电子密码锁设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,电子密码锁设计,作 者: 任渭龙,专 业:电气工程及其自动化,指导教师: 郭红霞,1,1 绪论,课题研究背景：随着科学技术的发展，人们生活水平的不断提高，家庭防盗的问题也变得越来越重要。传统的机械锁，由于结构简单，安全性能比较低，无法满足人们的需要。由于电子密码锁用密码取代了钥匙，既少了戴钥匙的麻烦，又解决了普通门锁安全性能差的缺点。越来越重要的防盗问题，耐用性差的机械锁频繁发生的被撬事件，机械锁所暴露出来的种种弊端将一种新型的锁电子密码锁，推向了历史的舞台。,课题研究目的：电子密码锁系统由单片机AT89C51与存储器AT24C02作为主控芯片与数据存储器单元，结合外围的键盘输入、LCD液晶显示、报警模块、开锁模块等电路模块。它能实现以下功能：密码输入正确时，开锁；密码输入错误时，报警并锁定键盘；用户可以根据需要来更改密码。,课题研究意义：充分理解电子密码锁的工作原理;掌握电子密码锁的构成及应用。,2,2 电子密码锁,设计方案及原理,本设计主要由AT89C51单片机、4*4键盘、存储模块等部分组成。其中4*4键盘用于输入密码和实现相应功能。由用户通过4*4键盘输入密码，经过单片机对用户输入的密码与自己保存的密码进行比较，来判断密码是否正确，然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或报警电路，控制开锁还是报警。系统整体框图如下图所示：,存储模块,A,T,8,9,C,5,1,键盘模块,最小系统,开锁模块,显示模块,报警模块,3,2 电子密码锁,设计方案及原理,电子密码锁工作,原理：,通过键盘设置6位密码，输入密码正确，则开锁；用户可以根据需要对密码锁进行密码修改和设定，修改密码前必须先开锁；修改密码是要进行两次输入，第二次主要是为了确认第一次的输入，以免误操作；此密码锁具有光报警功能，密码输入错误LCD1602显示器会出现错误提示同时LED发光；输入密码时，若3次输入错误，则报警，输入时，LCD显示为“*”，也可进行管理员切换，修改密码时显示的是数字。,4,3 电子密码锁主控芯片介绍,AT89C51的特性：片内4KB Flash ROM程序存储器；128 B的片内数据存储器；40个引脚；4个并行I/O 口，共32条可单独编程的I/O线；5个中断源， 2个中断优先级；一个全双工的异步串行口；2个16位定时/计数器；以及片内振荡器和时钟。右图为AT89C51芯片引脚图,5,3 电子密码锁主要模块介绍,复位电路：该密码锁若对其不进行任何操作，将一直处于初始状态。当用键盘对密码锁进行相应功能的操作时，才将其唤醒进入到解码比对状态，通电瞬间，该电路中C3瞬间相当于短路，使电路复位。电容充电完毕后电路又自动断开，此时复位接口为低，进入正常工作状态。在将系统从初始状态中唤醒的过程中，为确保操作的准确，则就要使振荡器起振后充分稳定，就要使复位电路中的VCC在正常工作电压范围内保持110ms。手动复位按键K1是为了避免死机时无法可靠复位。当复位按键K1按下后电容C3通过R5放电。R5的作用是使键按下瞬间电容C3的放电电流消耗在电阻上，防止产生火花，以保护按键触电。,复位电路原理图如下：,6,3 电子密码锁主要模块介绍,晶振时钟电路：晶体时钟电路与AT89C51单片机的连接方式如图2-5所示。晶体时钟电路中由石英晶晶振体、C1，C2电容和片内与非门组成了三点式振荡器，石英晶振体的频率和两个电容的频率决定着晶体时钟电路产生的振荡信号的频率，但是决定性因素是石英晶振体的频率(一般为033MHz)，电容C1、C2（一般为530pF）则处于次要因素的位置。在本设计中石英晶振体的频率选为12MHZ，电容的容量选为为20pF。,晶振时钟电路如图所示。,7,3 电子密码锁主要模块介绍,电源模块：密码锁需要用5V直流电源给主控制部分供电，220V的电网电压通过变压器变成12V的交流电压，经过整流电路把12V交流电压转换成5V直流电压。需要经过滤波电容C4和C5两次滤波后，在经过集成稳压芯片7805的稳压后，使7805Vout管脚输出平滑的5V直流电压。整流后的电压含有的交流分量经过滤波电路后变成了稳定平滑的5V直流电压，避免了交流分量影响到负载部分的正常工作。稳压电路的功能是使输出的直流电压不受电网电压和负载电阻变化的影响，从而获得较高稳定性的直流电压。电容C6和C7的设置在一定程度上也起到了滤波作用，R8作为限流电阻，再用D2显示做电源指示6。电源模块电路如下图所示,8,3 电子密码锁主要模块介绍,存储模块：图中引脚A0、A1、A2、WP和GND都是接地的，引脚8接的是电源正极，SCL和SDA均通过5.1K的上拉电阻R4、R3与电源正极相连接，R3、R4 使AT24C02的静态损耗减少了很多。SCL、SDA分别与单片机AT89C51的P3.6、P3.7连接。AT24C02用SCL和 SDA进行数据传输。存储器AT24C02在电源断开时，能够存储刚刚设定的信息。设定的密码可以在其芯片内保存几十年的时间，每次修改后它都会自动保存。其电路如下图所示。,9,3 电子密码锁主要模块介绍,显示模块：当用户要开锁时，按下键盘上的F4键后利用键盘上的数字键0-9输入密码，按一个数字键就在LCD上显示一个*，输入几位就显示几个*。密码输完后，按下EN键，若输入的密码正确， LCD显示“RIGHT”提示，单片机其中P2.0引角会输出低电平，使三极管T2、T3导通，电磁铁吸合，实现开锁，若密码输入错误，LCD显示屏会显示“ERROR”提示， P2.0输出的是高电平，不能打开电子密码锁。按下键盘上的F3键，显示器开启，再按下F3键显示器关闭，否则显示器将一直处于初始状态。通过LCD显示屏，可以清楚的判断出密码锁所处的状态。,显示模块引脚接口如下图所示：,10,3 电子密码锁主要模块介绍,报警模块：蜂鸣器功率较大故通过8050 三极管驱动。报警部分由陶瓷压电发声装置及外围电路组成，加电后不发声，密码正确时，不发声直接开锁，当密码输入错误时，单片机的P2.1引脚为低电平，三极管T3导通蜂鸣器发声报警。当按下按键时蜂鸣器会发出“嘀”的提示音，当再报警状态其会发出“嘀、嘀”的报警声。,报警模块如下图所示：,11,3 电子密码锁主要模块介绍,开锁模块：当用户正确输入密码，并在规定的时间（本设计定为10s）输入的话，单片机AT89C51就会输出开门信号，同时将开门信号由与开锁模块连接的P2.0引脚传送给开锁驱动电路，进而驱动电磁锁，使电磁锁吸合实现开锁。密码锁开锁机构电路如右图所示。,由驱动电路和执行开锁电路两部分电路组成了开锁模块。驱动电路由D4、R9、T2组成，其中D4用作开锁指示，在本设计中T2选用的是9014小功率三极管；执行开锁电路由D3、C8、T3组成。设计中T3选用的是中功率的三极管8050来驱动开锁，而D3、C8 是为了消除电磁锁可能产生的反向高电压及可能产生的电磁干扰。在一般设计和实际中要根据实际情况选用有足够吸合力的电磁锁，并且选用的电磁锁要恰到好处。当单片机输入开门信号时驱动电路T2导通从而D4发光提示开锁, 同时驱动T3, T3导通执行开锁。,在本次设计中，考虑到材料的选择，暂时用发光二极管代替电磁锁来模拟开锁过程，开锁用发光管亮表示；没有开锁用发光管灭来表示。,12,4 电子密码锁主程序,主程序设计：在正常状态下要开锁， 先按开锁按钮，再输入密码，然后按确定键开锁，完毕后按关锁键关锁。密码限输入三次，如果输错三次，则报警。如果要修改密码和用户号，必须是在开锁的状态下。方法是：先按修改密码或修改用户键，输入内容，按下确定键确定修改，然后可以关锁。如果忘记密码，可以先按管理员键，输入管理员密码开锁后可进行密码修改操作。,主程序设计流程图如下：,初始化,键盘扫描,密码比较,开锁程序,修改密码程序,输入次数加1,报警,N,Y,Y,Y,Y,Y,N,N,N,N,F1管理员,开始,返回,正确,输入密码,EN（确认）,次数3?,F4(开锁),F2(设置),Y,N,13,5 结论,电子密码锁功能如下：（1）通过键盘设置6位密码，输入密码正确，则开锁；（2）用户可以根据需要对密码锁进行密码修改和设定，修改密码前必须先开锁；（3）修改密码是要进行两次输入，第二次主要是为了确认第一次的输入，以免误操作；（4）此密码锁具有光报警功能，密码输入错误LCD1602显示器会出现错误提示同时LED发光；（5）输入密码时，若3次输入错误，则报警，输入时，LCD显示为“*”，也可进行管理员切换，修改密码时显示的是数字。,此次设计的密码锁具有简单易懂，安全性高，保密性好，用户可随意修改和设定密码等特点。本系统用的是6位密码输入，由于他人不知道密码和密码的位数，并且要求在规定的时间内把密码输入正确，所以他人开锁的几率很小。由于使用的是单片机作为核心的控制元件，配合其它器件，使本密码控制系统具有功能强、性能可靠、电路简单、成本低的特点，加上经过优化的程序，使其有很高的智能化水平。被广泛用在家庭、学校、银行、宾馆等场所。,受到本人水平的限制，此次设计的密码所还存在很多的问题：（1）密码锁的密码和用户号必须牢牢记住，否则自己锁上的密码锁也将无法打开；（2）设计中没有使用更加智能或者具有感应能力的模块，仅仅是最基本的设计而已。对于存在的不足之处，希望后人将其更加完善，更加先进。给密码锁结合一些人体的指纹、声音、视网膜等信息，那样组合起来更加使其智能化，还望后人的开发与研究。,14,6 致谢,本设计花费了自己大量的时间终于完成了，能够最终完成这个设计，获得这份劳动成果，与帮助过我的老师、同学、朋友的关系是离不开的。回想起做论文是的辛勤努力，品味现在获得的喜悦，一个个帮助过我的人，关心过我的人也都一个个浮现在了我的脑海里。首先我得感谢我的指导老师郭红霞老师。在我们做论文的过程中郭老师总是不厌其烦的给我们进行论文指导，并多次把我们小组成员叫过去，给我们进行修改论文，非常关心我们的论文进度和设计情况。占用了她很多的私人时间，但她仍不忘记在指导论文的过程中给我提一些可行性的意见和建议，再次感谢我的指导老师郭老师。,再是我要感谢大学四年来伴我成长的各位老师，感谢一直支持我的父母、亲戚、朋友和同学，也感谢答辩组的各位老师，感谢母校对我的培养，我要用我的所学，来回报母校，回报社会。,15,