电子密码锁的设计毕业论文

PAGEPAGE12目录1绪论 31.1背景 31.2电子锁的特点 31.3电子密码锁的的发展趋势 42总体方案 52.1系统结构 52.2确定方案 53硬件设计 63.1单片机AT89C51简介 63.1.1主要特性 63.1.2管脚的说明 63.2输入键盘 83.3显示部分 83.4引脚的功能 84软件设计 104.1软件设计方案 104.2软件设计总流程图 114.3具体功能软件实施 114.3.1键盘扫描 114.3.2按键消抖 124.3.3液晶显示 124.3.4密码修改 12总结 13主要参考文献 13致谢 13电子密码锁的设计摘要在日常的生活和工作中,住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需携带多把钥匙,使用极不方便,且钥匙丢失后安全性即大打折扣。随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点.基于以上思路，本次设计使用ATMEL公司的AT89C51实现一基于单片机的电子密码锁的设计.关键字：AT89C51、电子智能锁、24C021绪论1.1背景随着人们对安全的重视和科技的发展，许多电子智能锁（指纹识别、IC卡辨认）已在国内外相继面世。但是这些产品的特点是针对特定的指纹和有效卡，只能适用于保密要求的箱、柜、门等。而且指纹识识别器若在公共场所使用存在容易机械损坏，IC卡还存在容易丢失、损坏等特点。加上其成本较高，一定程度上限制了这类产品的普及和推广。鉴于目前的技术水平与市场的接收程度，电子密码锁是这类电子防盗产品的主流.若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需携带多把钥匙,使用极不方便,且钥匙丢失后安全性即大打折扣。随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。1.2电子锁的特点电子锁是采取电子电路控制，以电磁铁或者卫星电机和锁体作为执行装置的机电一体化锁具，相比传统的机械锁具，电子锁不使用金属钥匙，保密性、精度都有很大提高。电子密码锁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。它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。其性能和安全性已大大超过了机械锁，主要特点如下：1．保密性好，编码量多，远远大于弹子锁。随机开锁成功率几乎为零。2．密码可变。用户可以经常更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降。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，防止他人试探密码。1.3电子密码锁的的发展趋势从目前的技术水平和市场认可程度看，使用最为广泛的是键盘式电子密码锁，该产品主要应用于保险箱、保险柜和金库，还有一部分应用于保管箱和运钞车。键盘式电子密码在键盘上输入，与打电话差不多，因而易于掌握，其突出优点是“密码”是记在被授权人脑子里的数字和字符，既准确又可靠，不会丢失（除了忘记），难以被窃（除非自己泄露）。但是密码不能太简单，太简单了就容易被他人在键盘上试探出来，或者可能被旁观者窥测出来，造成保密性不足。当然，密码又不能太复杂，太复杂了可能自己都糊涂了，或者输入密码操作成功率低，造成使用不便。因此，为了发扬优点、克服弱点，键盘式电子密码也在不断发展中，如“任意设定密码”技术使得被授权人可以根据自己的需要或喜好设定密码，常用常新；而“自动更改密码”技术使得本次输入的密码将自动更改成下次应输入的密码，更改的规律不为他人所知，因而不怕旁观者窥测；独出心裁的“键盘乱序显示”技术使得键盘上的固定键位每次显示出的字符不固定，并且显示的窄小角度只能由操作者正面看得到，因而即使旁观者看见操作动作也难以窥测出密码；“多重密码设定”技术使得单组密码不一定有效，适合多人分权使用，需要输入两组以上的密码才被认可，大大提高了保密性，如果限定输入这些密码的先后顺序或时间区段，则保密性还可提高。在输入密码的过程中，为了限制试探密码的企图，通常输入错误码若干次或若干时间内输入不正确，即“封锁”键盘，不再接受输入操作。总之，尽管新式电子防盗锁层出不穷，但键盘式电子密码防盗锁不仅在市场上居于主流地位，而且，还经常作为其他类型电子防盗锁的辅助输入手段。2总体方案2.1系统结构AT89C51单片机开锁电路报警电路显示模块键盘输入模块复位电路失电储存AT89C51单片机开锁电路报警电路显示模块键盘输入模块复位电路失电储存2.2确定方案以AT89C51为核心的单片机控制方案。功能全,单片机具有资源丰富、速度快、编程容易等优点。利用单片机内部的随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）及其引脚资源，外接显示器，键盘输入等实现数据的处理传输和显示功能，基本上能实现设计指标，而且单片机编程设计灵活、I/O端口丰富、控制的准确性高，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加调电存储、声光提示甚至添加遥控控制等附加功能，此外单片机方案有较大的活动空间，不但能实现所要求的功能，还能在很大的程度上扩展功能，而且还可以方便的对系统进行升级。显示方案：由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光,因此液晶显示器画质高；同样液晶屏的功率消耗比较小；液晶是平板型结构，由两片玻璃组成的夹层盒，面积可大可小，安装时占用面积小减小了设备的体积；液晶的信息量大相同的面积上与数码管比可以显示更多的信息；且他本身没有老化问题寿命极长；与数码管相比液晶屏显示的更能够看懂，他能将英文细腻的显示出来是数码管做不到的。然而液晶屏也可在阳光下工作，具有防风、防雨、防水功能。这就说明能够使用在室外。但是液晶在阳光强的时候会反光是视角模糊看不清楚，对于这个现象由于屏幕较小可以用手挡住阳光是自己看的清楚一点3硬件设计3.1单片机AT89C51简介AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128bytes的随机存取数据序存器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度/非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，AT89C51单片机为许多嵌入式控制系统提供了一种灵活行高且价廉的方案。3.1.1主要特性·8031CPU与MCS-51兼容·4K字节可编程FLASH存储器(寿命：1000写/擦循环)·全静态工作：0Hz-24KHz·三级程序存储器保密锁定·128*8位内部RAM·32条可编程I/O线·两个16位定时器/计数器·6个中断源·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·片内振荡器和时钟电路3.1.2管脚的说明管脚图：VCC：供电电压GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，管脚备选功能如下表所示：P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.2输入键盘输入键盘如下图所示，采用4×4触点式键盘，分别有数字键，确定键，清除键和干扰键。清除987清除987S3654S3654S4321S43210S2确定S10S2确定S13.3显示部分为了提高密码锁的密码显示效果能力。本设计的显示部分由液晶显示器LCD1602取代普通的数码管来完成。只有按下键盘上的开启按键后，显示器才处于开启状态。同理只有按下关闭按键后显示器才处于关闭状态。否则显示器将一直处于初始状态，当需要对密码锁进行开锁时，按下键盘上的开锁按键后利用键盘上的数字键0－9输入密码，每按下一个数字键后在显示器上显示一个*，输入多少位就显示多少个*。当密码输入完成时，按下确认键，如果输入的密码正确的话，LCD子显示“RIGHT”，单片机其中P2.0引角会输出低电平，使三极管T2导通，电磁铁吸合，电子密码锁被打开，如果密码不正确，LCD显示屏会显示“ERROR”，P2.0输出的是高电平，电子密码锁不能被打开。3.4引脚的功能编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地8D1DataI/O2VDD电源正极9D2DataI/O3VL液晶显示偏压信号10D3DataI/O4RS数据/命令选择端(H/L)11D4DataI/O5R/W读/写选择端(H/L)12D5DataI/O6E使能信号13D6DataI/O7D0DataI/O14D7DataI/O3.5震荡电路本设计晶振选择频率为12MHZ，电容选择30pF如图（3－4）。经计算得单片机工作胡机器周期为：12×（1÷12M）=1us。3.6外部存储EPROM（ErasableProgrammableReadOnlyMemory），中文含意为“可擦除可编程只读存储器”。它是一种可重写的存储器芯片，并且其内容在掉电的时候也不会丢失；换句话说，它是非易失性的。它通过EPROM编程器进行编程，EPROM编程器能够提供比正常工作电压更高的电压对EPROM编程。一旦经过编程，EPROM只有在强紫外线的照射下才能够进行擦除。24C02的引脚功能图3.724C02的引脚说明：A0，A1，A2——地址输入引脚，走位硬件寻址的依据，同种芯片可同时连接8片（2^3）；VCC——电源，接地引脚，1.8-5.5vWP——写保护，当WP接地时，允许对器件的正常读写操作；当WP接高电平时，写保护，只能进行读操作。SDA——串行地址/数据输入/输出端口，双向传输，漏极开路，需外接上拉电阻VCC（典型阻值为10k）。SCL——串行时钟输入，高低电平不同状态与SDA配合，执行不同的命令。3.824c02内部寻址，读/写操作前八位是地址地址信号，从最高位（MSB）开始，其中前四位是固定值1010，后三位有管脚A0、A1、A2的基地情况确定。最后一位是读写控制信号，0表示写，1表示读。若与SDA线发送过来的地址比较一致，则器件输出应答0，否则将返回等待状态。器件内部地址寻址是在器件寻址之后，对256个字节进行寻址，直接传送8位地址信号（00-FF）对应于器件内部的地址。写操作:先由主机发送起始命令，再发送送器件地址，当主机接收到器件的ACK应答后，便继续发送内部字节地址，当接收到ACK应答后继续发送数据，当8位数据发送完毕之后，主机接收到器件的ACK应答，在发送停止信号。读操作:内部地址计数器存放着上一次访问时最后一个地址加1的值，只要芯片有电，该值就被保存。当读到最后页的最后字节，该地址变为0；当读到某页的页尾时，该地址转向该页页首。4软件设计4.1软件设计方案主要完成，开始时液晶显示提示输入密码。输入密码后按下确认键，系统会将所输入与系统密码进行比对。若输入密码正确则显示“SORRCET”开锁。然后可以选择上锁或者修改密码。选择修改密码则可以对系统进行修改密码操作。在修改密码前要输入正确旧的密码。正确输入旧密码之后，会有提示输入两次新密码，若两次密码一致，则修改成功。期间操作出现失误，系统会返回初始状态，操作错误超过3次，系统会锁定键盘，并报警用以防止恶意试探密码。软件采用模块化设计，在程序中以一个主函数，多个子函数的方式编写，这样多有利程序的可读、可移植等。函数共包含：1．主函数；2．键盘扫描函数；3．显示扫描函数；4．延时函数；4.2软件设计总流程图LED显示成功LCD显示失败LED提示报警等待关锁LCD显示成功LED提示锁开输入新密码YNY密码是否正确密码是否正确输入密码输入密码用户1模式用户2模式开始选择类型初始化LED显示成功LCD显示失败LED提示报警等待关锁LCD显示成功LED提示锁开输入新密码YNY密码是否正确密码是否正确输入密码输入密码用户1模式用户2模式开始选择类型初始化4.3具体功能软件实施4.3.1键盘扫描键盘设计应用编程式扫描方式，利用CPU完成其它工作的空余时间来调用键盘扫描子程序，响应键盘输入的要求。在执行键功能时，CPU不再响应键输入要求，直到CPU开始重新扫描键盘为止。扫描程序包括：1.判别有无按键按下；2.扫描键盘，取得闭合键的行、列值；3.判断闭合键是否释放，如未释放继续等待；4.将闭合键号保存，同时转去执行该闭合键的功能。4.3.2按键消抖设计采用的是机械触点式按键。机械式按键在按下和释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后起触点才稳定下来。抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为5~10ms。在触点抖动期间检测按键的通断状态，可能导致判断错误。既按键一次按下或释放被错误的认为是多次操作，这个是不允许出现的，为了克服按键触点机械抖动所导致的检测误判，必须采取去抖动措施，由于按键多几考虑软件去抖。在检测到有按键按下时，执行一个10ms左右（具体时间应视所使用的按键进行调整）的延时，然后确认该按键是否保持闭合状态的电平，若是，则确认该键处于闭合状态；同样，在检测到该键释放后用同样方法确认，从而可消除抖动的影响。4.3.3液晶显示我设计的监测温湿度使用1602的的一般流程基本是：A：初始化初始化里面一般有设置显示行、清屏、设置光标的开关、光标的闪烁、设置起始地址、设定显示屏或光标移动方向指令。B：写命令、写数据写命令是按照那个时序图写的，时序图给低就写低，延时就延时，或写高就写高。