【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)與 GSM 模塊的電子密碼鎖設(shè)計(jì) 泉 州 師 范 學(xué) 院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題 目 基于單片機(jī)與 GSM 模塊的電子密碼鎖設(shè)計(jì) 物理與信息工程 學(xué) 院 電子信息科學(xué)與技術(shù) 專 業(yè) 07 級(jí) 1 班 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 0780303040 指導(dǎo)教師 職 稱 講師 完成日期 2020 年月 第 節(jié) 方案二：采用單片機(jī)為主控制器的方案 第 節(jié) 方 案三：采用單片機(jī)為主控制系統(tǒng)， GSM 模塊作為報(bào)警系統(tǒng) 第 2 章 主要元器件說明 第 節(jié) MCS51 單片機(jī)介紹 第 節(jié) LCD1602 顯示器介紹 第 節(jié) AT24C02 串行 EPROM 介紹 第 節(jié) GSM 模塊說明 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 第 節(jié) 系統(tǒng)硬件總設(shè)計(jì) 第 節(jié) 電源 第 節(jié) 按鍵輸入部分 第 節(jié) 單片機(jī)與 GSM 模塊串行通信部分 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 第 節(jié) 主程序流程圖 第 節(jié) 按鍵功能流程圖 第 節(jié) 密碼設(shè)置流程圖及報(bào)警流程圖 第 5 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 第 節(jié) 主控制板的調(diào)試 第 節(jié) GSM 模塊調(diào)試 總結(jié) 參考文獻(xiàn) 致謝 附錄圖 基于單片機(jī)與 GSM 的電子密碼鎖的設(shè)計(jì) 物理與信息工程學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)老師 【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子密碼鎖已經(jīng)越來越成為人們生活中不可或缺的安全防范利器。文章首先介紹了基于單片機(jī)和 GSM 模塊的密碼控制系統(tǒng)，然后簡(jiǎn)要描述了設(shè)計(jì)電子密碼鎖系統(tǒng)的意義。文章采用分塊模式，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行描述，其中硬件部分著重介紹了 GSM 模塊，單片機(jī)STC89C51 作為 MCU 及其外圍電路， 24C02 存儲(chǔ)電路，矩陣按鍵輸入電路， LCD顯示電路， GSM 模塊與主控制板連接電路等。軟件部分用 C 語言編寫主控制器與GSM 模塊的發(fā)送接收， 24C02 的讀寫。設(shè)計(jì)了一款可以多次修改密碼，自動(dòng)鎖定按鍵等功能的電子密碼鎖。 【關(guān)鍵詞】：電子密碼鎖；單片機(jī)； GSM； 24C02； 引言 當(dāng)今世界科技不斷發(fā)展 ,人們的安全意識(shí)越來越高，安全成了我們共同的話題。在銀行、酒店、商場(chǎng)、航天等各行各業(yè)，防盜報(bào)警更是至關(guān)重要的，對(duì)環(huán)境要進(jìn)行密切的監(jiān)視，以防止失竊的發(fā)生，當(dāng)發(fā)生失竊時(shí)能第一時(shí)間報(bào)警。這里我就介 紹一下我自己做的一款基于 51 單片機(jī)和 GSM 模塊的電子密碼鎖。 傳統(tǒng)的機(jī)械鎖被撬的事件屢見不鮮，因?yàn)槠錁?gòu)造簡(jiǎn)單，功能單一，沒智能化，位置固定，不能隨意換位置。而電子鎖克服了機(jī)械式密碼鎖設(shè)置密碼量少、安全性能差的缺點(diǎn)，并且其保密性高，使用靈活性好，密碼可變，安全系數(shù)高，使電子密碼鎖無論在技術(shù)上還是在方便性上都受到了廣大人們?nèi)罕姷挠H愛。隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，特別是單片機(jī)的問世，出現(xiàn)了許多帶微處理器的智能密碼鎖。 而我設(shè)計(jì)的電子密碼鎖是一種基于 MCS51 和 GSM 模塊智能鎖的硬件和軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方案，綜合應(yīng)用了 所學(xué)的單片機(jī)、通信原理、電路設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)。特別適用于家庭、辦公室、服務(wù)、學(xué)生宿舍及賓館等場(chǎng)所等的文檔、財(cái)務(wù)等安全報(bào)警。電路設(shè)計(jì)具有按鍵輸入有效提示 ,輸入錯(cuò)誤提示 ,開鎖電路 ,控制報(bào)警電路 ,修改密碼等多種功能 ,可在意外泄密的情況下隨時(shí)修改密碼 6 位數(shù)密碼 ,保密性強(qiáng) ,使用靈活性高。當(dāng)密碼連續(xù) 3 次輸入錯(cuò)誤時(shí)便會(huì)通過 GSM 模塊自動(dòng)報(bào)警并且蜂鳴器響。它是通過按鍵輸入與存儲(chǔ)密碼進(jìn)行對(duì)比，從而控制電磁鎖的開關(guān)，具有推廣意義。 本設(shè)計(jì)中采用了微處理器 STC89C51芯片單片機(jī)為主控制芯片，采用 LCD1602液晶顯示屏幕與矩 陣式鍵盤，方便手動(dòng)輸入與數(shù)字顯示。為了防止掉電等意外事件的發(fā)生，我們采用了 AT24C02 作為掉電保護(hù)。用戶想打開鎖必須通過鍵盤輸入正確的密碼。密碼輸入錯(cuò)誤有提示，為了提高安全性，當(dāng)輸入密碼連續(xù) 3 次錯(cuò)誤蜂鳴器響起并通過 GSM 模塊報(bào)警。并且用戶可以隨時(shí)用手機(jī)向 GSM 模塊發(fā)出通信使密碼鎖處于鎖定狀態(tài)。鎖打開后才能修改密碼，輸入新密碼時(shí)需要 2 次確認(rèn)，以防止誤操作。這些人性化設(shè)計(jì)使其更安全可靠、通過 GSM 模塊和單片機(jī)的組合運(yùn)用使其具有一定的智能化，硬件電路簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、可以通過軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化 ,具有很好的市場(chǎng)推 廣價(jià)值。 電子密碼鎖的總體設(shè)計(jì)方案的選擇 為了使設(shè)計(jì)更具有針對(duì)性，可靠性更強(qiáng)，在做設(shè)計(jì)之前我想了 2 種不同的設(shè)計(jì)方案。 方案一：采用數(shù)字控制電路（基于用以 74LS112）。 利用雙 JK 觸發(fā)器 74LS112 構(gòu)成數(shù)字邏輯電路控制， 555 電路等實(shí)現(xiàn)對(duì)鎖的控制。設(shè)置 9 個(gè)按鍵，其中 4 個(gè)是有效按鍵，其它的都是干擾按鍵，如果按下干擾鍵，鍵盤輸入自動(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 20 秒（一般情況下，用戶不會(huì)超過 40 秒，若用戶覺得不便，還可以修改）電路將報(bào)警 30 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。該系統(tǒng)外圍電路少，功能單一并且不能通過編程來實(shí)現(xiàn)，密碼一旦忘記或掉電就無法開鎖，輸入密碼無提示，準(zhǔn)確性和靈活性差。所以不采用 [1]。 方案二：采用單片機(jī)為主控制器的方案。 由于單片機(jī)種類多各種型號(hào)的功能不一，試用場(chǎng)合各不相同。因此要多加比較選擇一款適合做本設(shè)計(jì)的型號(hào)。我從以下幾個(gè)方面考慮：存儲(chǔ)器容量，指令系統(tǒng)，串口通信，中斷系統(tǒng)，此外還有中斷源優(yōu)先級(jí)個(gè)數(shù)，工作電壓和溫度，時(shí)鐘震蕩等。再結(jié)合我們平時(shí)所學(xué)。以上各個(gè)因素我選擇 89C51 作為本設(shè)計(jì)的主控制器。利用其 豐富的 I/O 口資源和靈活的程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)密碼鎖的基本功能。它把CPU、存儲(chǔ)器、及 I/O 口集成到一個(gè)芯片上，只要加少許外圍器件就能夠成控制系統(tǒng)。這樣就可以節(jié)省硬件成本，通過程序來實(shí)現(xiàn)各種功能。單片機(jī)外圍接 4*4矩陣鍵盤作為密碼輸入和功能鍵，用 LCD1602 作顯示器 [2]。 24C02 作為外部存儲(chǔ)芯片，用于密碼掉電保護(hù)。鍵盤由 09 十個(gè)數(shù)字鍵、啟動(dòng)、刪除、確認(rèn)、修改密碼共 14 個(gè)鍵組成。用戶輸入密碼正確則開鎖，輸入錯(cuò)誤 LCD 則會(huì)提示。如果連續(xù) 3 次輸入錯(cuò)誤則蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。用戶只有在輸入密碼正確時(shí)才能修改密碼，新密 碼必須輸入 2 次以防止誤操作。 方案三：采用單片機(jī)為主控制系統(tǒng)， GSM 模塊作為報(bào)警系統(tǒng)。 在方案二的基礎(chǔ)上添加了 GSM 模塊，單片機(jī)通過 RS232 與 GSM 模塊進(jìn)行串行通信。當(dāng)密碼 3 次輸入錯(cuò)誤時(shí)單片機(jī)通過串口控制 GSM 模塊向用戶手機(jī)發(fā)送信息，提醒用戶此時(shí)密碼鎖有危險(xiǎn)。用戶隨時(shí)可通過手機(jī)向密碼鎖發(fā)出信息將其鎖定，此時(shí)鍵盤被鎖定密碼鎖將無法打開，防止密碼鎖被打開。 方案三在方案二的基礎(chǔ)上運(yùn)用了移動(dòng)通信技術(shù)，使密碼鎖的安全性、可靠性、靈活性及可控制性得到了大大的提高，且有智能化的特點(diǎn)，現(xiàn)實(shí)生活中運(yùn)用方便，因此選 用方案三。 第 2 章 主要元器件說明 MCS51 單片機(jī)介紹 MCS51 系列單片機(jī)是 Intel 公司繼 MCS48 系列單片機(jī)之后開發(fā)的一款 8 位單片機(jī)。它是一款高性能、高集成度、低功耗的單片機(jī)，具有 8 位 CPU， 4K 程序存儲(chǔ)器、 128 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，外部可擴(kuò)張 60K 程序存儲(chǔ)器和 64K 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，2 個(gè) 16 位定時(shí) /記數(shù)器， 5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)， 4 個(gè)八位并行 I/O 口，最高時(shí)鐘頻率12MHZ。 [3]在不連接外圍電路的情況下能實(shí)現(xiàn)很多邏輯功能， 89C51 單片機(jī)是一款不可多得的高性能單片機(jī)，它不僅適合用于簡(jiǎn)單的測(cè)控，也適用 于復(fù)雜的測(cè)控系統(tǒng)。 TC89C51 的性能及其常用參數(shù)的分析 STC89C51 內(nèi)部具有 2KB 字節(jié)快閃存存儲(chǔ)器，采用 DIP 封裝，是目前在中小系統(tǒng)中應(yīng)用最為普及的單片機(jī)。芯片引腳排列如圖 所示， 8951 單片機(jī)的端口都是準(zhǔn)雙向口，每個(gè) I/O 口都能獨(dú)立輸入輸出。每個(gè) I/O 口都有一個(gè)鎖存器，一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。再無外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器系統(tǒng)中，這四個(gè)端口都可以作為準(zhǔn)雙向 I/O 口使用。當(dāng)有擴(kuò)張外部存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口送出高 8 位地址 P0口分時(shí)復(fù)用做雙向總線，分時(shí)送出低八位地址和數(shù)據(jù)的輸入 /輸出； P3 口是一個(gè)多功能端 口各個(gè)引腳具有第二功能 [4]。（ 為串行數(shù)據(jù)接受端， 位串行數(shù)據(jù)發(fā)送端， 為外部中斷 0 請(qǐng)求， 為外部中斷 1 請(qǐng)求， 為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0 的外部事件計(jì)數(shù)輸入， 為定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 的外部事件計(jì)數(shù)輸入， 位片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“寫選通控制”輸出， 為片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“讀選存儲(chǔ)器”輸出）。 圖 芯片引腳排列 其主要功能特點(diǎn)： （ 1） 4K 可反復(fù)擦寫的 Flash ROM （ 2）低功耗空閑和省電模式 （ 3） 工 作電壓，全靜態(tài)工作 （ 4）中斷喚醒省電模式 （ 5） 2 個(gè)可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 （ 6） 3 級(jí)程序存儲(chǔ)加密 （ 7）全雙工 UART 串行中斷口線 可見 STC89C51 的功能齊全，體積小、可靠性高、成本低。可用 5V 電壓編程，不容易損壞器件，且擦寫時(shí)間只有 10ms。 STC89C51 芯片提供了三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。同時(shí)，芯片可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種省電模式。 STC89C51 引腳功能說明 [3] 采用 HMOS 工藝的 51 系列單片機(jī)都采用 40 條引腳的雙列直插封裝（ DIP）方式，這里只對(duì) DIP 封裝各引腳功能簡(jiǎn)要說明。 Vss 20 腳 ：電路低電平。 Vcc 40 腳 ：正常運(yùn)行和編程校驗(yàn)時(shí)為 +5V 電源。 RST：震蕩器工作時(shí)，由該引腳輸入 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)復(fù)位單片機(jī)。 ALE/PROG 30 腳 ： ALE 允許地址鎖存信號(hào)輸出。當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)， ALE信號(hào)的負(fù)跳變將 P0 口上的低 8 位地址送入鎖存器。在非訪問外部存儲(chǔ)器期間，ALE仍以 1/6震蕩頻率固定不變的速率輸出，因此它能作外部時(shí)鐘或定時(shí)信號(hào)用。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將以 1/2 震蕩頻率輸出。 PROG 為編程脈沖輸入端。 PSEN 29 腳 ：訪問外 部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。 Vpp/EA 31 腳 ： EA 為訪問內(nèi)部或外部程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)。當(dāng) EA 保持高電平時(shí)訪問內(nèi)部存儲(chǔ)器。 P0 口： 8 位漏極開路雙向并行 I/O 端口。當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它是地址總線（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用；外部不擴(kuò)展而單片機(jī)應(yīng)用時(shí)，則作雙向 I/O 口用；在進(jìn)行片內(nèi)程序效驗(yàn)期間，作指令代碼輸出?？山?8 個(gè) LSTTL 負(fù)載 [7]。 P1 口： 8 位準(zhǔn)雙向并行 I/O 口。在片內(nèi)編程和程序效驗(yàn)期間，作為低 8 位地址總線用。 P2 口： 8 位準(zhǔn)雙向并行 I/O 端口。當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)做高 8 位地址總線用；不作 外部功能擴(kuò)展（單片機(jī)應(yīng)用）時(shí)，則作準(zhǔn)雙向