某智能密码锁设计方案

1 某智能密码锁设计方案 第 1 章 概述 随着 科学技术的发展和 人们生活水平的提高，如何实现 保密 防盗这一问题变的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单， 失效 的事件屡见不鲜， 智能密码 锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的亲呢。 智能密码锁控制是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。智能密码控制不论性能还是安全性都已大大超过了机械类。其特点如下： 1) 保密性好，编码量多，远远大于机械控制。随机开锁成功率几乎为零。 2) 密码可变，用 户可以随时更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使控制的保密性下降。 3) 误码输入保护，当输入密码多次错误时，报警系统自动启动。 4) 无活动零件，不会磨损，寿命长。 5) 使用灵活性好，不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁。 6) 智能密码控制系统具有操作简单易行，一学即会的特点。 老师布置下这个课题时，其任务要求条件如下： 计内容 （ 1） 密码的设定 ： 此密码是固定在程序存储器 ，假设预设的密码为 “12345” 共 5 位密码。 2 （ 2） 密码的输入： 采用两个按键 来完成密码的输入，其中一个按键为功能键，另一个按键为数字键 ,密码的输入过程。 然后 进入密码的判断比较处理状态并给出相应的处理过程。 （ 3） 按键禁止功能：初始化时，允许按键输入密码，当有按键按下并开始进入按键识别状态时，按键禁止功能被激活，但启动的状态 是 在 3次密码输入不正确的情况下发生的。 （ 4）报警功能：当有密码输入并且密码判断后，如果密码错误则会有个短时间的报警，当在 3 次输入不正确的情况下时会一直报警下去，直到断掉电源，同时也 禁止 再输入。 （ 5）接通电源后数码管没有显示，在允许按键输入密码的情况 时，输入一个数数码管则会显示一个数，既通过数码管显示所键入的密码值。 计要求 （ 1）设计方案要合理、正确； （ 2）系统硬件设计及焊接制作； （ 3）系统软件设计及调试； （ 4）系统联调。 主要设计条件 （ 1） 片机实验操作台 1 台； （ 2） 及单片机调试软件； （ 3）单片机应用系统板 1 套； （ 4）制作工具 1 套； （ 5）系统设计所需的元器件。 基于以上，我的此次课程设计以单片机 核心，完成智能 3 密码锁的设计。 第 2 章 系统总体方案设计 此次课程设计 基 于单片机控制的 智能 密码锁 ，接到课题后，根据老师布置的任务和相关要求，结合主要设计条件，我设计了如下方案，其总体方案设计如下： 此控制 系统由单片机系统、 4*4 矩阵键盘、 6 位 码管 显示和报警系统组成。系统能完成开锁、超时报警功能。 片机系统 此次课题 采用 的 是 一种 以 核心的单片机控制方案。利用单片机灵活的编程设计和丰富的 口，及其控制的准确性， 进行智能密码锁的设计。此次课题用单片机 与键 盘相连做输入口， 与显示器相连做显示， 做显示器扫描并且驱动数码管。 阵键盘接口电路 此次课程设计采用 4*4 矩阵键盘，与 相连，采用扫描法。开机显示 000000，等待密码输入，输入 6 个密码。键盘所有键的功能的组成如下： （ 1）设有 0 9 十个数字键，作为智能密码锁得密码输入。 （ 2）欲更改密码时，先输入新密码再按“ *” ，即可建立新的密码。（ 3）按“ #” ，清楚显示器为“ 00000” 。 （ 4）要显示密码，按住“ C”不放则显示密码，放开则显示“ 00000” 。 （ 5）输入新密码， 再按“ D”开门键。若号码与密码相符合，则会 4 打开，否则显示器会清楚为“ 00000”。 示电路 此次课程设计 5 位密码 6 显示器，按键后即动态显示。 送示数据， 显示扫描，根据按键次数，第一位显示器显示第一次按的密码，第二位显示器显示第二次按的密码，第三位显示器显示第三次按的密码，依此第六位显示器显示第六次按的密码，按键完成后按确认键后，密码对则执行相关动作，不同则显示器清零，等待重新输入。 报警系统 此次课程设计，当按键错误后，系统会报警一小段时间，当错误次数到三次时， 系统一直报警，报警装置由一扬声器实现，从 输出脉冲，使扬声器鸣报警。 号灯 此次课程设计，当按键错误后， 灯亮，从 出低电平进行触发，使得红灯亮，提示密码错误请重新输入。当输入密码正确后，灯亮，从 出低电平触发绿灯亮，提示密码正确开锁成功。 5 第 3 章 硬件电路设计 盘电路设计 盘电路设计原理 此键盘系统使用 4*4 矩阵键盘，所以本设计就采用行列式键盘，同时也能减少键盘与单片机接口时所占用的 I/O 线的 数目，在按键比较多的时候，通常采用这样方法。其原理如图 示： 图 阵式键盘电路图 6 每一条水平（行线）与垂直线（列线）的交叉处不相通，而是通过 一个按键来连通，利用这种行列式矩阵结构只需要 N 条行线和 M 条列线，即可组成具有 N M 个按键的键盘。 在这种行列式矩阵键盘 非键盘编码的单片机系统中，键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。 当确认有按键按下后，下一步就要识别哪一个按键按下。对键的识别通常有两种方法：一种是常用的逐行扫描查询法；另一种是速度较快的线反转法。 对照图 示的 4 4 键盘，说明线反转个工作原理。 首先辨别键盘中有无键按下，有单片机 I/O 口向键盘送全扫描字，然后读入行线状态来判断。方法是：向行线输出全扫描字 00H，把全部列线置为低电平，然后将列线的电平状态读入累加器 A 中。如果有按键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为 1。 阵式键盘的识别方法 确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一种 “行扫描法 ”。行扫描法行扫法又称为逐行 (或列 )扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，如上图所示键盘，介绍过程如下。 判断键盘中有无键按下 ： （ 1） 先 将行线 0111，然后检测列线的状态。 0111，则 按下；如果 1011，则 按下；如果 1101，则 按下；如果 1110，则 按下。 （ 2） 将行线 1011，然后检测 列线的状态 ，方法同（ 1）； （ 3） 将行线 1101，然后检测列线的状态 ，方法同（ 1）； （ 4） 将行线 1110，然后检测列线的状态 ，方法同（ 1） . 7 体的功能设计 键盘按键的功能设计如下如表 表 键功能 按键 键名 功能说明 1 9 键 数字键 输入密码 * 键 重设密码键 设定新密码 D 键 确定键 比较密码 # 键 清除键 使显示器清零 示电路设计 示电路原理图 本系统设计的显示电路是为了给使用 者以提示而设置的。本系统的显示采用串行显示的方式，只使用单片机的一个串行口，利用 744制位选信号，就可以完成单片机的显示功能，显示电路的电路原理图如图 示。 用 74 A， B， C， D 四端口， 74输出口接 七段显示；而 74 A， B， C 三个输入口， 74输出口接 位显示。通过软件实现数字和位控制。 8 图 示电路 示原理 是 发光二极管的英文缩写，简称 是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。 显示器显示接口按驱动方式可分为静态显示和动态显示，静态显示时，除变更显示数据期间外，各显示器均处于通电状态，每个显示器的通电占空比为100%，静态显示的优点是显示稳定，亮度高，缺点是占用硬件电路多；动态显示的优点是节省硬件电路，缺点是占用软件扫描时占用 间多。对于多位 示器，通常都 是采用动态扫描的方法进行显示，即逐个地循环点亮各位显示器，这样虽然在任一时刻只有一显示器被点 9 亮，但是由于人眼具有视觉残留效应，看起来与全部显示器持续点亮效果完全一样。 为了实现 示器的动态扫描，除了要给显示器的输入之外，还有对显示器选择位的控制，这就是通常所说的段控和位控。因此，多位 示器接口电路需要有两个输出口，其中一个用于 8 条段控线，另一个用于输出位控线，位控线的数目等于显示器的位数。 为了方便编写程序，通常在内部 设置显示缓冲区，存放显示的数字或字符，显示缓冲区单元个数与 示器位数相同。 此次基于单片机的电子密码锁，我选用动态显示，通过与软件配合，每输入一个密码，进行显示一次，扫描， 6 个密码输入完后，进行比较，密码正确则开锁，密码错误，可重新输入三次，三次后仍然错误，报警！ 示的功能表 用 74以控制输出什么字型。 74逻辑功能表如表 示： 表 74逻辑功能表 10 用 74制位循环显示，其逻辑功能表如表 表 74辑功能表 C B A 2 3 5 7 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 3 3 报警电路设计 警电路原理图 报警电路设计原理图如图 示： 图 警电路原理图 11 报警电路原理 报警模块由蜂鸣器和单片机组成。选择一只压电式蜂鸣器，压电式蜂鸣器工作时约需要 100动电流。蜂鸣器电路如图 示。当 输出为高电平时，蜂鸣器产生蜂鸣音， 出为低电平时，蜂鸣器不发声。 号灯电路 号灯原理图 信号灯原理图如图 示： 图 号灯电路图 12 号灯的原理 号灯是功能用来显示开锁是否成功。当输入密码错误时，则红色的信号灯亮，表示密码错误开锁失败请重新输入。当输入的密码正确时，绿色信号灯亮，表示开锁成功。单片机 输出低电平时，绿色灯亮，说明开锁成功。 输出为低电平时，红色灯亮，此时说明输入的密码错误开锁失败。 13 第 4 章 软件设计 件总体设计思路 智能密码锁工作的主要过程是 码管提示开始输入密码，通过键盘输入密码，同时 示密码输入情况，按下确认键后 判断密码的正确性，作出开锁或报警处理。当输入密码连续输入错误 3 次时，系统报警。 由于采用两个按键来完成密码的输入，那么其中一个按键为功能键，另一个按键为数字键。在输入过程中，首先输入密码的长度，接着根据密码的长度输入密码的位数，直到所有长度的密码都已经输入完毕；或者输入确认功能键之后，才能完成密码的输入过程。进入密码的判断比较处理状态并给出相应的处理过程。 软件的设计主要包括：密码的固定、键盘识别判断、密码显示、密码比较、密码对处理、错报警。 软件设计总流程图 示： 图 甲设计总流程图 开始 固定密码 键盘扫描判断识别（循环） 动态密码显示 密码比较 比较后相关处理 结束 14 子程序设计 码的固定定 将密码固定在程序存储器 ，设定 6 位密码，密码固定在 30H 到 35H 六个单元中 盘扫描子程序 键盘扫描流程图如图 图 键盘扫描流程图 15 键盘进行扫描时首先给 送个初值，再读取检测 的状态是否发生变化的，再循环一位来检测是否有按键被按下，发现有按键按下时马上延时一定的时间 进行去抖动，再次检测，发现还是有键被按下这时可以去获取被按键的按键值。同时出入显示器单元里面之后调用显示子程序并显示被按下的键锁代表的值。此时再回到扫描程序继续扫描被按键。不是数字键时就去实行相应的功能程序。 示子程序 示流程图如图 示： 图 示流程图 从显示单元中获取按键值，再的到一个显示器所要显示的代码值有按键值加上 74扫描值。送到 通过数码管动态显示出来， 16 密码比较和报警程序 密码比较和报警流程图如图 示： 图 码比较和报警流程 密码输入完成之后，待按下开锁键后，开始进行密码比较，即将设定密码单元30H34H 的密码与输入密码 40H44H 的密码进行一一比较，如果相同，则密码正确， 低电平，绿灯亮开锁。如果密码错误，则显示器清零，重新等待输入密码， 低电平并且红灯亮。如果三次输入错，则 出脉冲，使接在 使扬声器鸣笛报警。 17 第 5 章 系统调试 本次调试采用 件仿真。首先设计智能密码锁的源程序，源程序经过汇编后，生成的目标文件经过仿真调试 。 依次按下 1， 2， 3， 4， 5 后， 示如图 示 按下确定键后，二极管亮，表示密码正确开门。如图 码正确开门 18 总 结 课程设计是培养学生综合运用所学知识 ,发现 ,提出 ,分析和解决实际问题 ,锻炼实践能力的重要环节 ,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程 片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域， 在 生活中 可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的 此次的课程 设计主要针对的是由单片机控制系统的智能密码锁设计，本系统由单片机系统、矩阵键盘、 示组成、报警系统和信号指示灯所组成。系统能完成开锁、报警和三次输入错误后的禁此输入功能，以及删减输入显示等的功能。其中包括硬件设计和软件设计，硬件设计是简单的，但是软件设计是比较复杂的，通过单片机控制扫描矩阵键盘的输入值，再通过单片机软件控制输出信号控制 显示功能的。 态显示当前输入数字的值。矩阵键盘是先扫描行再扫描列而得到按键值的。 在此次课程设计中，让我更加深刻的了解和认识了单片机，提高了自己的动手实践和 思考的能力，特别是思考如何扫描键盘和如何去显示自己想要显示的东西。之前感觉没有什么思路，但是现在感觉都比较简单了。同时也提高了一定的专业素质。最主要是学会了如何去思考问题。但是这次的课程设计不足的地方是不能够及时的更改密码，这样灵活性不是太大。 19 参 考 文 献 1 王迎旭主编 . 单片机原理及及应用 . 北京： 机械工业出版社 2001 2 周航慈编著 . 单片机应用程序设计技术 . 北京： 北京航空航天大学出版社 2002 3 谢宜仁主编 . 单片机实用技术问答 . 北京： 人 民邮电出版社 2002 4 许立梓主编 . 微型计算机原理及应用 . 北京： 机械工业出版社 2002 5 刘乐善主编 . 微型计算机接口技术及应用 . 武汉：华中理工大学出版社 2000 6 邹逢兴主编 . 计算机硬件技术基础试验教程 . 北京：高等教育出版社 2000 7 周佩玲主编 . 16 位微型计算机原理接口及其应用 . 合肥：中国科学技术大学出版社 2000 8 吴秀清主编 . 微型计算机原理与接口技术 . 北京：中国科学技术出版社 2001 9 邓亚平主编 . 微型计算机接口技术 . 北 京： 清华大学出版社 2001 20 附 录 附录 000H 100H 0H,#01H 1H,#02H