【正文】 別、 IC 卡辨認）已在國內外相繼面世。而且指紋識識別器在公共場所使用存在容易機械損壞， IC 卡還存在容易丟失、損壞等缺點，再加上其成本較高，一定程度上限制了這類產(chǎn)品的普及和推廣。在科學技術不斷發(fā)展的今天，電子密碼防盜鎖作為防盜衛(wèi)士的作用也日趨重要。 鍵盤式電子密碼在鍵盤上輸入，與打電話差不多，因而易于掌握，其突出優(yōu)點是 “密碼 ”是記在被授權人腦子里的數(shù)字和字符，既準確又可靠，不會丟失（除了忘記），難以被竊（除非自己泄露）。當然，密碼又不能太復雜，太復雜了可能自己都糊涂了，或者輸入密碼操作成功率低，造成使用不便。在輸入密碼的過程中，為了限制試探密碼的企圖，通常輸入錯誤碼若干次或若干時間內輸入不正確，即 “封鎖 ”鍵盤，不再接受輸入操作。在國外發(fā)展比較早，所以應用也比較廣泛，主要在 家庭裝 較貴重地方，銀行， 保險柜 等應用較多，在國內這方面發(fā)展也較快，不管自己開發(fā)或是引進都有，在重要地方應用也較多，由于價錢比普通 彈子鎖 較貴，早幾年應用較少，現(xiàn)在越來越普及到平?；磥淼陌l(fā)展也會越來越被大眾采用，由于它的功能、安全是彈子鎖無法相比的 [5]。 本章小結 本章首先講述了本文的選題來源及研究意義，然后講述了電子密碼鎖在國內的發(fā)展過程及特點，最后敘述了當前電子密碼鎖的應用及發(fā)展前景。其中矩陣鍵盤用于輸入數(shù)字密碼和進行各種功能的實現(xiàn)。 3．用戶可以自行設定和修改密碼； 4． 只有內部上電復位時才能設置或修改密碼。采用數(shù)字電路設計的方案好處就是設計簡單，但控制的準確性和靈活性差，故不采用。單片機具有資源豐富、速度快、編程容易等優(yōu)點。因此綜合考慮，本系統(tǒng)采用方案二。通過指紋讀取設備讀取到人體指紋的圖像，然后要對原始圖像進行初步的處理，使之更清 晰，再通過指紋辨識軟件建立指紋的特征數(shù)據(jù)。通常手指上平均具有 70 個節(jié)點，所以這種方法會產(chǎn)生大約 490 個數(shù)據(jù)。通過計算機模糊比較的方法，把兩個指紋的模板進行比較，計算出它們的相似程度，最終得到兩個指紋的匹配結果，從而判斷輸入結果的正確與否。 方案二：矩陣鍵盤輸入識別 由各按鍵組成的矩陣鍵盤每 條行線和列線都對應一條 I/O 口線，鍵位設在行線和列線的交叉點，當一個鍵按下就會有某一條行線與某一條列線接觸，只要確定接觸的是哪兩條線，即哪兩個 I/O 口線，就可以確定哪一個鍵被觸動。通過不斷讀行線口線，或者中斷方式觸發(fā)鍵位掃描。當某條列線置低時，某條行線也被拉低，則確定這兩條線的交點處的按鈕被按下。 本章 小結 本章主要圍繞電子密碼鎖系統(tǒng)展開，首先說明了電子密碼鎖的組成，然后介紹了主控制方案、密碼輸入方案論證與比較，最終選擇了最優(yōu)方案。 STC89C52是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 8k bytes 的可反復擦寫的 Flash只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 STC 公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內置通用8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，功能強大的 STC89C52 單片機可提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合。其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的 Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本 [7]。其引腳圖如圖31 示。 8 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號 PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號 EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內部程序存儲器讀指令。 P0 口（ Pin39～ Pin32）： 8 位雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P1 口（ Pin1～ Pin8）： 8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P2 口（ Pin21～ Pin28）： 8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P3 口（ Pin10～ Pin17）： 8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ LCD1602 顯示器介紹 液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。1602 型 LCD 可以顯示 2 行 16 個字符，有 8 位數(shù)產(chǎn)品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子據(jù)總線 D0D7 和 RS,R/W,EN 三個控制端口，工作電壓為 5V，并且具有字符對比度調節(jié)和背光功能。 第 2 腳： VDD 接 5V正電源。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。當RS 和 R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 R/W為高電平時可以讀忙信號，當 RS 為高電平 R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 16 腳：背光源負極。PROM，內含 2568 位存儲空間，具有工作電壓寬 (～ V)、擦寫次數(shù)多 (大于 10000 次 )、寫入速度快(小于 10 ms)、抗干擾能力強、數(shù)據(jù)不易丟失、體積小等特點。C 總線式進行數(shù)據(jù)讀寫的串行器件，占用很少的資源和 I/O 線，并且支持在線編程，進行數(shù)據(jù)實時的存取十分方便。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)對下一個存儲單元的讀寫。為降低總的寫入時間，一次操作可寫入多達 8 個字節(jié)的數(shù)據(jù)。他通過 SDA(串行數(shù)據(jù)線 )及 SCL(串行時鐘線 )兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別每個器件。C 規(guī)程，使用主 /從機雙向通信，主機 (通常為單片機 )和從機 (AT24C02)均可工作于接收器和發(fā)送器狀態(tài)。無論是 主機還是從機，接收到一個字節(jié)后必須發(fā)出一個確認信號 ACK。 管腳描述： SCL 為串行時鐘： 串行時鐘輸入管腳用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時鐘這是一個輸入管腳。 A0、 A A2 為器件地址輸入端： 當使用 24C02 時最大可級聯(lián) 8 個器件，如果只有一個 24C02 被總線尋址，這三個地址輸入腳 A0、 A A2 可懸空或連接到 Vss。管腳圖如圖 32 所示。 I2C 總線產(chǎn)生于在 80 年代，最初為音頻和視頻設備開發(fā)，如今主要在服務器管理中使用，其中包括單個組件狀態(tài)的通信。 I2C 總線的硬件結構： I2C 串行總線一般有兩根信號線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線 SDA，另一根是時鐘 10 線 SCL。 為了避免總線信號的混亂，要求各設備連接到總線的輸出端時必須是開漏輸出或集電極開路輸出。而串行時鐘線也應是雙向的，作為控制總線數(shù)據(jù)傳送的主機。所謂主機是指啟動數(shù)據(jù)的傳送（發(fā)出啟動信號）、發(fā)出時鐘信號以及傳送結束時發(fā)出停止信號的設備，通常主機都是微處理器。為了進行通訊，每個接到 I2C 總線的設備都有一個唯一的地址，以便于主機尋訪。凡是發(fā)送數(shù)據(jù)到總線的設備稱為發(fā)送器，從總線上接收數(shù)據(jù)的設備被稱為接受器。在 CPU 與被控 IC 之間、 IC 與 IC 之間進行雙向傳送，最高傳送速率 100kbps。 I2C 總線在傳送數(shù)據(jù)過程中共有三種類型信號， 它們分別是：開始信號、結束信號和應答信號。 結束信號： SCL為高電平時， SDA 由低電平向高電平跳變，結束傳送數(shù)據(jù)。 CPU 向受控單元發(fā)出一個信號后，等待受控單元發(fā) 出一個應答信號， CPU 接收到應答信號后，根據(jù)實際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷。如圖 33所示 圖 3 3 開始結束信號圖 目前有很多半導體集成電路上都集成了 I2C 接口。很多外圍器件如存儲器、監(jiān)控芯片等也提供 I2C 接口。器件發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上，則定義為發(fā)送器，器件接收數(shù)據(jù)則定義為接收器。 總SDA SCL 開始 結束 11 線必須由主器件（通常為微控制器）控制，主器件產(chǎn)生串行時鐘（ SCL）控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。 1） 控制字節(jié)： 在起始條件之后，必須是器件的控制字節(jié)，其中高四位為器件類型識別符（不同的芯片類型有不同的定 義， EEPROM 一般應為 1010），接著三位為片選，最后一位為讀寫位，當為 1 時為讀操作，為 0 時為寫操作。 3） 讀操作： 讀操作有三種基本操作：當前地址讀、隨機讀和順序讀。應當注意的是：最后一個讀操作的第 9 個時鐘周期不是 “不關心 ”。 硬件電路設計 本設計主要由單片機 、矩陣鍵盤、液晶顯示器和密碼存儲等部分組成。由用戶通過連接單片機的矩陣鍵盤輸入密碼，后經(jīng)過單片機對用戶輸入的密碼與自己保存的密碼進行對比，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。其中硬件部分由電源輸入部分、鍵盤輸入部分、復位部分、晶振部分、顯示部分、報警部分組成，軟件部分對應的由主程序、初始化程序、 LCD 顯示程序、鍵盤掃描程序、啟動程序、關閉程序、鍵功能程序、密碼設置 程序、 EEPROM 讀寫程序和延時程序等組成。無論是在單片機剛開始接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復位。地址鎖存信號 ALE 也為高電平。該電路在最簡單的復位電路下增加了手動復位按鍵 ，在接通電源瞬間，電容 C1 上的電壓很小，復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 RST 端的電壓小于某一數(shù)值后， CPU 脫離復位狀態(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 能夠可靠復位。當復位按鍵按下后電容 C1 通過 R5 放電。由于 R11R15 因此 RST 為高電平， CPU處于復位狀態(tài)，松手后，電容 C1 充電，RST 端電位 下降， CPU 脫離復位狀態(tài)。 12 圖 3 4 復位電路原理圖 晶振電路 ST89C52 引腳 XTAL1 和 XTAL2 與晶體振蕩器及電容 C C1 按圖 35 所示方式連接。根據(jù)實際情況，本設計中采用 12MHZ 做系統(tǒng)的外部晶振 [11]。 C2C3X T A L 圖 3 5 晶振電路原理圖 存儲電路 AT24C02 是一個 2K 位串行 CMOS E2PROM， 內部含有 256 個 8 位字節(jié)，CATALYST 公司的先進 CMOS 技術實質上減少了器件的功耗。該器件通過 IC 總線接口進行操作，有一個專門的寫保護功能。 管腳封裝 DIP：雙列直插式封裝，是最簡單的一種封裝技術。任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)（發(fā)送或接收）的模式，通過器件地址輸入端 A0、 A1 和 A2 可以實現(xiàn)將最多 8 個 AT24C02器件連接到總線上 [12]。 SDA 串行數(shù)據(jù) /地址 AT24C02 雙向串行數(shù)據(jù) /地址管腳用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收，SDA 是一個開漏輸出管腳，可與其它開漏輸出或集電極開路輸出進行線或（ wireOR）。當使用 AT24C02 時最大可級聯(lián) 8 個器件。 WP 寫保護 如果 WP 管腳連接到 Vcc，所有的內容都被寫保護只能讀。 圖 3 6 掉電存儲電路原理圖 圖中 3 腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址，在 AT89S51 上它們都能接地，第 5 腳和第 8 腳分別為正、負電源。 鍵盤輸入電路 A0 1 A1 2 A2 3 GND 4 VCC 5 WP 6 SCL 7 SDL 8 U3 AT24C02 VCC R20 510 R21 510 VCC 14 由于本設計所用到的按鍵數(shù)量較多而不適合用獨立按鍵式鍵盤。本設計中使用的這個 4*4 鍵盤不但能完成密碼的輸入還能作特別功能鍵使用，比如清空顯示功能等 [13]。其大體功能（看鍵盤按鍵上的標記）及與單片機引腳接法如圖 37 所示： 圖 3 7 鍵盤輸入原理圖 顯示電路 為了提高密碼鎖的密碼顯示效果能力。只有按下鍵盤上的開啟按鍵后，顯示器才處于開啟狀態(tài)。否則顯示器將一直處于初始狀態(tài)，當需要對密碼鎖進行開鎖時，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 *。通過 LCD 顯示屏，可以清楚的判斷出密碼鎖所處的狀態(tài) 。這樣輸出的電壓一般能滿足要求。如圖 310R10 10k DB0 7 DB1 8 DB2 9 DB3 10 DB4 11 DB5 12 DB6 13 DB7 14 RS 4 R/W 5 E 6 VCC 2 VL+ 15 VL 16 VSS 1 VEE 3 U2 LCD1602 VCC E2 1 2 POWER 2PIN 16 所示： 圖 3 10 報警電路原理圖 開鎖電路 通過單片機開鎖執(zhí)行機構，電路驅動電磁鎖吸合，從而達到開鎖的目的。 圖 3 11 密碼鎖開鎖機構示意圖 當用戶輸入的密碼正確時，單片機便輸出開門信號，送到開鎖驅動電路，然后驅動電磁鎖，達到開門的目的。 電路由驅動和開鎖兩級組成。 D1 是開鎖指示燈；由 D C5 組成開鎖。電磁鎖的選用要視情況而定