，是安全信息系統(tǒng)的一大進步。 基于單片機的電子密碼鎖的出現(xiàn)，在一定程度上解決了用戶私人財產(chǎn)安全的問題。但是，時代在發(fā)展，社會在進步，任何事物只有不斷地進步才能適應(yīng)時代發(fā)展的需求。電子密碼鎖雖然有安全性高、操作簡單等優(yōu)點，但是卻不如機械鎖價格低廉，因此，在市場上的主流產(chǎn)品還是機械鎖。電子密碼鎖要想取代機械鎖成為市場上的主流，就必須不斷改進，在具有更多功能的同 時向更智能化和更低成本化發(fā)展。這就需要我們不斷研究電子密碼鎖的設(shè)計方法和實現(xiàn)原理。因此，研究基于單片機的電子密碼鎖的設(shè)計是很有必要且具有現(xiàn)實意義的。 電子密碼鎖 的現(xiàn)狀及 發(fā)展趨勢 目前，和西方發(fā)達國家相比，我國的電子密碼鎖技術(shù)還相對落后。在西方發(fā)達國家，電子密碼鎖的種類已經(jīng)很齊全，技術(shù)也比較先進，且在各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在我國，電子密碼鎖技術(shù)卻才相當(dāng)于國際上七十年代的水平，相對來說還很落后。 20世紀 80年代以來，隨著各種電子集成電路的出現(xiàn)，特別是單片機的面世，電子密碼鎖得到了很大的發(fā)展。相對于笨重而構(gòu)造簡 單的傳統(tǒng)機械鎖來說，電子密碼鎖具有體積小，可靠性高的優(yōu)勢。但是就目前而言，電子密碼鎖的價格相對較高且需要有電源提供能量，使得其使用還局限在一定范圍，特別是在國內(nèi)，各種條件的制約使得電子密碼鎖暫時難以普及。 盡管電子密碼鎖還存在著一些缺陷，但是其安全性高、方便易用、能夠智能報警的優(yōu)勢卻是傳統(tǒng)鑰匙鎖取代不了的，而且隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展和各種電子器件的價格的不斷降低，電子密碼鎖也將往低成本、多功能的方向發(fā)展。 1 課題設(shè)計目標(biāo) 本設(shè)計采用 MCS51 系列單片機 AT89S52 作為主控芯片，結(jié)合外圍電路，設(shè)計 密碼鎖控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)。 2 總體設(shè)計方案 設(shè)計思路 該電路是一種采用以 AT89S52為核心的單片機控制方案。 利用單片機靈活的編程設(shè)計和豐富的 IO 端口，及其控制的準確性，不但能實現(xiàn)基本的密碼鎖功能，還能根據(jù)實際需要添加調(diào)電存儲、聲光提示功能。 鹽城工學(xué)院課程設(shè)計說明書（ 20xx） 7 方案確立 (1)為了實現(xiàn)密碼的保密性，采用一個 44 的矩陣式鍵盤可以任意設(shè)置用戶密碼，從而提高了密碼的保密性。 (2)采用 LCD 顯示單元，提高了可讀性 ,提供良好的人機界面。 3 硬件電路方框圖 電路由兩大部分組成： AT89S51 單片機及其外圍 電路和密碼鎖電路。 密碼鎖電路包含：矩陣鍵盤輸入、 LCD指示電路、報警控制電路、 AT24C02 掉電存儲電路。其原理方框圖如圖 31所示 。 圖 31 原理圖框圖 單 片 機A t 8 9 c 5 2晶 振 電 路初 始 密 碼 恢 復(fù) 模 塊復(fù) 位 電 路存 儲 模 塊L c d 顯 示開 鎖 模 塊報 警 電 路矩 陣 鍵 盤鹽城工學(xué)院課程設(shè)計說明書（ 20xx） 8 單片機及其最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)是單片機正常工作的基礎(chǔ)，任何一個單片機系統(tǒng)設(shè)計都是基于單片機最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上來完成的，而在單片機系統(tǒng)實物設(shè)計中，最應(yīng)該首先解決的也應(yīng)該是單片機最小系統(tǒng)問題，只有保證了單片機最小系統(tǒng)的正確性，才能保證接下來的其他模塊的正確設(shè)計。 圖 32 是單片機最小系統(tǒng)的 完整仿真圖。 圖 32單片機最小系統(tǒng)的完整仿真圖 復(fù)位電路的設(shè)計 復(fù)位是單片機的初始化操作。單片機啟運運行時，都需要先復(fù)位，其作用是使CPU 和系統(tǒng)中其他部件處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。因而，復(fù)位是一個很重要的操作方式。但單片機本身是不能自動進行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實現(xiàn)。該復(fù)位電路采用按鍵電平復(fù)位式復(fù)位電路。當(dāng)單片機已在運行當(dāng)中時，按下復(fù)位鍵 S 后松開，在復(fù)位引腳 RET（ 9 腳）腳持續(xù)出現(xiàn) 24 個振蕩器脈沖周期（即 2 個機器周期）的高電平信號將使單片機復(fù)位。也能使 RST為一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的操作。如圖 33 所示。 鹽城工學(xué)院課程設(shè)計說明書（ 20xx） 9 圖 33 復(fù)位電路 時鐘電路的設(shè)計 時鐘電路為單片機產(chǎn)生時序脈沖，單片機所有運算與控制過程都是在統(tǒng)一的時序脈沖的驅(qū)動下的進行的，如果單片機的時鐘電路停止工作（晶振停振），那么單片機也就停止運行了。當(dāng)采用內(nèi)部時鐘時，連接方法如下圖所示，在晶振引腳 XTAL1（ 19腳）和 XTAL2（ 18 腳）引腳之間接入一個 晶振，兩個引腳對地分別再接入一個電容即可產(chǎn)生所需的時鐘信號，電容的容量一般在幾十皮法，如 20PF。如 圖34所示。 圖 34 時鐘電路 鹽城工學(xué)院課程設(shè)計說明書（ 20xx） 10 密碼鎖電路 按鍵電路的設(shè)計 為了加強密碼的保密性，采用一個 4 4 的矩陣式鍵盤可以任意設(shè)置用戶密碼（ 116 位長度），從而提高了密碼的保密性，同時也能減少與單片機接口時所占用的 I/O 口線的數(shù)目，節(jié)省了單片機的寶貴資源，在按鍵比較多的時候，通常采用這種方法。其原理圖如圖 35 所示。 圖 35 矩陣鍵盤電路 每一行與每一列的交叉處不相同，而是通過一個按鍵來連通，利用這種行列式矩陣結(jié)構(gòu)只需要 N根行線與 M根列線，即可組成具有 N M 個按鍵 的矩陣鍵盤。 在這種行列式矩陣鍵盤編碼的單片機系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認有無按鍵按下的程序段。 當(dāng)確認有按鍵按下后，下一步就是要識別哪一個按鍵被按下。對鍵的識別方法通常有兩種：一種是通用的組行掃描查詢法；另一種是速度較快的線反轉(zhuǎn)法。 此系統(tǒng)中，我們采用線反轉(zhuǎn)法。首先辨別鍵盤中有無按鍵被按下，在單片機 I/O口向鍵盤送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來判斷。具體方法是：向行線輸出全掃描字00H，把全部列線置成低電平，然后將列線的電平狀態(tài)讀入累加器 A 中。如果有按鍵被按下，總會有一根行線電瓶被拉至低電平從 而使行線不全為 1。 判斷鍵盤中哪一個按鍵被按下通常是通過將列線逐列至低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來實現(xiàn)的。方法是：依次給列線送低電平，然后檢查所有行線狀態(tài)，如果全為 1，則所按下的按鍵不在此列；如果不全為 1，則所按下的按鍵必在此列，而且是在與零電平行線相交的交點上的那個按鍵。 實現(xiàn)功能如圖 35 鹽城工學(xué)院課程設(shè)計說明書（ 20xx） 11 LCD 顯示電路 本系統(tǒng)設(shè)計的顯示電路是為了給使用者以提示而設(shè)置的。 因為系統(tǒng)具有賬戶管理系統(tǒng)，使用 LCD 可以為用戶提供更友好的人機界面，故選用 LCD1602 作為顯示器件 。開鎖時，按下鍵盤上的開鎖按鍵后，利用 鍵盤上的數(shù)字鍵 0－ 9 輸入密碼，每按下一個數(shù)字鍵后在顯示器上顯示一個 *，輸入多少位就顯示多少個 *。當(dāng)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“ＯＫ”，單片機其中 引腳會輸出低電平，使三極管 T2 導(dǎo)通，電磁鐵吸合，繼電器開關(guān)跳轉(zhuǎn)，電子密碼鎖被打開，如果密碼不正確， LCD 顯示屏?xí)@示“ you are thief！ ”， 輸出的是高電平，電子密碼鎖不能打開。通過 LCD 顯示屏，可以清楚地判斷出密碼鎖所處的狀態(tài)。 圖 36 顯示器電路 使用 LCD1602 可以輕松的實現(xiàn)所有 字母和符號顯示，顯示功能豐富，驅(qū)動程序簡單。能提高系統(tǒng)的安全行，使系統(tǒng)更人性化，更有可擴展性。下面幾幅圖是本課題用到的顯示和提示語： 圖 . 初始化 圖 密碼輸入正確 圖 密碼輸入錯誤第一次 圖 密碼輸入錯誤第二次 鹽城工學(xué)院課程設(shè)計說明書（ 20xx） 12 圖 密碼輸入錯誤第三次 圖 修改密碼 圖 輸入新密碼 圖 清屏 AT24C04 存儲電路 AT24C02 是 Atmel 公司生產(chǎn)的 AT24CXX 系列串行 E2PROM 中的一種，是具有 I2C 總線接口功能的電可擦除串行存儲器。 AT24C02 內(nèi)部含有 256 個字節(jié)，通過 I2C 總線接口進行操作，有一個專門的寫保護功能（ WP=1 時即為寫保護）。電路如下圖 38 圖 38 AT24C04 存儲電路 開鎖機構(gòu) 在基于單片機的電子密碼鎖設(shè)計中，用戶需要輸入密碼，密碼正確則發(fā)出開鹽城工學(xué)院課程設(shè)計說明書（ 20xx） 13 鎖信號開鎖。 因為在設(shè)計中是以發(fā)光二極管代替電磁鎖，二極管亮代表鎖開，因此可以設(shè)計一個簡單的可以點亮二極管的電路系統(tǒng)代替電磁鎖開鎖機構(gòu)。如圖 39 所示。 圖 39 開鎖顯示電路 由于單片機 I/O 口默認為高電平，故初始時二極管不亮，代表鎖是閉著的。當(dāng)用戶輸入密碼并驗證正確時，發(fā)出開鎖信號（使 =0）。 報警機構(gòu) 在這次基于單片機的電子密碼鎖設(shè)計中，通過控制 蜂鳴器的發(fā)音來實現(xiàn)系統(tǒng)的報警功能。 蜂鳴器是一種采用直流電壓供電的電子訊響器。圖 310 是用蜂鳴器模擬的報警機構(gòu)仿真圖。 圖 310 報警機構(gòu)模擬仿真圖 當(dāng) 口有脈沖信號輸入時，蜂鳴器 SPEAKER 即會發(fā)音。通過控制輸入脈沖的頻率還能控制蜂鳴器的發(fā)音頻率。 當(dāng)用戶輸入密碼錯誤次數(shù)達到預(yù)設(shè)警告次數(shù)時，系統(tǒng)調(diào)用報警子程序，使蜂鳴器發(fā)出報警音，同時禁止鍵盤輸入。 密碼初始化電路 密碼初始化是有個相當(dāng)于超級用戶的功能電路當(dāng)用戶密碼忘記時可以點擊按鍵實現(xiàn)密碼的初始化： 123456。當(dāng) 然要有一定的權(quán)限的啦 仿真圖如下圖 311 鹽城工學(xué)院課程設(shè)計說明書（ 20xx） 14 圖 311 密碼初始化電仿真圖 4 程序設(shè)計 軟件總體設(shè)計 根據(jù)電子密碼鎖的實際應(yīng)用要求和其應(yīng)該具有的功能，本次設(shè)計的主程序流程圖如圖 41 所示。 鹽城工學(xué)院課程設(shè)計說明書（ 20xx） 15 圖 41 主程序流程圖 此次基于單片機的電子密碼鎖設(shè)計的軟件設(shè)計方面的主要問題是如何實現(xiàn)鍵盤輸入、信息顯示、密碼的掉電存儲以及密碼的比較和處理。本設(shè)計接下來將分步解決這幾個問題。 鍵盤掃描子程序 矩陣鍵盤掃描子程序應(yīng)該具有以下 2 個 基本的功能： (1)能判斷是否有鍵按下； (2)能確定是哪個鍵被按下。其軟件管理主要分為以下三步來完成： (1) 判斷整個鍵盤是否有鍵按下。 初始化 顯示輸入密碼界面 輸入密碼 密碼正確？ 開鎖 掃描功能鍵 有鍵輸入？ 是改密鍵？ 進行改密操作 顯示界面 是閉鎖鍵？ 進行閉鎖操作 Y N Y N N Y 開啟定時中斷 次數(shù) 3？ 調(diào)用報警子程序 Y N 鹽城工學(xué)院課程設(shè)計說明書（ 20xx） 16 讓所有的行為 0，然后讀列的數(shù)值。如果列的數(shù)值全部為 1，說明沒有鍵被按下，否則說明有鍵被按下。 (2) 識別被按下的鍵的位置。 采用一行一行的掃描方法，逐行輸出 0，然后讀列的值。如果列的數(shù)值全部為 1，說明不是這一行的按鍵被按下，掃描下一行，如果列的數(shù)值不全為 1，則說明被按下的按鍵時在這一行。 (3) 查鍵值表，返回鍵值對應(yīng)信息，以便確定各按鍵應(yīng)該完成的功能。 采用某種算法，將被按下的鍵所在的行和列 的信息合并成為一個信息，該信息即為此鍵的鍵值。用相同的方法給每一個鍵確定鍵值。在給按鍵確定鍵值時必須采用同一種算法，并且計算出來的