電子密碼鎖的設(shè)計

南江萍 鄭凱 謝國坤 劉珺蕙 王娟娟 王亞亞

摘?要：本文主要研究的是基于AT89C51單片機(jī)的子琴，設(shè)計了系統(tǒng)的主要電路模塊，并應(yīng)用Proteus仿真軟件和Keil軟件編程軟件，使用單片機(jī)C語言對單片機(jī)進(jìn)行編程，實現(xiàn)了使電子密碼鎖按照需要動作的要求，一定程度上保證了財產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī);AT24C02記憶芯片;電子票密碼鎖

隨著人們生活水平的提高和安全意識的加強(qiáng)，對安全的要求也就越來越高。因此，鎖具就成為人們防盜的最重要工具，到目前為止絕大多數(shù)人使用的仍然是傳統(tǒng)的機(jī)械鎖。然而，由于目前機(jī)械鎖具的互開率較高，即使是那些質(zhì)量控制嚴(yán)密的機(jī)械鎖具，也可以通過某種特定的手段打開，而不會因緊急解鎖而破壞鎖具，正是由于機(jī)械鎖出現(xiàn)的這些弊端，為出現(xiàn)了這種新型鎖——電子密碼鎖，而創(chuàng)造了非常大的發(fā)展空間。

隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)性能不斷完善，性能價格比顯著提高，技術(shù)日趨完善。由于單片機(jī)具有體積小、重量輕、價格便宜、功耗低、控制功能強(qiáng)及運算速度快等特點，因而在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、軍事及家用電器等各個領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計選用單片機(jī)及其外圍電路元器件實現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本設(shè)計采用AT89C51單片機(jī)為主控芯片，通過軟件程序組成電子密碼鎖系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：

1）正確輸入密碼前提下，開鎖提示;

2）錯誤輸入密碼情況下，蜂鳴器報警;

3）密碼可以根據(jù)用戶需要更改;

4）斷電存儲功能。

本設(shè)計主要由單片機(jī)、行列式鍵盤、LED顯示器和密碼存儲器以及蜂鳴器組成。電子密碼鎖系統(tǒng)設(shè)計總框架如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 AT24C02記憶芯片

現(xiàn)在的AT24C02芯片，都是含有2k位串行的CMOS E2PROM，如果用8位字節(jié)來計算的話可以存儲256個。CMOS技術(shù)是單片機(jī)的領(lǐng)域的又一重大突破，它的問世大大減少了元器件的損耗。AT24C02內(nèi)部的書寫緩存器可以運行16個字節(jié)，這個元器件在工作的時候會通過IIC總線的接口進(jìn)入，而且為了保護(hù)這個元器件，我們寫出了一個專屬于它的寫保護(hù)程序。

2.2 鍵盤電路的設(shè)計

本設(shè)計所使用的鍵盤為4×4的矩陣鍵盤，該矩陣鍵盤可以很有效的減少鍵盤和單片機(jī)接口I/O線數(shù)的占用，當(dāng)按鍵有點多時，一般使用這種方法。其整體?？驁D如圖2所示。

在設(shè)計時每一條水平（行線）和垂直線（列線）的交叉處不直接接通，而是選擇通過一個按鍵來加以連接，此時只需要P條水平線和Q條垂直線來加以貫通就能夠組成P×Q的矩陣鍵盤。

當(dāng)它確認(rèn)存在這種按鍵時，下一步那就要看到底哪個按鍵是被按下的。常常會有兩種方法來甄別這個按鍵：一種方法是我們經(jīng)常用的按行掃描的查詢方法;另一種是更快的線反轉(zhuǎn)方法。

對照圖2所示的4×4矩陣鍵盤，說明線反轉(zhuǎn)的工作原理。第一步我們先要確定鍵盤上是否存在按鍵，單片機(jī)的I/O口是不是發(fā)送了相對齊全的掃描字符到鍵盤，第二步我們要看一下線路的狀態(tài)來進(jìn)行識別。具體的操作方法為：將所有的掃描字00H輸出到行線，然后將全部的列線設(shè)置為低電平，接著我們將列線的電平此時的狀態(tài)讀入累加器A.如果確實有按鍵的話，那么終究會有一根行線的電平被順勢拉到至低電平從而會讓行線不全為1。

通過將列線調(diào)整為低電平來判斷鍵盤上的哪些鍵被按下從而檢驗該行的輸入狀態(tài)。具體的操作方法是：逐個將低電平發(fā)送到相對應(yīng)的列線，然后通過檢查所有的行線此時的狀態(tài)。如果都是1，則按下的鍵不會在這個列中;如果不都是1，則按下的鍵一定在這個列中，并且這個鍵是與零平行線的交匯處的鍵。具體的功能設(shè)計如上表。

2.3 顯示電路模塊

在這個硬件系統(tǒng)設(shè)計中，系統(tǒng)里的顯示電路為了給使用的人提供提示用的。為了達(dá)到用戶友好界面的目的，顯示部分由LED顯示器完成。插上電源后，程序自動調(diào)入初始密碼，此時依次輸入：123456，然后按[#]（確認(rèn)）鍵，此時鎖會打開，可以看到顯示true，密碼鎖打開。當(dāng)顯示出現(xiàn)：password，證明密碼初始化完成，此時初始密碼即為：123456，顯示電路的原理圖如下的圖3所示。

2.4 開鎖電路模塊

在系統(tǒng)設(shè)計中，使用發(fā)光二極管來指示用于帶動電子密碼鎖動作的電機(jī)是否工作，如果發(fā)光二級管點亮，說明已解鎖;如果發(fā)光二級管不亮，則證明鎖并沒有被打開。下面的圖4為開鎖電路指示圖。當(dāng)P2.0輸出為低電平時，二極管點亮，表示電子密碼鎖的電機(jī)動作，密碼鎖打開。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)的軟硬件需求，為硬件設(shè)計匹配相符合的軟件設(shè)施，在軟件設(shè)計的一開始，對程序的總框圖進(jìn)行了設(shè)計。圖5是系統(tǒng)的總設(shè)計流程圖。

3.2 鍵盤及子程序的設(shè)計

在鍵盤使用過程中，當(dāng)按鍵沒有被按下的時候，單片機(jī)就會自動在主程序中循壞工作。當(dāng)我們隨意按下其中的任何一個鍵時，系統(tǒng)立即會尋找與此相匹配的子程序來進(jìn)行運行，直到運行結(jié)束后自動返回。程序流程如圖6所示。鍵盤掃描的部分程序如下：

4 結(jié)論

本系統(tǒng)仿真是在Proteus軟件上進(jìn)行，在使用該軟件進(jìn)行仿真之前，首先要在Keil 軟件來進(jìn)行系統(tǒng)軟件的調(diào)試。目的檢測軟件程序是否能夠流暢、準(zhǔn)確的運行，各個子程序的運行順序是否正確，各子程序之間的銜接是否順暢。系統(tǒng)程序調(diào)試結(jié)果能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計要求。

通過本系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計，電子密碼鎖系統(tǒng)功能能夠達(dá)到預(yù)計性能要求，能夠?qū)崿F(xiàn)如下內(nèi)容：正確輸入密碼前提下，開鎖提示;錯誤輸入密碼情況下，蜂鳴器報警;密碼可以根據(jù)用戶需要更改以及斷電存儲功能。

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