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免費基于單片機控制的電子密碼鎖(一)
【摘要】
在當前信息高速發達的21世紀，信息安全越來越重要，具有防盜報警功能的電子密碼鎖逐漸代替傳統的機械式密碼鎖，克服了機械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點，使密碼鎖無論在技術上還是在性能上都大大提高一步。隨著大規模集成電路技術的發展，特別是單片機的問世，出現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、專家分析系統等功能，從而使密碼鎖具有很高的安全性、可靠性，應用日益廣泛。
關鍵詞： 電子密碼鎖，單片機，微處理器
目錄
1 概述 3
1.1 實習單位簡介 3
1.2 實習過程的基本回顧 3
2 實習項目簡介 3
2.1 項目介紹 3
2.2 基本原理 4
2.3方案論證 4
3電路的功能單元設計 6
3.1開鎖機構 6
3.2按鍵電路設計 7
3.3顯示電路設計 9
3.4 AT24C02掉電存儲單元的設計 10
3.5密碼鎖的電源電路設計 11
3.6設計總框圖 12
3.7設計總體電路圖 13
3.8程序設計 13
3.8.1模塊介紹 13
3.8.2程序流程圖 14
收獲與體會 15
結束語 16
參考文獻 17
1 概述
隨著人們生活水平的提高，如何實現家庭防盜這一問題也變的尤其的突出，傳統的機械鎖由于其構造的簡單，被撬的事件屢見不鮮，電子鎖由于其保密性高，使用靈活性好，安全系數高，受到了廣大用戶的親呢。
1.1 實習單位簡介
格蘭仕公司創立于 1978年， 27年來，格蘭仕健康、持續、快速發展。定位于“全球名牌家電制造中心”，到2004年，2萬余名格蘭仕人致力于推動“全球微波爐制造中心”、“全球空調制造中心”、“全球小家電制造中心”三大制造基地的發展，保持微波爐制造、光波爐制造世界第一，進入世界一線空調品牌陣營，格蘭仕電器產品旺銷全球近200個國家和地區，集團年銷售額130億元、出口創匯7億美元。
2001年以來，格蘭仕在帶著微波爐產業穩步升級的同時，開始在空調和小家電領域帶給世人驚喜。2004年，格蘭仕世界首創光波空調風靡全球，產銷規模擴張到260萬臺，成為世界一線空調品牌。2004年12月，格蘭仕“全球最先進的超大規模空調制造基地”建成，并宣布停產普通空調、全線轉產高檔光波空調，計劃再用三年左右的時間，空調年產銷規模支撐到1200萬臺，創建微波爐、光波爐之后的又一個“世界第一”。 1.2 實習過程的基本回顧
本人自2007年12月至2008年3月在廣東格蘭仕集團微波爐制造公司的電器車間實習，主要從事單片機和二極管的安裝。通過實習對單片機和二極管有了全面的認識，而且還能識別他們的類型和用途。
2 實習項目簡介
本系統由單片機系統、矩陣鍵盤、LED顯示和報警系統組成。系統能完成開鎖、超時報警、超次鎖定、管理員解密、修改用戶密碼基本的密碼鎖的功能。除上述基本的密碼鎖功能外，還具有調電存儲、聲光提示等功能，依據實際的情況還可以添加遙控功能。本系統成本低廉，功能實用。
2.1 項目介紹
單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內存、內部和外部總線系統，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設備。而現在最強大的單片機系統甚至可以將聲音、圖像、網絡、復雜的輸入輸出系統集成在一塊芯片上。 目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統，錄象機、攝象機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫療器械了。因此，單片機的學習、開發與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。
2.2 基本原理
電子密碼鎖是一種通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作，從而控制機械開關的閉合，完成開鎖、閉鎖任務的電子產品。它的種類很多，有簡易的電路產品，也有基于芯片的性價比較高的產品。現在應用較廣的電子密碼鎖是以芯片為核心，通過編程來實現的。
電子密碼鎖的組成框圖，它是以51系列單片機(AT89s51)為核心，配以相應硬件電路，完成密碼的設置、存貯、識別和顯示、驅動電磁執行器并檢測其驅動電流值、接收傳感器送來的報警信號、發送數據等功能。
單片機接收鍵入的代碼，并與存貯在EEPROM中的密碼進行比較，如果密碼正確，則驅動電磁執行器開鎖；如果密碼不正確，則允許操作人員重新輸入密碼，最多可輸入三次；如果三次都不正確，則單片機通過通信線路向智能監控器報警。單片機將每次開鎖操作和此時電磁執行器的驅動電流值作為狀態信息發送給智能監控器，同時將接收來自傳感器接口的報警信息也發送給智能監控器，作為智能化分析的依據。
2.3方案論證
設計本課題時構思了兩種方案：一種是用以AT89s51為核心的單片機控制方案；另一種是用以74LS112雙JK觸發器構成的數字邏輯電路控制方案。考慮到數字電路方案原理過于簡單，而且不能滿足現在的安全需求，所以本文采用前一種方案。
方案一：采用數字電路控制。其原理方框圖如圖2－1所示。
圖2－1 數字密碼鎖電路方案
采用數字密碼鎖電路的好處就是設計簡單。用以74LS112雙JK觸發器構成的數字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，共設了9個用戶輸入鍵，其中只有4個是有效的密碼按鍵，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、執行電路、報警電路、鍵盤輸入次數鎖定電路。
方案二：采用一種是用以AT89S51為核心的單片機控制方案。利用單片機靈活的編程設計和豐富的IO端口，及其控制的準確性，不但能實現基本的密碼鎖功能，還能添加調電存儲、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進行升級，所以我們采用后一種方案。
3電路的功能單元設計
3.1開鎖機構
通過單片機送給開鎖執行機構，電路驅動電磁鎖吸合，從而達到開鎖的目的。其原理如圖3－1所示。
圖3－1 密碼鎖開鎖機構示意圖
當用戶輸入的密碼正確而且是在規定的時間（普通用戶要求在12s內輸入正確的密碼，管理員要求在5s輸入正確的密碼）輸入的話，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。其實際電路如圖3－2所示。
電路驅動和開鎖兩級組成。由D5、R1、T10組成驅動電路，其中T10可以選擇普通的小功率三極管如9014、9018都可以滿足要求。D5作為開鎖的提示；由D6、C24、T11組成。其中D6、C24是為了消除電磁鎖可能產生的反向高電壓以及可能產生的電磁干擾。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。
在本次設計中，基于節省材料的原則，暫時用發光二極管代替電磁鎖，發光管亮，表示開鎖；滅，表示沒有開鎖。
圖3－2密碼鎖開鎖機構電路圖
3.2按鍵電路設計
由于設計要求使用矩陣鍵盤，所以本設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線的數目，在按鍵比較多的時候，通常采用這樣方法。其原理如圖3—3所示。
圖3－3 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構只需要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中，鍵盤處理程序首先執行等待按鍵并確認有無按鍵按下的程序段。
當確認有按鍵按下后，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法。
對照圖3－3所示的44鍵盤，說明線反轉個工作原理。
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，檢查行輸入狀態來實現的。方法是：依次給列線送低電平，然后查所有行線狀態，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3－4所示。共計數字鍵10個，功能鍵6個。鍵盤上還有3個指示燈和一個蜂鳴器。
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