《电子密码锁的设计》6700字

电子密码锁的设计TOC\o"1-3"\h\u10662引言 125836一、系统概述 220958（一）系统总体设计要求 215403（二）单片机选择 2397（三）显示模块的选择 37546（四）键盘模块选择 323207二、硬件设计 412465（一）单片机及1602LCD液晶显示器介绍 41170（二）最小系统电路设计 419168（三）晶振电路设计 59815（四）复位电路设计 527709（五）矩阵键盘电路设计 610076（六）I2C总线技术 620087（七）蜂鸣器模块设计 74849（八）红外接收头 83730三、软件设计 97474（一）遥控密码锁流程 95821（二）密码更改模块 931755（三）密码输入模块 1020418（四）红外解码 117531（五）键盘模块 127930（六）仿真软件介绍 1219421四、实物调试 147410五、结论与展望 167461参考文献 17摘要：在我国经济社会不断进步和国家科学技术水平的提高和飞速发展的信息时代下人们的生活水平和质量都有了极大地改善和提升，正因为如此，人们对自己的生命人身和财产安全问题看得越来越重要，智能化的电子密码锁应运而生。本产品的设计选择了单片机AT89S52芯片作为其密码锁的核心部件，其中芯片使用了红外无线通信控制技术，配合一套与该系统相配的密码解锁软件和算法可以轻松实现红外信号控制传输、LCD显示密码、密码算法解锁、密码修改等一系列功能。该系统应用了先进的红外线发射和接收相关编码信号的译码控制技术。因为该系统使用了单片机进行制作，该系统密码算法解锁的设计简单可以广泛使用在企业办公室、住宅、车库等各种地方策。关键词：红外通信；单片机；电子密码锁引言科技急速的发展改变了我们的生活，人们越来越意识到他们生命和财产的安全非常重要。其中，如何在家中进行有效的防盗措施成为关注点，传统的机械锁我们使用了很长一段时间，它存在的问题也注意暴露出来，防盗功能不能有效地实现，偷盗的人使用一些工具就能轻而易举地破门而入，传统的机械锁渐渐形同虚设。也正是因为这样，催生了电子密码锁。电子密码锁在其安全性上得到了极大地提升，并且操作简单，功耗较低，符合了市场的需求，很快就被接受。电子密码锁相比于其他例如指纹识别、IC卡认证等方式是更适合的，虽然这些密码锁在安全性上是没有问题。但是，这些产品主要适用于保险柜、门禁等地方[1]。如果在室外环境下所使用，很容易损坏、易丢失等。此外，这些产品的成本较高，不能很好的满足人们的需求。电子密码智能数字密码安全防盗锁已经成为了目前人们非常容易愿意投入使用和可以接受的智能密码防盗锁主流系列产品。为了有效解决密码锁传统的机械锁及密码锁频繁使用带来的安全性问题，本产品的设计选择了单片机at89s52芯片作为其设计的核心部件，其中芯片使用了红外通信的技术，配合一套与单片机相配的红外通信软件和算法可以电子密码锁的相应共功能。

一、系统概述（一）系统总体设计要求该密码管理系统以at89s52单片机技术为设计核心，与红外通信技术完美结合，搭配相应的密码管理软件和算法实现了包括红外信号的传输、lcd显示、密码自动开锁、修改密码锁的密码、键盘自动扫码、报警控制系统等多种功能的人性化设计。通过红外遥控器发出信号，发出指令由各模块应答。使用中继器代替密码锁的实物，当开锁关锁的时候，通过中继器发出的锁合声音来表示，使用光敏电阻控制了液晶屏的背光亮起和熄灭。再加上学习掌握的软件语言信息进行编程，最终实现设目的。图1.1为电子密码锁系统图。信号指令信号指令键盘AT89S52红外接收头红外发射器遥控器键盘AT89S52红外接收头红外发射器遥控器报警按键提示键盘报警按键提示键盘电磁锁晶振晶振电磁锁晶振晶振本机处理接收模块红外发射模块本机处理接收模块红外发射模块图1.1电子密码控制锁系统设计图（二）单片机选择器件选择AT89S52单片机，它的功率损耗很低并且性能十分强大，内部拥有8k的系统可编程的闪存，片上闪存允许在系统中编写程序存储器，也适用于常规编程器[2]。图1.2是AT89S52单片机的实物图。图1.2AT89S52单片机实物图（三）显示模块的选择1602LCD液晶显示器是一种能准确显示asdⅱ码的字符，包括了数字和大小写的字母以及各种注音符号。1602lcdlcd液晶的显示器一般有不带背光和带背光两种，不带背光的比带背光的要薄，这种液晶显示屏显示清晰，功耗低，功能齐全，符合设计需求所以选择1602LCD液晶显示器[3]。图1.31602字符型液晶显示器（四）键盘模块选择矩阵键盘采用非标准的编码矩阵键盘设计中的矩阵式数字输入键盘，这里选择了矩阵式的键盘，它在单片机需要的输入输出数字信号很多的情况时候，可以用最少的i/o输出端口来进行实现。采用单片机矩阵式的键盘一般都会让单片机拥有10毫秒的数字信号延时来有效防止单片机的抖动，可以更加准确的让单片机接收矩阵按键的信息[4]。所以当单片机按下矩阵按键的时候，即使单片机按的速度相当快也不能有效的避免单片机抖动的工作情况产生，通过延时控制系统的设计来有效避免这种不稳定的工作情况，每个矩阵按键单独的控制一个单片机电路，可以重复使用单片机的按键[5]。矩阵式按键的键盘非常适合于本机的设计，可以有效地实现单片机相应的带有数字及其他字母符号和密码的按键信息输入。

二、硬件设计（一）单片机及1602LCD液晶显示器介绍单片式电机的微控制器软件AT89S52具有综合高性能多功能、低成本驱动和高功耗的三大优点，是一种cmos8位微型微机控制器。它是该单片机公司生产的系列新型单片机的内部一个数据信号输出口。该阵列系列新型单片机的内部处理数据库的存储器主要类型有两种，其中程序存储器时采用了FLASH的技术研发的，如果要进行刻录和擦除的程序，只需要5V的电压就可以了，这已经成为了优先选择的原因，它的这两个内部存储器是相互分开的，各自有独立的区块，所以即使它们调用的地址时相同的，也不会发生冲突的问题。单片式电机的wat89s52工作电压的控制范围一般来说是4.0~5.5v，具备多功能的中断看门狗（wdt）及一个双数据中断指针，具备低功耗电源和高功耗的掉电空闲和剩余掉电剩余中断两个工作系统模式，中断系统工作时用户可以从系统设定的电源空闲和剩余掉电中断模式自动选择唤醒中断操作系统，价格便宜。使用1602这种液晶显示屏的显示模块显示速度较慢，模块上的忙标志会向我们展示它此时的状态，如果忙标志显示为低电平，才能实现指令的运行，这是在“不忙”的情况[6]。在输入字符之后，显示模块要想显示字符，会先执行输出字符地址的选择，决定了在哪里显示收到的字符。该液晶模块储存了一百六十个不一样的点阵式字符的形状在它的内部字符产生存储系统之中，分别有一个固定的代码对应不同的字符。图2.1LCD1602引脚图（二）最小系统电路设计最小控制系统电路是用于指c51单片机最小系统实现控制功能的一个必备控制电路，它主要包含有复位控制电路、晶振控制电路和电源控制电路。图2.2AT89S52最小系统（三）晶振电路设计晶体振荡器电容器的功能：这些称为晶体振荡器的负载电容器，分别连接石英晶体谐振器的脚和地面。晶体电路包含两个电容器C1和C2，其作用是帮助振荡器快速开始振荡，稳定振荡频率。图2.3晶振电路图（四）复位电路设计复位的正常操作主要原理是将一个复位单片控主机对系统硬件进行了初始化，当一个复位单片机在正常运行工作的任何一个时候或者位置出现了系统死机或者系统正常运行错误的各种情况的这时候，复位使程序从0000H开始执行[7]。为了保证可靠性，在电源稳定后必须取消复位信号，以防止电源开关或电源插头晃动影响复位。图2.4复位电路（五）矩阵键盘电路设计使用4×4矩阵键盘，矩阵键盘控制LCD的程序由主程序、显示和延时子程序和键盘扫描子程序等组成。主程序在不断地调用键盘扫描和LCD显示子程序，并扫描键盘是否有按键按下，当按键值R3不等于17的时候，说明此时有按键按下，在液晶屏上显示对应数据。键盘子程序是单片机利用键盘排列扫描的计算方法得到的单片机键盘子程序值。单片机的键盘可以按顺序划分为两组，低四位为列祖，高四位为一个行组。首先可以设置第一列的el1为一个低电平，然后可以判断各行的数据是否也由高电平变为一个低电平，如果其中由于低电平，就可以说明在第一列中已经有一个新的按键被按下例如，在矩阵键盘图2.5所示中如果s4被按下，则单片机的一个p2.5口被按下并置换为低电平，则开始扫描第二列，同样判断第二列中各行的数据是否为低电平；若无，则向下一列扫描，以此类推。键盘子程序中判断行的方法是将P2口的数据取出传送给累加器A，利用逻辑与指令屏蔽行的数据，在判断ACC.4。即第一行是否为低电平，如没有则取指针40H加1，然后ACC右移，将第二行的数据移动到ACC.4中，作判断，以此类推。图2.5矩阵键盘电路图（六）I2C总线技术I2C总线是的工作方式非常简单而且十分便捷，它的总体使用空间很小，任何一个可以进行发送信号和接收信号的装置的能作为主控线，是因为它支持了多主控。将这些电路比作电话机，需要给各自拨打不同电话号来进行通信，也就是说每一个模块都有自己唯一的地址。scl线是温度到高电平的这个时候，sda线经高电平到会从低电平的温度变化作为低电平起始的信号；scl线经点评型是温度到高电平的这个时候，sda线经会从低点评型是温度到高电平的变化，此时它作为结束信号[8]。一旦所有起始或被终止总线信号全部出现时，总线就很有可能会自动停止呈现被起始终止总线信号全部占用的这种情况；在所有起始或被终止的总线信号全部出现后，总线就会处于闲置状态。 图2.6起止信号和终止信号若主机希望继续占用总线开始传送新的数据，就不可以发出停止信号，立即再次产生开始信号向另一个从机进行寻址。使用CAT24WC02实现：SDA连接到单片机的I/O接口上，进行数据读写的操作。SCL也连接到单片机I/O接口上，输出时钟信号。WP接地，它可以进行正常读写的操作。VCC接电源，其他引脚接地，不需要使用。图2.7储存恢复电路图（七）蜂鸣器模块设计如图所示，这是蜂鸣信号放大器的电路，使用了三极管放大器作为电源驱动，放大了喇叭输入的信号，当喇叭输入的信号本身就是一个低电平的信号时候，此时三极管就会导通，有较大的电流信号通过，喇叭就会就发出声音，相反接收高电平信号的时候三极管处于截止状态这个时候没有电流通过，喇叭就不会发出声音。可以直接实现蜂鸣器报警的功能。图2.8蜂鸣器控制模块（八）红外接收头红外线广播遥控视频系统主要可以分为无线视频发射和使用红外线视频接收以及使用红外线音频调制三个模块大部分。图2.9红外遥控系统块红外线头或超声波射频接收头的内部射频集成电路常被直接将其集成在一个射频元器件之内，称为集成一体化的射频红外线头或超声波射频接收头，它拥有选频、解调和信号放大等几大功能，在接收输入信号的时候，需要输入信号放大并且解调完成，显示在输出端[9]。它接收和处理信号的速度十分快捷，而且不容易受到外部干扰。红外无线滤波信号放大接收头的信号放大内阻电路由一个红外线信号放大内阻电路和一个红外线信号接收二极管两个大部分主要元器件合并组成，包括若干红外放大回路电阻放小电容和一个红外信号集成块放大电容等两个元器件合并组成了一个红外线信号放大内阻电路，为了有效率地阻止红外的强大干扰，将接收电路会封装在一个金属的屏蔽盒子内，虽然电路相对比较复杂，但是它的体积却十分的小[10]。

三、软件设计（一）遥控密码锁流程本系统的软件设计主要由主程序、密码存储程序、键盘扫描程序、密码比较程序和密码修改程序组成，具体如下：图3.1电子密码系统流程框图（二）密码更改模块接通电源之后，液晶屏亮起，这时密码锁读取初始密码。此时使用遥控器或者是设计好的4×4矩阵键盘按下“修改”按键，系统调用更改密码子程序。进入修改状态，首先输入旧密码，然后输入新的密码，点击确认保存密码，系统更新密码信息。图3.2密码更改程序框图（三）密码输入模块接通电源之后通过按键输入密码，两次输入错误以及超过输入时间时，调用报警功能，其余部分如更改密码相同。在输入密码正确时，完成开启密码锁任务。图3.3密码输入流程框图（四）红外解码在红外接收头收到遥控器的红外信号之后，需要对其进行解码操作，如果发出的是高电平的脉冲信号，那么接收头输出的信号就是低电平，相反如果发出的是低电平的脉冲信号，就会得到高电平的输出信号。这是因为红外线接收头的输出信号正好和发射端的脉冲编码倒向。（五）键盘模块在我们需要判定什么是按键的时候，需要使用扫描的方法，经过每一行和每一列对其他按键进行了扫描。比如，要是进行按键的扫描，这可能是因为需要将所有的行和每一列的输出全部的电平设置为一个高电平，对于每一个行线的输出信号中，总是说只有其中一行时是低电平的，其他的行都是一个高电平。所以当一个按键被按下的时候，这个按键所在的行的输出信号就是低电平，对应的，列的输出信号就被拉低至低电平，这是读取列值的时候，这一列的值就为零。在中断服务程序中，先延时20ms清除按键抖动，再去对各键进行查询，找到按键，并转到相应的处理程序中去。图3.4扫描法按键程序流程框图（六）仿真软件介绍本次的设计和使用我们使用到了prokeilc51和protel等开发软件以及相关的软件。keilc51一种汇编软件开发操作系统，可以直接通过使用它软件来对目标程序文件进行各种文件名的编辑、编译、汇编、链接生成c语言程序和其他各种汇编文件目标程序，创建一个hex文件并安装运行后即可对程序文件编辑中的汇编目标程序文件进行自动调试。proteusvsm是一种优秀的eda电路仿真软件。开发者利用它可以直接绘制pca线路的原理图、pcb线路原理图和电路进行交互式的电路仿真。针对各种虚拟微处理器的设计和应用，还开发者可以直接在基于电路原理图的各种虚拟处理器原型上进行编程或者直接将软件导入外部的软件源代码，并且可以实行基于软件内部源码级的开发和实时调试，另外还可以配合使用系统内部配置的各种虚拟仪器，如示波器、逻辑信号分析仪等，用户同样可以直接获得一个完备的便于进行电子设计和开发的环境。系统设计该软件主要是包括了4个电子设计模块，他们分别使用的是：isis混合原理图仿真设计开发模块，prospice电路混合原理图模式prospice电路仿真设计开发模块，arespcb电路仿真设计开发模块，以及基于prospice电路仿真器的一个拓展模块proteusvsm。关于其使用，打开软件，在需要的对象仿真进程选择器窗口上可以选择自己需要的芯片，添加芯片到工作区域，可以对器件进行旋转连线，在添加电源，设置电阻阻值后添加源文件，点击开始按钮，就可以看到软件开始工作，得到自己想要的仿真。

四、实物调试经过一系列的设计和仿真调试之后，开始进行实物的调试。基于51单片机的遥控电子密码安全锁的实物操作过程如下图所示，它使用户可以轻松实现电子密码的输入与自动修改，复位与重置密码，掉电自动保护和蜂鸣器自动报警等多种安全功能。图4.1实物图矩阵键盘各按键代表字符如下，其中“*”功能是取消输入以及关锁，“#”功能是确认。“D”用来修改密码，A、B、C按键没有定义。表4.1矩阵键盘123A456B789C*0#D开机之后输入管理员密码，密码会变成六个零，此时输入密码就会开锁，按“*”关锁。如果忘记了管理员密码，可以通过修改管理员密码找回。图4.2输入管理员密码图4.3开锁示意图在修改密码时，先输入原密码解锁，然后再输入一遍原密码，按确认键。输入想要的新密码按“D”，再输入一次新密码按“D”，就会修改成功新密码。密码六位数字，可以自行设置。图4.4修改密码过程还拥有掉电保存功能，遥控器使用找好按键对应功能即可操作，有效距离十米以内，也可以通过复位关锁，通过继电器以及发光二极管实现电子密码锁的开关展示。

五、结论与展望经历了审题、查阅文献、设计方案和系统设计与调试后，电子密码锁已实现所要求的基本功能。此次设计并没有想象中的那么容易，在拿到并且确定选题之后，对相关的知识材料进行了很深的研究，发现本次设计使用红外遥控系统加上电子密码锁系统的组合，其中搭配矩阵键盘模块、复位模块、蜂鸣器模块等，加大了设计难度。由于特殊原因，又没有很好的实验