【正文】 唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目 ： 基于單片機(jī)的密碼鎖 設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 邸金業(yè) 班級 09 機(jī)電 12 專 業(yè)： 機(jī)電一體技術(shù) 設(shè) 計(jì) 指 導(dǎo) 教 師 ____于東東 __ ___________ 設(shè) 計(jì) 輔 導(dǎo) 教 師 ____于東東 _____ _________ （完成日期） 2022 年 3 月 8 日 1 目 錄 1 概述 .................................................................. 2 背景 .............................................................. 2 設(shè)計(jì)要求 .......................................................... 2 2 總體設(shè)計(jì) ............................................................... 2 方案的論證與比較 .................................................. 2 3 硬件設(shè)計(jì) ................................................................ 4 電路的功能單元設(shè)計(jì) ................................................ 4 開鎖機(jī)構(gòu) ..................................................... 4 按鍵電路設(shè)計(jì) ...................................................... 5 矩陣鍵盤電路 ................................................. 5 顯示電路設(shè)計(jì) ...................................................... 8 掉電存儲單元的設(shè)計(jì) ......................................... 9 密碼鎖的電源電路設(shè)計(jì) ............................................. 10 設(shè)計(jì)總框圖 ....................................................... 11 設(shè)計(jì)總體電路圖 ................................................... 11 4 軟件設(shè)計(jì) ............................................................... 12 模塊介紹 ......................................................... 12 主程序模塊 .................................................. 12 鍵盤掃描及識別子程序 ........................................ 12 調(diào)電存儲服務(wù)程序 ............................................ 12 程序流程圖 ....................................................... 13 附錄：主程序 ............................................................ 15 總結(jié) .................................................................... 21 致謝 .................................................................... 21 主要 參考文獻(xiàn) ............................................................ 22 2 1 概述 背景 在日常的生活和工作中 , 住宅與部門的安全防范、單位的文件檔案、財(cái)務(wù)報(bào)表以及一些個(gè)人資料的保存多以加鎖的辦法來解決。若使用傳統(tǒng)的機(jī)械式鑰匙開鎖，人們常需攜帶多把鑰匙 , 使用極不方便 , 且鑰匙丟失后安全性即大打折扣。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對日常生活中的安全保險(xiǎn)器件的要求越來越高。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(yīng)運(yùn)而生。密碼鎖具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等優(yōu)點(diǎn)。 在安全技術(shù)防范領(lǐng)域，具有防盜報(bào)警功能的電子 密碼鎖逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式密碼鎖，克服了機(jī)械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點(diǎn)，使密碼鎖無論在技術(shù)上還是在性能上都大大提高一步。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，特別是單片機(jī)的問世，出現(xiàn)了帶微處理器的智能密碼鎖，它除具有電子密碼鎖的功能外，還引入了智能化管理、專家分析系統(tǒng)等功能，從而使密碼鎖具有很高的安全性、可靠性，應(yīng)用日益廣泛。 設(shè)計(jì)要求 本次密碼鎖的設(shè)計(jì)，其主要具有如下功能： （ 1）設(shè)置 6 位密碼，密碼通過鍵盤輸入，若密碼正確，則將鎖打開。 （ 2）密碼可以由用戶自己修改設(shè)定（ 6 位密碼），密碼輸入正 確才能修改密碼。修改密碼之前必須再次輸入密碼，在輸入新密碼時(shí)候需要二次確認(rèn)，以防止誤操作。 （ 3）報(bào)警、鎖定鍵盤功能。密碼輸入錯(cuò)誤會發(fā)出警告音。若密碼輸入錯(cuò)誤次數(shù)超過 3次，蜂鳴器報(bào)警并且鎖定鍵盤。 （ 4） 有效按鍵提示。 （ 5） 90 秒定時(shí)中斷，輸出控制信號，防止長時(shí)間無效操作。 （ 6） 其他擴(kuò)展功能。 2 總體設(shè)計(jì) 方案的論證與比較 方案論證與比較 方案一：采用數(shù)字電路控制。其原理方框圖如圖 2－ 1 所示。 3 圖 2－ 1 數(shù)字密碼鎖電路方案 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(gè)用戶輸入鍵，其中只有 4 個(gè)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(dòng)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(shí)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(bào)警 80 秒，若電路連續(xù)報(bào)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(bào)警電路、鍵盤輸入次數(shù)鎖定電路。 方案二：采用 一種是用以 AT89S51 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 調(diào)電存儲、聲光提示甚至添加遙控控制 功能。其原理如圖 2－ 2 所示。 4 圖 2－ 2 單片機(jī)控制方案 通過比較以上兩種方案，單片機(jī)方案有較大的活動(dòng)空間，不但能實(shí)現(xiàn)所要求的功能而且能在很大的程度上擴(kuò)展功能，而且還可以方便的對系統(tǒng)進(jìn)行升級，所以我們采用后一種方 案。 3 硬件設(shè)計(jì) 電路的功能單元設(shè)計(jì) 開鎖機(jī)構(gòu) 通過單片機(jī)送給開鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電路驅(qū)動(dòng)電磁鎖吸合，從而達(dá)到開鎖的目的。其原理如圖 3－ 1 所示。 圖 3－ 1 密碼鎖開鎖機(jī)構(gòu)示意圖 當(dāng)用戶輸入的密碼正確而且是在規(guī)定的時(shí)間（普通用戶要求在 12s 內(nèi)輸入正確的密 單片機(jī)微控制器 開鎖驅(qū)動(dòng)電路 電磁鎖 密碼正確？ Y 返回 N 5 碼，管理員要求在 5s 輸入正確的密碼）輸入的話，單片機(jī)便輸出開門信號，送到開鎖驅(qū)動(dòng)電路，然后驅(qū)動(dòng)電磁鎖，達(dá)到開門的目的。其實(shí)際電路如圖 3－ 2 所示。 電路驅(qū)動(dòng)和開鎖兩級組成。由 D R T10 組成驅(qū)動(dòng)電路，其中 T10 可以選擇普通的小功率三極管如 901 9018 都可以滿足要求。 D5 作為開鎖的提示；由 D C2T11 組成。其中 D C24 是為了消除電磁鎖可能產(chǎn)生的反向高電壓以及可能產(chǎn)生的電磁干擾。 T11 可選用中功率的三極管如 8050，電磁鎖的選用要視情況而定，但是吸合力要足夠且由一定的余量。 在本次設(shè)計(jì)中，基于節(jié)省材料的原則，暫時(shí)用發(fā)光二極管代替電磁鎖，發(fā)光管亮，表示開鎖；滅，表示沒有開鎖。 T 1 0T 1 1D5G N DR13. 3 K電磁鎖C 2 4V C C來自微控制器信號D6 圖 3－ 2 密碼鎖開鎖機(jī)構(gòu)電路圖 按鍵電路設(shè)計(jì) 矩陣鍵盤電路 矩陣鍵 盤又稱為行列式鍵盤，它是用 4 條 I/O 線作為行線， 4 條 I/O 線作為列線組成的鍵盤。在行線和列線的每一個(gè)交叉點(diǎn)上，設(shè)置一個(gè)按鍵。這樣鍵盤中按鍵的個(gè)數(shù)是4 4 個(gè)。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能夠有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)中 I/O 口的利用率。 6 K1P 14K2P 15K3P 16K4P 17K5R E S E TV C CR E S E TS43S87S32S76S21S65S1C o m m en t : 0S54S 12BS 11AS 109S98S 16FS 15ES 14DS 13C距陣鍵盤P 10P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 170 1 2 34 5 6 78 9 A BC D E FK1 K2 K3 K4P 14P 15P 16P 17獨(dú)立鍵盤偉 納 電 子h tt p :// w ww . w il lar .c o m 圖 3－ 3 矩陣鍵盤原理電路圖 行列式鍵盤原理 圖 3－ 4 行列式鍵盤原理電路圖 每一條水平（行線）與垂直線（列線）的交叉處不相通，而是通過一個(gè)按鍵來連通，利用這種行列式矩陣結(jié)構(gòu)只需要 N 條行線和 M 條列線，即可組成具有 N M 個(gè)按鍵的 89s51 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 X