智能密码锁的设计 - 图文(2)

陕西理工学院毕业论文

1 绪论

1.1、课题背景和意义

由于电子技术和计算机技术的迅速发展,单片机性能有很多提高,不仅性价比有了进步,而且技术也得到了改进。与此同时单片机具有体积小,重量轻,价格便宜,功耗低,强大的控制功能和操作速度等,因此在国民经济建设、军事和家用电器等领域得到了广泛的应用。这个设计使用单片机和额外的电子组件实现数据采集和控制算法,提供了一个使用函数和提高学生对整个电路设计的能力和掌握、了解单片机系统设计的过程,以及对电路板的实际生产和调试功能的了解。还加强了对数字电路、单片机原理和课

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程知识的实际应用能力,也为类似产品的进一步发展奠定理论和实践基础。

随着时代的飞速发展，人民物质极大丰富，生活水平不断提高，因此人们对安全的要求也越来越重视，锁是人们长期以来看家护院的必需品之一，因此人们对它的要求也更加严苛，不仅要能保护财产还要能存储信息，不仅要方便实用还要能有很高的辨识度。因此，电子类的密码锁应运而生。

从目前来看，在西方发达国家，电子密码锁技术发展较快，电子密码锁已被广泛应用于智能门禁系统中，通过多种更加安全、更加可靠的技术增强了大门的管理的安全系数。然而我国电子锁整体水平仍与国际上的整体水平有着很大差异，由于技术的局限性，因此电子密码锁的成本还很高，在市场上，一般以按键电子锁为主流。但国内自主研发的电子锁，应用还不广泛。但是值得高兴的是，国内的不少企业已经积极学习和了解了先进的技术，发展前景非常可观。希望通过不断的努力，使电子密码锁在我国

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也能得到广泛应用。

1.2、电子密码锁未来的发展走势

一般来说,防盗锁的关键就是锁坚固的外壳,开锁的方式，锁的布局等。提高电子锁的保护的一般方式是报警,在许多地方金融业值班,电视监控、警报可以集成物理安全预防和人类两个效果。警报是提供检测函数,根据电子锁和使用前提的保护需求,你可以选择各种各样的检测手段。在中国城市金融行业,联网报警逐渐所有金融机构的基本要求。根据国内外的实践经验,金融行业采取安全风险水平的划分是必要的,基于防盗报警设备的使用性能、安装布局,可以评估和员工值班状态保护盾或地区,从而获得风险水平,这对于研究和改善电子锁的性能是至关重要的一点。

钥匙的开锁信息可以是数字、字符、时间、人体器官识别等可以利用的信息，组合使用这些信息能够使电子密码锁获得高度的保密性，如防范森严的金库，需要使用复合信息密码的电子密码锁，这样对盗贼而言是“道高一尺、魔高一丈”。组合使用信息也能够使电子密码锁获得无穷扩展的可能，使产品多样化，对用户而言是“千挑百选、自得其所”。

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2 总体设计方案的确定

2.1本次密码锁的具体功能实现要求

（1）本设计要求在输入密码时在LCD屏幕上显示*号，从而可以防止密码被第三方窃取。 （2）设计开锁密码的位数为六位。

（3）能够使LCD显示器在密码正确时显示open，密码错误时显示error，输入密码时显示input 。 （4）输入密码错误超过三次则自动锁定。

（5）4×4的矩阵键盘主要包含0-9的数字键、*、#和A-D的功能键。

（6）本次设计的密码锁具备报警功能，当输入密码错误时蜂鸣器发出提示音。

（7）密码可以由用户自己修改设定（只支持6位密码），修改密码之前必须再次输入密码，在输入

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新密码时候需要二次确认。 2.2总体设计方案选定

方案一：应用数字电路进行操作控制。

采取74LS112双JK触发器组成的数字逻辑电路成为密码锁的基础操控部分，总体设置了9个用户输入键，里面仅仅4个是有用的密码按键，其它的按键为干扰按键，如果压下扰乱键，键盘键入电路自己置零，以前键入的密码就会消失，要求重新键入；假如用户输入密码的时间超过10秒，报警模块将报警20秒，若连续报警三次，密码锁将锁定键盘2分钟，防止他人的非法操作。采用数字电路设计的方案好处就是设计简单但控制的准确性和灵活性差。故不采用。

方案二：采用一种是用以AT89C52为核心的单片机控制方案。 选用单片机AT89C52作为本设计的核心元件，通过键盘输入密码，同时通过键盘与单片机连接的I/O口，将输入的密码与单片机已存储的密码进行比对，再通过与单片机连接的显示电路显示开锁成功与否，若开锁成功，则与密码锁相连的负载开始工作，锁被打开。其原理如下图2.1所示：

输 入密 码 返回 单片机微控制器 密码 正确 电磁锁 开锁驱动电路 图2.1 单片机控制的开锁过程

可以看出方案二控制灵活准确性好且保密性强还具有扩展功能，贴近现实生活的需要，并且干扰项比较少，安全性比较高，因此本设计采用方案二。

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3 系统硬件设计

3.1 设计原理

本设计主要由单片机、键盘输入、显示部分和密码的放掉电存储等部分组成。其中键盘输入用于输入数字密码和修改密码等功能。开锁的过程是密码被用户通过连接单片机的矩阵键盘输入，输入的密码被与之前单片机内部保存的密码进行核对，由此确定密码正确与否，以后单片机操控引脚的高低电平给予开锁电路部分异或警示电路来开锁或者报警。

本系统共有两部分构成，即硬件部分和软件部分。里面硬件方面包括供电方面，键盘输入方面，密码存储方面，复位电路方面，时钟方面，显示方面，报警方面，开锁方面，软件方面相对的包括主程序、恢复初始程序，LCD显示程序，键盘扫绘程序，开启程序，闭合程序，密码设计程序，EEPROM读写程序

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与延时程序等构成。其原理框图如图3.1所示。

键盘输入 复位电路 AT89C52 电源输入 显示电路 报警电路 密码存储电路 开锁电路 晶振电路

3.1 电子密码锁的构成框架

3.2 单片机AT89C52简介

AT89C52之所以是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，是因为它具有 8K 可反复擦写Flash 存储器。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或

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硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。AT89C52主要功能如表1所示，其DIP封装如图3.2所示:

表3.1 AT89C52主要功能

主要功能特性

兼容MCS51指令系统 32个双向I/O口

3个16位可编程定时/计数器中断

2个串行中断 2个外部中断源 2个读写中断口线 低功耗空闲和掉电模式

8K可反复擦写Flash ROM

256x8bit内部RAM 时钟频率0-24MHz 可编程UART串行通道

共6个中断源 3级加密位

软件设置睡眠和唤醒功能

AT89C52引脚介绍:

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提供电源的管脚：

VCC(Pin40)：电源输入，连接＋5V电源 GND(Pin20)：接地的管脚 ②外接晶振引脚

XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端 XTAL2(Pin18)：片内振荡电路的输出端 ③控制引脚

RST/VPP(Pin9)：复位引脚，单片机复位时需要此引脚出现两个周期的高电平。 ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号。 PSEN(Pin29)：外部存储器存进数据信号。

EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。

④可编程输入/输出引脚

AT89C52单片机内含4组8位的可编程I/O口，即P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。

P0口（Pin39～Pin32）：8位双向I/O口线，从P0.0～P0.7 P1口（Pin1～Pin8）：8位准双向I/O口线，从P1.0～P1.7 P2口（Pin21～Pin28）：8位准双向I/O口线，从P2.0～P2.7 P3口（Pin10～Pin17）：8位准双向I/O口线，从P3.0～P3.7

U11234567891011121314151617181920P10P11P12P13P14P15P16P17RESETP30/RXDP31/TXDP32/INT0P33/INT1P34/T0P35/T1P36WRP37/RDX2X1GNDSTC89C52VCCP00P01P02P03P04P05P06P07EA/VPALE/PPSENP27P26P25P24P23P22P21P204039383736353433323130292827262524232221 图3.2 AT89C52 DIP封装图

电子密码锁的最小系统包括单片机及其所须的必要的电源、时钟、复位等部件，能使单片机始终处于正常的运行状态。因为电源、时钟等电路是使单片机能运行的必备条件，可以将最小系统作为应用系统的核心部分，通过对其进行存储器扩展、A/D扩展等，使单片机完成较复杂的功能。

最小系统的结构如图3.3所示，由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。

图3.3单片机最小系统原理框图

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复位电路 时钟电路 AT89C52单片机 I/O口 陕西理工学院毕业论文

(1) 时钟电路

内部时钟和外部时钟，通常作为AT89C52的时钟信号的两种产生方式。内部时钟方式如图3.4所示。在AT89C52单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1(18)和XTAL2(19)引脚外接石英晶体，就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。图中电容C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值在5~30pF，在此选为30pF。晶振CYS的振荡频率范围在1.2~12MHz，单片机的振荡频率越大，时钟周期就越快，在此时钟电路选择采用11.0592M的唯一目的是为了获得精准的串口通信

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频率，它能够精准的生成9600的波特率，在串口通信中较常用。

(2) 复位电路

当在AT89C52单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作(若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态)。

C21830pFY1C311.0592MHz1930pF图3.4 AT89C52内部时钟电路

比较简易的上电自动恢复电路里面上电自动恢复是经过外部恢复电路的电容充放电来达到的。一旦Vcc的提高时间不大于1ms,就能够达到自动上电恢复。

除去上电恢复外，同时还要求按下手动恢复。本方案是采取的为电平式的按下手动恢复。里面电平恢复是经过RST(9)端和电源Vcc连通而达到的。

VCCS49C1R110uF10k 图3.5 AT89C52复位电路

（3） AT89C52中断过程的介绍

中断技术通常用于同步的测量和操纵，控制单片机在第一时间来响应中断源发出的中断信号，同时及时的在片内进行分析和处理，这是由片内的中断系统来进行相应的控制和处理。当中断的信号和要求被中断源发出时，一旦中断的条件通过后，单片机将会先放下手头正在处理的程序，跳到中断请求处进行中断的请求。中断的请求被完成以后，再回到先前被暂停的程序之处（断点），接着进行先前的程序

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操作。图3.6为整个中断响应和处理过程。

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