《電子密碼鎖的設計》6700字

電子密碼鎖的設計TOC\o"1-3"\h\u10662引言 125836一、系統(tǒng)概述 220958（一）系統(tǒng)總體設計要求 215403（二）單片機選擇 2397（三）顯示模塊的選擇 37546（四）鍵盤模塊選擇 323207二、硬件設計 412465（一）單片機及1602LCD液晶顯示器介紹 41170（二）最小系統(tǒng)電路設計 419168（三）晶振電路設計 59815（四）復位電路設計 527709（五）矩陣鍵盤電路設計 610076（六）I2C總線技術 620087（七）蜂鳴器模塊設計 74849（八）紅外接收頭 83730三、軟件設計 97474（一）遙控密碼鎖流程 95821（二）密碼更改模塊 931755（三）密碼輸入模塊 1020418（四）紅外解碼 117531（五）鍵盤模塊 127930（六）仿真軟件介紹 1219421四、實物調(diào)試 147410五、結論與展望 167461參考文獻 17摘要：在我國經(jīng)濟社會不斷進步和國家科學技術水平的提高和飛速發(fā)展的信息時代下人們的生活水平和質(zhì)量都有了極大地改善和提升，正因為如此，人們對自己的生命人身和財產(chǎn)安全問題看得越來越重要，智能化的電子密碼鎖應運而生。本產(chǎn)品的設計選擇了單片機AT89S52芯片作為其密碼鎖的核心部件，其中芯片使用了紅外無線通信控制技術，配合一套與該系統(tǒng)相配的密碼解鎖軟件和算法可以輕松實現(xiàn)紅外信號控制傳輸、LCD顯示密碼、密碼算法解鎖、密碼修改等一系列功能。該系統(tǒng)應用了先進的紅外線發(fā)射和接收相關編碼信號的譯碼控制技術。因為該系統(tǒng)使用了單片機進行制作，該系統(tǒng)密碼算法解鎖的設計簡單可以廣泛使用在企業(yè)辦公室、住宅、車庫等各種地方策。關鍵詞：紅外通信；單片機；電子密碼鎖引言科技急速的發(fā)展改變了我們的生活，人們越來越意識到他們生命和財產(chǎn)的安全非常重要。其中，如何在家中進行有效的防盜措施成為關注點，傳統(tǒng)的機械鎖我們使用了很長一段時間，它存在的問題也注意暴露出來，防盜功能不能有效地實現(xiàn)，偷盜的人使用一些工具就能輕而易舉地破門而入，傳統(tǒng)的機械鎖漸漸形同虛設。也正是因為這樣，催生了電子密碼鎖。電子密碼鎖在其安全性上得到了極大地提升，并且操作簡單，功耗較低，符合了市場的需求，很快就被接受。電子密碼鎖相比于其他例如指紋識別、IC卡認證等方式是更適合的，雖然這些密碼鎖在安全性上是沒有問題。但是，這些產(chǎn)品主要適用于保險柜、門禁等地方[1]。如果在室外環(huán)境下所使用，很容易損壞、易丟失等。此外，這些產(chǎn)品的成本較高，不能很好的滿足人們的需求。電子密碼智能數(shù)字密碼安全防盜鎖已經(jīng)成為了目前人們非常容易愿意投入使用和可以接受的智能密碼防盜鎖主流系列產(chǎn)品。為了有效解決密碼鎖傳統(tǒng)的機械鎖及密碼鎖頻繁使用帶來的安全性問題，本產(chǎn)品的設計選擇了單片機at89s52芯片作為其設計的核心部件，其中芯片使用了紅外通信的技術，配合一套與單片機相配的紅外通信軟件和算法可以電子密碼鎖的相應共功能。

一、系統(tǒng)概述（一）系統(tǒng)總體設計要求該密碼管理系統(tǒng)以at89s52單片機技術為設計核心，與紅外通信技術完美結合，搭配相應的密碼管理軟件和算法實現(xiàn)了包括紅外信號的傳輸、lcd顯示、密碼自動開鎖、修改密碼鎖的密碼、鍵盤自動掃碼、報警控制系統(tǒng)等多種功能的人性化設計。通過紅外遙控器發(fā)出信號，發(fā)出指令由各模塊應答。使用中繼器代替密碼鎖的實物，當開鎖關鎖的時候，通過中繼器發(fā)出的鎖合聲音來表示，使用光敏電阻控制了液晶屏的背光亮起和熄滅。再加上學習掌握的軟件語言信息進行編程，最終實現(xiàn)設目的。圖1.1為電子密碼鎖系統(tǒng)圖。信號指令信號指令鍵盤AT89S52紅外接收頭紅外發(fā)射器遙控器鍵盤AT89S52紅外接收頭紅外發(fā)射器遙控器報警按鍵提示鍵盤報警按鍵提示鍵盤電磁鎖晶振晶振電磁鎖晶振晶振本機處理接收模塊紅外發(fā)射模塊本機處理接收模塊紅外發(fā)射模塊圖1.1電子密碼控制鎖系統(tǒng)設計圖（二）單片機選擇器件選擇AT89S52單片機，它的功率損耗很低并且性能十分強大，內(nèi)部擁有8k的系統(tǒng)可編程的閃存，片上閃存允許在系統(tǒng)中編寫程序存儲器，也適用于常規(guī)編程器[2]。圖1.2是AT89S52單片機的實物圖。圖1.2AT89S52單片機實物圖（三）顯示模塊的選擇1602LCD液晶顯示器是一種能準確顯示asdⅱ碼的字符，包括了數(shù)字和大小寫的字母以及各種注音符號。1602lcdlcd液晶的顯示器一般有不帶背光和帶背光兩種，不帶背光的比帶背光的要薄，這種液晶顯示屏顯示清晰，功耗低，功能齊全，符合設計需求所以選擇1602LCD液晶顯示器[3]。圖1.31602字符型液晶顯示器（四）鍵盤模塊選擇矩陣鍵盤采用非標準的編碼矩陣鍵盤設計中的矩陣式數(shù)字輸入鍵盤，這里選擇了矩陣式的鍵盤，它在單片機需要的輸入輸出數(shù)字信號很多的情況時候，可以用最少的i/o輸出端口來進行實現(xiàn)。采用單片機矩陣式的鍵盤一般都會讓單片機擁有10毫秒的數(shù)字信號延時來有效防止單片機的抖動，可以更加準確的讓單片機接收矩陣按鍵的信息[4]。所以當單片機按下矩陣按鍵的時候，即使單片機按的速度相當快也不能有效的避免單片機抖動的工作情況產(chǎn)生，通過延時控制系統(tǒng)的設計來有效避免這種不穩(wěn)定的工作情況，每個矩陣按鍵單獨的控制一個單片機電路，可以重復使用單片機的按鍵[5]。矩陣式按鍵的鍵盤非常適合于本機的設計，可以有效地實現(xiàn)單片機相應的帶有數(shù)字及其他字母符號和密碼的按鍵信息輸入。

二、硬件設計（一）單片機及1602LCD液晶顯示器介紹單片式電機的微控制器軟件AT89S52具有綜合高性能多功能、低成本驅(qū)動和高功耗的三大優(yōu)點，是一種cmos8位微型微機控制器。它是該單片機公司生產(chǎn)的系列新型單片機的內(nèi)部一個數(shù)據(jù)信號輸出口。該陣列系列新型單片機的內(nèi)部處理數(shù)據(jù)庫的存儲器主要類型有兩種，其中程序存儲器時采用了FLASH的技術研發(fā)的，如果要進行刻錄和擦除的程序，只需要5V的電壓就可以了，這已經(jīng)成為了優(yōu)先選擇的原因，它的這兩個內(nèi)部存儲器是相互分開的，各自有獨立的區(qū)塊，所以即使它們調(diào)用的地址時相同的，也不會發(fā)生沖突的問題。單片式電機的wat89s52工作電壓的控制范圍一般來說是4.0~5.5v，具備多功能的中斷看門狗（wdt）及一個雙數(shù)據(jù)中斷指針，具備低功耗電源和高功耗的掉電空閑和剩余掉電剩余中斷兩個工作系統(tǒng)模式，中斷系統(tǒng)工作時用戶可以從系統(tǒng)設定的電源空閑和剩余掉電中斷模式自動選擇喚醒中斷操作系統(tǒng)，價格便宜。使用1602這種液晶顯示屏的顯示模塊顯示速度較慢，模塊上的忙標志會向我們展示它此時的狀態(tài)，如果忙標志顯示為低電平，才能實現(xiàn)指令的運行，這是在“不忙”的情況[6]。在輸入字符之后，顯示模塊要想顯示字符，會先執(zhí)行輸出字符地址的選擇，決定了在哪里顯示收到的字符。該液晶模塊儲存了一百六十個不一樣的點陣式字符的形狀在它的內(nèi)部字符產(chǎn)生存儲系統(tǒng)之中，分別有一個固定的代碼對應不同的字符。圖2.1LCD1602引腳圖（二）最小系統(tǒng)電路設計最小控制系統(tǒng)電路是用于指c51單片機最小系統(tǒng)實現(xiàn)控制功能的一個必備控制電路，它主要包含有復位控制電路、晶振控制電路和電源控制電路。圖2.2AT89S52最小系統(tǒng)（三）晶振電路設計晶體振蕩器電容器的功能：這些稱為晶體振蕩器的負載電容器，分別連接石英晶體諧振器的腳和地面。晶體電路包含兩個電容器C1和C2，其作用是幫助振蕩器快速開始振蕩，穩(wěn)定振蕩頻率。圖2.3晶振電路圖（四）復位電路設計復位的正常操作主要原理是將一個復位單片控主機對系統(tǒng)硬件進行了初始化，當一個復位單片機在正常運行工作的任何一個時候或者位置出現(xiàn)了系統(tǒng)死機或者系統(tǒng)正常運行錯誤的各種情況的這時候，復位使程序從0000H開始執(zhí)行[7]。為了保證可靠性，在電源穩(wěn)定后必須取消復位信號，以防止電源開關或電源插頭晃動影響復位。圖2.4復位電路（五）矩陣鍵盤電路設計使用4×4矩陣鍵盤，矩陣鍵盤控制LCD的程序由主程序、顯示和延時子程序和鍵盤掃描子程序等組成。主程序在不斷地調(diào)用鍵盤掃描和LCD顯示子程序，并掃描鍵盤是否有按鍵按下，當按鍵值R3不等于17的時候，說明此時有按鍵按下，在液晶屏上顯示對應數(shù)據(jù)。鍵盤子程序是單片機利用鍵盤排列掃描的計算方法得到的單片機鍵盤子程序值。單片機的鍵盤可以按順序劃分為兩組，低四位為列祖，高四位為一個行組。首先可以設置第一列的el1為一個低電平，然后可以判斷各行的數(shù)據(jù)是否也由高電平變?yōu)橐粋€低電平，如果其中由于低電平，就可以說明在第一列中已經(jīng)有一個新的按鍵被按下例如，在矩陣鍵盤圖2.5所示中如果s4被按下，則單片機的一個p2.5口被按下并置換為低電平，則開始掃描第二列，同樣判斷第二列中各行的數(shù)據(jù)是否為低電平；若無，則向下一列掃描，以此類推。鍵盤子程序中判斷行的方法是將P2口的數(shù)據(jù)取出傳送給累加器A，利用邏輯與指令屏蔽行的數(shù)據(jù)，在判斷ACC.4。即第一行是否為低電平，如沒有則取指針40H加1，然后ACC右移，將第二行的數(shù)據(jù)移動到ACC.4中，作判斷，以此類推。圖2.5矩陣鍵盤電路圖（六）I2C總線技術I2C總線是的工作方式非常簡單而且十分便捷，它的總體使用空間很小，任何一個可以進行發(fā)送信號和接收信號的裝置的能作為主控線，是因為它支持了多主控。將這些電路比作電話機，需要給各自撥打不同電話號來進行通信，也就是說每一個模塊都有自己唯一的地址。scl線是溫度到高電平的這個時候，sda線經(jīng)高電平到會從低電平的溫度變化作為低電平起始的信號；scl線經(jīng)點評型是溫度到高電平的這個時候，sda線經(jīng)會從低點評型是溫度到高電平的變化，此時它作為結束信號[8]。一旦所有起始或被終止總線信號全部出現(xiàn)時，總線就很有可能會自動停止呈現(xiàn)被起始終止總線信號全部占用的這種情況；在所有起始或被終止的總線信號全部出現(xiàn)后，總線就會處于閑置狀態(tài)。 圖2.6起止信號和終止信號若主機希望繼續(xù)占用總線開始傳送新的數(shù)據(jù)，就不可以發(fā)出停止信號，立即再次產(chǎn)生開始信號向另一個從機進行尋址。使用CAT24WC02實現(xiàn)：SDA連接到單片機的I/O接口上，進行數(shù)據(jù)讀寫的操作。SCL也連接到單片機I/O接口上，輸出時鐘信號。WP接地，它可以進行正常讀寫的操作。VCC接電源，其他引腳接地，不需要使用。圖2.7儲存恢復電路圖（七）蜂鳴器模塊設計如圖所示，這是蜂鳴信號放大器的電路，使用了三極管放大器作為電源驅(qū)動，放大了喇叭輸入的信號，當喇叭輸入的信號本身就是一個低電平的信號時候，此時三極管就會導通，有較大的電流信號通過，喇叭就會就發(fā)出聲音，相反接收高電平信號的時候三極管處于截止狀態(tài)這個時候沒有電流通過，喇叭就不會發(fā)出聲音。可以直接實現(xiàn)蜂鳴器報警的功能。圖2.8蜂鳴器控制模塊（八）紅外接收頭紅外線廣播遙控視頻系統(tǒng)主要可以分為無線視頻發(fā)射和使用紅外線視頻接收以及使用紅外線音頻調(diào)制三個模塊大部分。圖2.9紅外遙控系統(tǒng)塊紅外線頭或超聲波射頻接收頭的內(nèi)部射頻集成電路常被直接將其集成在一個射頻元器件之內(nèi)，稱為集成一體化的射頻紅外線頭或超聲波射頻接收頭，它擁有選頻、解調(diào)和信號放大等幾大功能，在接收輸入信號的時候，需要輸入信號放大并且解調(diào)完成，顯示在輸出端[9]。它接收和處理信號的速度十分快捷，而且不容易受到外部干擾。紅外無線濾波信號放大接收頭的信號放大內(nèi)阻電路由一個紅外線信號放大內(nèi)阻電路和一個紅外線信號接收二極管兩個大部分主要元器件合并組成，包括若干紅外放大回路電阻放小電容和一個紅外信號集成塊放大電容等兩個元器件合并組成了一個紅外線信號放大內(nèi)阻電路，為了有效率地阻止紅外的強大干擾，將接收電路會封裝在一個金屬的屏蔽盒子內(nèi)，雖然電路相對比較復雜，但是它的體積卻十分的小[10]。

三、軟件設計（一）遙控密碼鎖流程本系統(tǒng)的軟件設計主要由主程序、密碼存儲程序、鍵盤掃描程序、密碼比較程序和密碼修改程序組成，具體如下：圖3.1電子密碼系統(tǒng)流程框圖（二）密碼更改模塊接通電源之后，液晶屏亮起，這時密碼鎖讀取初始密碼。此時使用遙控器或者是設計好的4×4矩陣鍵盤按下“修改”按鍵，系統(tǒng)調(diào)用更改密碼子程序。進入修改狀態(tài)，首先輸入舊密碼，然后輸入新的密碼，點擊確認保存密碼，系統(tǒng)更新密碼信息。圖3.2密碼更改程序框圖（三）密碼輸入模塊接通電源之后通過按鍵輸入密碼，兩次輸入錯誤以及超過輸入時間時，調(diào)用報警功能，其余部分如更改密碼相同。在輸入密碼正確時，完成開啟密碼鎖任務。圖3.3密碼輸入流程框圖（四）紅外解碼在紅外接收頭收到遙控器的紅外信號之后，需要對其進行解碼操作，如果發(fā)出的是高電平的脈沖信號，那么接收頭輸出的信號就是低電平，相反如果發(fā)出的是低電平的脈沖信號，就會得到高電平的輸出信號。這是因為紅外線接收頭的輸出信號正好和發(fā)射端的脈沖編碼倒向。（五）鍵盤模塊在我們需要判定什么是按鍵的時候，需要使用掃描的方法，經(jīng)過每一行和每一列對其他按鍵進行了掃描。比如，要是進行按鍵的掃描，這可能是因為需要將所有的行和每一列的輸出全部的電平設置為一個高電平，對于每一個行線的輸出信號中，總是說只有其中一行時是低電平的，其他的行都是一個高電平。所以當一個按鍵被按下的時候，這個按鍵所在的行的輸出信號就是低電平，對應的，列的輸出信號就被拉低至低電平，這是讀取列值的時候，這一列的值就為零。在中斷服務程序中，先延時20ms清除按鍵抖動，再去對各鍵進行查詢，找到按鍵，并轉(zhuǎn)到相應的處理程序中去。圖3.4掃描法按鍵程序流程框圖（六）仿真軟件介紹本次的設計和使用我們使用到了prokeilc51和protel等開發(fā)軟件以及相關的軟件。keilc51一種匯編軟件開發(fā)操作系統(tǒng)，可以直接通過使用它軟件來對目標程序文件進行各種文件名的編輯、編譯、匯編、鏈接生成c語言程序和其他各種匯編文件目標程序，創(chuàng)建一個hex文件并安裝運行后即可對程序文件編輯中的匯編目標程序文件進行自動調(diào)試。proteusvsm是一種優(yōu)秀的eda電路仿真軟件。開發(fā)者利用它可以直接繪制pca線路的原理圖、pcb線路原理圖和電路進行交互式的電路仿真。針對各種虛擬微處理器的設計和應用，還開發(fā)者可以直接在基于電路原理圖的各種虛擬處理器原型上進行編程或者直接將軟件導入外部的軟件源代碼，并且可以實行基于軟件內(nèi)部源碼級的開發(fā)和實時調(diào)試，另外還可以配合使用系統(tǒng)內(nèi)部配置的各種虛擬儀器，如示波器、邏輯信號分析儀等，用戶同樣可以直接獲得一個完備的便于進行電子設計和開發(fā)的環(huán)境。系統(tǒng)設計該軟件主要是包括了4個電子設計模塊，他們分別使用的是：isis混合原理圖仿真設計開發(fā)模塊，prospice電路混合原理圖模式prospice電路仿真設計開發(fā)模塊，arespcb電路仿真設計開發(fā)模塊，以及基于prospice電路仿真器的一個拓展模塊proteusvsm。關于其使用，打開軟件，在需要的對象仿真進程選擇器窗口上可以選擇自己需要的芯片，添加芯片到工作區(qū)域，可以對器件進行旋轉(zhuǎn)連線，在添加電源，設置電阻阻值后添加源文件，點擊開始按鈕，就可以看到軟件開始工作，得到自己想要的仿真。

四、實物調(diào)試經(jīng)過一系列的設計和仿真調(diào)試之后，開始進行實物的調(diào)試?；?1單片機的遙控電子密碼安全鎖的實物操作過程如下圖所示，它使用戶可以輕松實現(xiàn)電子密碼的輸入與自動修改，復位與重置密碼，掉電自動保護和蜂鳴器自動報警等多種安全功能。圖4.1實物圖矩陣鍵盤各按鍵代表字符如下，其中“*”功能是取消輸入以及關鎖，“#”功能是確認。“D”用來修改密碼，A、B、C按鍵沒有定義。表4.1矩陣鍵盤123A456B789C*0#D開機之后輸入管理員密碼，密碼會變成六個零，此時輸入密碼就會開鎖，按“*”關鎖。如果忘記了管理員密碼，可以通過修改管理員密碼找回。圖4.2輸入管理員密碼圖4.3開鎖示意圖在修改密碼時，先輸入原密碼解鎖，然后再輸入一遍原密碼，按確認鍵。輸入想要的新密碼按“D”，再輸入一次新密碼按“D”，就會修改成功新密碼。密碼六位數(shù)字，可以自行設置。圖4.4修改密碼過程還擁有掉電保存功能，遙控器使用找好按鍵對應功能即可操作，有效距離十米以內(nèi)，也可以通過復位關鎖，通過繼電器以及發(fā)光二極管實現(xiàn)電子密碼鎖的開關展示。

五、結論與展望經(jīng)歷了審題、查閱文獻、設計方案和系統(tǒng)設計與調(diào)試后，電子密碼鎖已實現(xiàn)所要求的基本功能。此次設計并沒有想象中的那么容易，在拿到并且確定選題之后，對相關的知識材料進行了很深的研究，發(fā)現(xiàn)本次設計使用紅外遙控系統(tǒng)加上電子密碼鎖系統(tǒng)的組合，其中搭配矩陣鍵盤模塊、復位模塊、蜂鳴器模塊等，加大了設計難度。由于特殊原因，又沒有很好的實驗