【文章內(nèi)容簡介】 能夠使電子防盜鎖獲得高度的保密性，如防范森嚴的金庫，需要使用復(fù)合信息密碼的電子防盜鎖，組合使用信息也能夠使電子防盜鎖獲得無窮擴展的可能，使產(chǎn)品多樣化，對用戶而言是“千挑百選、自得其所”?？梢钥闯鼋M合使用電子信息是電子密碼鎖以后發(fā)展的趨勢。 本設(shè)計所要實現(xiàn)的目標 本設(shè)計采用單片機為主控芯片，結(jié)合外圍電路，組成電子密碼鎖，用戶想要打開鎖，必先通過提供的鍵盤輸入正確的密碼 才能將鎖打開，密碼輸入錯誤有提示，為了提高安全性，當(dāng)密 碼輸入錯誤 將報警。密碼可以有用戶自己修改設(shè)定，鎖打開后才能修改密碼。修改密碼之前必須再次輸入就的密碼，在輸入新密碼的時候要二次確認，以防止誤操作。 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。 圖 2－ 1 數(shù)字密碼鎖電路方案 7 采用數(shù)字密碼鎖電路的好處就是設(shè)計簡單。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 16 個用戶輸入鍵，其中有 12 個是數(shù)字按鍵，其余4 個是字母按鍵，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 電源是為了防止因為停電造成的密碼鎖電路失效，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、報警電路、鍵盤輸入次數(shù)鎖定電路。 方案二：采用一種是用以 AT89C52 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。 圖 2－ 2單片機控制方案 通過比較以上兩種方案，單片機方案有較大的活動空間，不但能實現(xiàn)所要求的功能而且能在很大的程度上擴展功能，而且還可以方便的對系統(tǒng)進行升級，所以我們采用后一種方案。 AT89C52 顯示模塊 報警電路 開鎖電路 密碼存儲模塊 復(fù)位電路 鍵盤輸入模塊 8 3 系統(tǒng)硬件構(gòu)成 通過單片機送給開鎖執(zhí)行機構(gòu)，電路驅(qū)動電磁鎖吸合，從而達到開鎖的目的。其原理如圖 3－ 1 所示。 其中開鎖模塊的核心為 存儲芯片 AT24C02，其特點：低壓和標準電壓運行模塊 如圖 32 為 AT24C02 的芯片引腳圖。 A01A12A23GND4V C C5WP6S C L7S D L8U3A T 24 C 0 2V C CR95 . 1 k R 1 05 . 1 kV C CP 3. 5P 3. 6P 3. 7 AT24C02 是 ATMEL 公司的 2KB 字節(jié)的電可擦除存儲芯片，采用兩線串行的總線和單片開鎖 LCD 初始化 輸入密碼 按開鎖鍵 報警程序 確認程 序 輸入密碼正確？ 開鎖成功 返回 圖 31開鎖程序流程圖 Y N 圖 32AT24C02 的芯片引腳圖 9 機通訊，電壓最低可以到 ，額定電流為 1mA，靜態(tài)電流 10Ua()，芯片內(nèi)的資料可以在斷電的情況下保存 40 年以上，而且采用 8 腳的 DIP 封裝，使用方便。其電路如圖32 所示。圖中 3 腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址，在 AT89C52 上它們都能接地，第 5 腳和第 8 腳分別為正、負電源。 AT24C02 中帶有片內(nèi)地址寄存器，每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加 1，以實現(xiàn)對下一個儲存單元的讀寫，所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。 當(dāng)用戶輸入的密碼正確的話，單片機便輸出開門信號，送到開鎖驅(qū)動電路，然后驅(qū)動電磁鎖，達到開門的目的。其實際電路如圖 3－ 3 所示。 電路驅(qū)動和開鎖兩級組成。由 D R T10 組成驅(qū)動電路。 D5 作為開鎖的提示；由D C2 T11 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)計中，基于節(jié)省材料的原則，暫時用發(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－ 3密碼鎖開鎖機構(gòu)電路圖 按鍵電路設(shè)計 由于設(shè)計要求使用矩陣鍵盤，所以本設(shè)計就采用行列式鍵盤，同時也能減少鍵盤與單片機接口時所占用的 I/O 線的數(shù)目，在按鍵比較多的時候，通常采用這樣方法。其原理如圖 3－ 4 所示。 10 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 個按鍵的鍵盤。 在這種行列式矩陣鍵盤非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，下一步就要識別哪一個按鍵按下。對鍵的識別通常有兩種方法：一種是常用的逐行掃描查詢法；另一種是速度較快的線反轉(zhuǎn)法。 對照圖 3－ 4 所示的 44 鍵盤，說明線反轉(zhuǎn)個工作原理。 首先辨別鍵盤中有無鍵按下，有單片機 I/O 口向鍵盤送全掃描字，然后讀 入行線狀態(tài)來判斷。方法是：向行線輸出全掃描字 00H，把全部列線置為低電平，然后將列線的電平狀態(tài)讀入累加器 A 中。如果有按鍵按下，總會有一根行線電平被拉至低電平從而使行線不全為 1。 判斷鍵盤中哪一個鍵被按下使通過將列線逐列置低電平后，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，然后查所有行線狀態(tài)，如果全為 1，則所按下的鍵不在此列；如果不全為 1，則所按下的鍵必在此列，而且是在與零電平行線相交的交點上的那個鍵。 按鍵的操作面板如圖圖 3－ 5 所示。共計數(shù)字鍵 10 個，功能鍵 6 個。 89C521 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 X 4 X 4 VCC 11 圖 3－ 5 按鍵操作面板示意圖 10 個數(shù)字鍵用來輸入密碼，另外 6 個功能鍵分別是： A、 B、 C、 D、 *、 。其中“ *”是取消鍵，“ ”是確認鍵，“ A、 B、 C、 D”是修改密碼鍵，只有在修改密碼才用得到。 面板上還有一個蜂鳴器，其功能是用來指示操作的按鍵是否在成功的按下；另外一個功能是當(dāng)用戶輸入密碼錯誤時，鳴笛以示報警。 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?？紤]到為了節(jié)約單片機的口資源，本系統(tǒng)的顯示采用串行顯示的方式，只使用單片機的兩個串行口，就可以完成單片機的顯示功能，顯示電路的電路原理圖如圖 2－ 5 所示。 電路設(shè)定：當(dāng)程序檢測在 5 分鐘內(nèi)沒有按鍵操作的時候，就關(guān)閉顯示。這個功能使用程序來實現(xiàn)的，一旦沒有按鍵動作就啟動一個定時器，檢測在 5 分鐘內(nèi)沒有按鍵動作的時候，啟動一個程序，關(guān)閉顯示，這樣可以達到節(jié)省電能的目的。 從單片機串口輸出的信號先送到左邊的移位寄存器（ 74HC164） ,由于移位脈沖的作用，使數(shù)據(jù)向右移，達到顯示的目的。移位寄存器 74HC164 還兼作數(shù)碼管的驅(qū)動，插頭 1（ header1）接電源，插頭 2（ header2）接數(shù)據(jù)和脈沖輸出端。電路中的三個整流 管 D1~D3的作用是降低數(shù)碼管的工作電壓，增加其使用壽命。 顯示器主顯示幾個字符，提供指示見圖 3－ 6 所示。 圖 3－ 5 a接通電源，按下開關(guān)，顯示狀態(tài) * 0 D C B A 9 6 3 8 5 2 7 4 1 = = =Coded Lock= = = Password: 12 圖 3－ 6 b密碼輸入正確 圖 3－ 6 c 密碼輸入錯誤 圖 3－ 6 d 修改密碼的提示 圖 3－ 6 e再次輸入新密碼的提示 圖 3－ 6 f修改密碼成功的提示 為了使該電子鎖能人性化的顯示輸入密碼的狀態(tài)以及密碼輸入的正確與否 ，添加了液晶顯示，放棄了數(shù)碼管顯示，本次設(shè)計使用的是液晶顯示器，自帶英文字庫，各引腳分別介入 ，其介入電路圖如下： 圖 37 液晶顯示電路 = = =Coded Lock= = = SetNewWordEnable = = =Coded Lock= = = Input again = = =Coded Lock= = = OPEN = = =Coded Lock= = = ERROR = = =Coded Lock= = = Reset Password OK 13 單片機復(fù)位是使 CPU 和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，例如復(fù)位后 PC＝ 0000H，使單片機從第 — 個單元取指令。無論是在單片機剛開始接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。在復(fù)位期間（即 RST 為高電平期間）， P0 口為高組態(tài)， P1－ P3 口輸出高電平；外部程序存儲器讀選通信號 PSEN 無效。地址鎖存信號 ALE 也為高電平。根據(jù)實際情況選擇的復(fù)位電路。該電路在最簡單的復(fù)位電路下增加了手動復(fù)位按鍵，在接通電源瞬間，電容 C1 上的電壓很小， 復(fù)位下拉電阻上的電壓接近電源電壓，即 RST 為高電平，在電容充電的過程中 RST 端電壓逐漸下降，當(dāng)RST 端的電壓小于某一數(shù)值后， CPU 脫離復(fù)位狀態(tài)，由于電容 C1 足夠大，可以保證 RST高電平有效時間大于 24 個振蕩周期， CPU 能夠可靠復(fù)位。增加手動復(fù)位按鍵是為了避免死機時無法可靠復(fù)位。當(dāng)復(fù)位按鍵按下后電容 C1 通過 R5 放電。當(dāng)電容 C1 放電結(jié)束后，RST 端的電位由 R11 與 R15 分壓比決定。由 于 R11R15 因此 RST 為高電平， CPU 處于復(fù)位狀態(tài)，松手后，電容 C1 充電， RST 端電位下降， CPU 脫離復(fù)位狀態(tài)。 R11 的作用在于限制按鍵按下瞬間電容 C1 的放電電流，避免產(chǎn)生火花，以保護按鍵觸電 。C1R 1 1V C CK1R 1 51 0 k 圖 38 復(fù)位電路原理圖 報警部分由陶瓷壓電發(fā)聲裝置及外圍電路組成，加電后不發(fā)聲，當(dāng)按下時，“嘀”聲，每按下一次，發(fā)聲一次，密碼正確時，直接開鎖，當(dāng)密碼輸入錯誤時，單片機的 P35 引腳為低電平，報警系統(tǒng)開始報警。其電路如下圖 14 開鎖：插上電源后，程序自動調(diào) 入初始密碼，此時依次輸入 密碼，然后按【 】（確認）鍵，此時鎖會打開，可以看到顯示 open，密碼鎖打開。退出并關(guān)鎖：按下【 *】（取消）鍵，此時鎖關(guān)閉，所有輸入清除。 修改密碼：在開鎖狀態(tài)下，再次輸入正確的密碼并按下【 】（確認）鍵，此時聽到兩聲提示，輸入新的六位密碼并按【 D】（重設(shè)）鍵，再重復(fù)輸入一次新密碼并按【 D】，會聽到兩聲提示音，表示重設(shè)密碼成功，內(nèi)部保存新密碼并存儲到 AT24C02。（如兩次輸入的新密碼不一樣，則重設(shè)密碼失?。? 報警并鎖定鍵盤：當(dāng)輸入密碼錯誤后，報警并鎖定鍵盤 3 秒，如 3 秒內(nèi)又有按鍵， 3秒再啟動。 當(dāng)重置新密碼時，新密碼會保存于 AT24C02 存儲器里。 4 系統(tǒng)軟件構(gòu)成 AT89C52 顯示模塊 報警電路 開鎖電路 密碼存儲模塊 復(fù)位電路 鍵盤輸入模塊 圖 41系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 圖 3