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免費基于單片機控制的電子密碼鎖(一)
【摘要】
在當前信息高速發(fā)達的21世紀，信息安全越來越重要，具有防盜報警功能的電子密碼鎖逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械式密碼鎖，克服了機械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點，使密碼鎖無論在技術(shù)上還是在性能上都大大提高一步。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，特別是單片機的問世，出現(xiàn)了帶微處理器的智能密碼鎖，它除具有電子密碼鎖的功能外，還引入了智能化管理、專家分析系統(tǒng)等功能，從而使密碼鎖具有很高的安全性、可靠性，應用日益廣泛。
關(guān)鍵詞： 電子密碼鎖，單片機，微處理器
目錄
1 概述 3
1.1 實習單位簡介 3
1.2 實習過程的基本回顧 3
2 實習項目簡介 3
2.1 項目介紹 3
2.2 基本原理 4
2.3方案論證 4
3電路的功能單元設(shè)計 6
3.1開鎖機構(gòu) 6
3.2按鍵電路設(shè)計 7
3.3顯示電路設(shè)計 9
3.4 AT24C02掉電存儲單元的設(shè)計 10
3.5密碼鎖的電源電路設(shè)計 11
3.6設(shè)計總框圖 12
3.7設(shè)計總體電路圖 13
3.8程序設(shè)計 13
3.8.1模塊介紹 13
3.8.2程序流程圖 14
收獲與體會 15
結(jié)束語 16
參考文獻 17
1 概述
隨著人們生活水平的提高，如何實現(xiàn)家庭防盜這一問題也變的尤其的突出，傳統(tǒng)的機械鎖由于其構(gòu)造的簡單，被撬的事件屢見不鮮，電子鎖由于其保密性高，使用靈活性好，安全系數(shù)高，受到了廣大用戶的親呢。
1.1 實習單位簡介
格蘭仕公司創(chuàng)立于 1978年， 27年來，格蘭仕健康、持續(xù)、快速發(fā)展。定位于“全球名牌家電制造中心”，到2004年，2萬余名格蘭仕人致力于推動“全球微波爐制造中心”、“全球空調(diào)制造中心”、“全球小家電制造中心”三大制造基地的發(fā)展，保持微波爐制造、光波爐制造世界第一，進入世界一線空調(diào)品牌陣營，格蘭仕電器產(chǎn)品旺銷全球近200個國家和地區(qū)，集團年銷售額130億元、出口創(chuàng)匯7億美元。
2001年以來，格蘭仕在帶著微波爐產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步升級的同時，開始在空調(diào)和小家電領(lǐng)域帶給世人驚喜。2004年，格蘭仕世界首創(chuàng)光波空調(diào)風靡全球，產(chǎn)銷規(guī)模擴張到260萬臺，成為世界一線空調(diào)品牌。2004年12月，格蘭仕“全球最先進的超大規(guī)模空調(diào)制造基地”建成，并宣布停產(chǎn)普通空調(diào)、全線轉(zhuǎn)產(chǎn)高檔光波空調(diào)，計劃再用三年左右的時間，空調(diào)年產(chǎn)銷規(guī)模支撐到1200萬臺，創(chuàng)建微波爐、光波爐之后的又一個“世界第一”。 1.2 實習過程的基本回顧
本人自2007年12月至2008年3月在廣東格蘭仕集團微波爐制造公司的電器車間實習，主要從事單片機和二極管的安裝。通過實習對單片機和二極管有了全面的認識，而且還能識別他們的類型和用途。
2 實習項目簡介
本系統(tǒng)由單片機系統(tǒng)、矩陣鍵盤、LED顯示和報警系統(tǒng)組成。系統(tǒng)能完成開鎖、超時報警、超次鎖定、管理員解密、修改用戶密碼基本的密碼鎖的功能。除上述基本的密碼鎖功能外，還具有調(diào)電存儲、聲光提示等功能，依據(jù)實際的情況還可以添加遙控功能。本系統(tǒng)成本低廉，功能實用。
2.1 項目介紹
單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。 目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄象機、攝象機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。
2.2 基本原理
電子密碼鎖是一種通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作，從而控制機械開關(guān)的閉合，完成開鎖、閉鎖任務的電子產(chǎn)品。它的種類很多，有簡易的電路產(chǎn)品，也有基于芯片的性價比較高的產(chǎn)品。現(xiàn)在應用較廣的電子密碼鎖是以芯片為核心，通過編程來實現(xiàn)的。
電子密碼鎖的組成框圖，它是以51系列單片機(AT89s51)為核心，配以相應硬件電路，完成密碼的設(shè)置、存貯、識別和顯示、驅(qū)動電磁執(zhí)行器并檢測其驅(qū)動電流值、接收傳感器送來的報警信號、發(fā)送數(shù)據(jù)等功能。
單片機接收鍵入的代碼，并與存貯在EEPROM中的密碼進行比較，如果密碼正確，則驅(qū)動電磁執(zhí)行器開鎖；如果密碼不正確，則允許操作人員重新輸入密碼，最多可輸入三次；如果三次都不正確，則單片機通過通信線路向智能監(jiān)控器報警。單片機將每次開鎖操作和此時電磁執(zhí)行器的驅(qū)動電流值作為狀態(tài)信息發(fā)送給智能監(jiān)控器，同時將接收來自傳感器接口的報警信息也發(fā)送給智能監(jiān)控器，作為智能化分析的依據(jù)。
2.3方案論證
設(shè)計本課題時構(gòu)思了兩種方案：一種是用以AT89s51為核心的單片機控制方案；另一種是用以74LS112雙JK觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路控制方案。考慮到數(shù)字電路方案原理過于簡單，而且不能滿足現(xiàn)在的安全需求，所以本文采用前一種方案。
方案一：采用數(shù)字電路控制。其原理方框圖如圖2－1所示。
圖2－1 數(shù)字密碼鎖電路方案
采用數(shù)字密碼鎖電路的好處就是設(shè)計簡單。用以74LS112雙JK觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，共設(shè)了9個用戶輸入鍵，其中只有4個是有效的密碼按鍵，其它的都是干擾按鍵，若按下干擾鍵，鍵盤輸入電路自動清零，原先輸入的密碼無效，需要重新輸入；如果用戶輸入密碼的時間超過40秒（一般情況下，用戶不會超過40秒，若用戶覺得不便，還可以修改）電路將報警80秒，若電路連續(xù)報警三次，電路將鎖定鍵盤5分鐘，防止他人的非法操作。
電路由兩大部分組成：密碼鎖電路和備用電源(UPS)，其中設(shè)置UPS電源是為了防止因為停電造成的密碼鎖電路失效，使用戶免遭麻煩。
密碼鎖電路包含：鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測、開鎖電路、執(zhí)行電路、報警電路、鍵盤輸入次數(shù)鎖定電路。
方案二：采用一種是用以AT89S51為核心的單片機控制方案。利用單片機靈活的編程設(shè)計和豐富的IO端口，及其控制的準確性，不但能實現(xiàn)基本的密碼鎖功能，還能添加調(diào)電存儲、聲光提示甚至添加遙控控制功能。其原理如圖2－2所示。
圖2－2 單片機控制方案
通過比較以上兩種方案，單片機方案有較大的活動空間，不但能實現(xiàn)所要求的功能而且能在很大的程度上擴展功能，而且還可以方便的對系統(tǒng)進行升級，所以我們采用后一種方案。
3電路的功能單元設(shè)計
3.1開鎖機構(gòu)
通過單片機送給開鎖執(zhí)行機構(gòu)，電路驅(qū)動電磁鎖吸合，從而達到開鎖的目的。其原理如圖3－1所示。
圖3－1 密碼鎖開鎖機構(gòu)示意圖
當用戶輸入的密碼正確而且是在規(guī)定的時間（普通用戶要求在12s內(nèi)輸入正確的密碼，管理員要求在5s輸入正確的密碼）輸入的話，單片機便輸出開門信號，送到開鎖驅(qū)動電路，然后驅(qū)動電磁鎖，達到開門的目的。其實際電路如圖3－2所示。
電路驅(qū)動和開鎖兩級組成。由D5、R1、T10組成驅(qū)動電路，其中T10可以選擇普通的小功率三極管如9014、9018都可以滿足要求。D5作為開鎖的提示；由D6、C24、T11組成。其中D6、C24是為了消除電磁鎖可能產(chǎn)生的反向高電壓以及可能產(chǎn)生的電磁干擾。T11可選用中功率的三極管如8050，電磁鎖的選用要視情況而定，但是吸合力要足夠且由一定的余量。
在本次設(shè)計中，基于節(jié)省材料的原則，暫時用發(fā)光二極管代替電磁鎖，發(fā)光管亮，表示開鎖；滅，表示沒有開鎖。
圖3－2密碼鎖開鎖機構(gòu)電路圖
3.2按鍵電路設(shè)計
由于設(shè)計要求使用矩陣鍵盤，所以本設(shè)計就采用行列式鍵盤，同時也能減少鍵盤與單片機接口時所占用的I/O線的數(shù)目，在按鍵比較多的時候，通常采用這樣方法。其原理如圖3—3所示。
圖3－3 行列式鍵盤原理電路圖
每一條水平（行線）與垂直線（列線）的交叉處不相通，而是通過一個按鍵來連通，利用這種行列式矩陣結(jié)構(gòu)只需要N條行線和M條列線，即可組成具有N×M個按鍵的鍵盤。
在這種行列式矩陣鍵盤非鍵盤編碼的單片機系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認有無按鍵按下的程序段。
當確認有按鍵按下后，下一步就要識別哪一個按鍵按下。對鍵的識別通常有兩種方法：一種是常用的逐行掃描查詢法；另一種是速度較快的線反轉(zhuǎn)法。
對照圖3－3所示的44鍵盤，說明線反轉(zhuǎn)個工作原理。
首先辨別鍵盤中有無鍵按下，有單片機I/O口向鍵盤送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來判斷。方法是：向行線輸出全掃描字00H，把全部列線置為低電平，然后將列線的電平狀態(tài)讀入累加器A中。如果有按鍵按下，總會有一根行線電平被拉至低電平從而使行線不全為1。
判斷鍵盤中哪一個鍵被按下使通過將列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來實現(xiàn)的。方法是：依次給列線送低電平，然后查所有行線狀態(tài)，如果全為1，則所按下的鍵不在此列；如果不全為1，則所按下的鍵必在此列，而且是在與零電平行線相交的交點上的那個鍵。
按鍵的操作面板如圖圖3－4所示。共計數(shù)字鍵10個，功能鍵6個。鍵盤上還有3個指示燈和一個蜂鳴器。
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