多功能電子密碼鎖的設計與實現

劉瑞濤

摘 要：本文設計了一種以AT89S51單片機為控制核心，以矩陣鍵盤為密碼輸入器件的多功能電子密碼鎖，從設計思路、硬件電路設計、軟件程序設計等方面進行了介紹，該設計的密碼鎖實現了預期的目標，具有自動開鎖、報警提示、信息顯示等功能。符合民用場合的要求，按此設計思路可以量產推廣應用。

關鍵詞：電子密碼鎖 單片機 AT89S51 自動開鎖

中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（c）-0003-02

隨著社會的不斷發展和人民生活水平的不斷提高，人們對日常生活中的安全防護越來越重視，電子密碼鎖是基于這一需求而產生出來。本文從使用便利、性價比高等方面介紹了一款以51單片機為控制核心，具有數碼管顯示、提示報警等功能的多功能電子密碼鎖。本文設計的密碼鎖控制方法簡單，成本低廉，非常適用于家庭、商場、辦公室等公共場所。其具體功能如下：用戶通過鍵盤輸入正確密碼，之后按下確認按鍵結束密碼輸入，系統自動開鎖，使用退格鍵可以刪除前面所輸入的密碼，使用閉鎖鍵可以使密碼鎖重新閉鎖；當每按下一個密碼鍵發出一次短提示音，當密碼輸入正確發出1s長提示音，當密碼輸入錯誤發出5s長提示音；用六位數碼管顯示密碼鎖信息，第一位顯示P時為等待用戶輸入開鎖密碼，顯示H時為已經開鎖，顯示E時為密碼輸入報警；通過繼電器模擬鎖具，密碼輸入正確繼電器斷開，通過閉鎖按鍵可以使繼電器閉合。

1 設計思路及流程

根據上面所提到的功能，多功能電子密碼鎖要完成用戶密碼輸入，顯示，提示及報警，自動開鎖等功能，依次可以將此系統分為單片機模塊，鍵盤模塊，數碼管顯示模塊，發聲模塊，電子鎖控制模塊。系統功能結構圖如圖1所示。

各模塊設計思路如下。

單片機模塊：采用教學中經常使用的AT89S51作為核心芯片，此芯片使用率高，價格便宜，開發成本低，適用于一些控制簡單，要求運算速率不高的場合。此模塊以單片機為核心，并配以復位電路和晶振電路，可以采用電池供電或采用簡單方便的開關電源供電。

鍵盤模塊：鍵盤采用4×4行列矩陣鍵盤，一共有16個按鍵。按鍵采用的是微動開關，也可以采用抖動小且穩定的薄膜按鍵或硅膠按鍵。密碼鍵有10個，從0～9，功能鍵有3個，一共需要13個按鍵。

顯示模塊：系統只是顯示0～9共10個數字和若干個英文字母，所以不需要采用液晶等漢字顯示工具，采用6位數碼管顯示。第一位數碼管顯示功能字母，其余5位數碼管用于顯示密碼。為了簡化硬件電路設計，采用動態顯示方式。

發聲模塊：提示音和報警聲音采用蜂鳴器發聲，用一個IO口進行控制，并用三極管進行驅動。

電子鎖控制模塊：系統采用繼電器控制電子鎖的開關與閉合，用一個IO口進行控制，并用三極管進行驅動，為了方便觀察開關閉合狀態，可以將發光二極管連接到電路上，閉合時二極管點亮，斷開時二極管熄滅。

2 硬件電路設計

根據上文介紹的各個模塊，選擇合適的芯片，然后設計硬件電路。按照功能模塊劃分為單片機電路，鍵盤電路，數碼管顯示電路，發聲電路，電子鎖控制電路。

單片機電路包括兩個基本電路，復位電路和晶振電路。復位電路采用阻容復位方式，采用按鍵復位模式，晶振電路中選擇的晶振一般采用12 MHz或11.0592 MHz，以方便計算時間。AT89S51單片機是高性能8位單片機，兼容標準的MCS-51指令系統。P1口的8個引腳用于構成行列矩陣鍵盤，P0口用于輸出數碼管的段碼，P2口用于輸出數碼管的位碼，P3口中有兩個引腳用來控制蜂鳴器，和繼電器。

鍵盤電路采用4×4行列矩陣結構，由4條行線和4條列線組成，行線和列線共有16個交叉點，每個交叉點可以放一個按鍵，這樣可以放置16個按鍵。采用程序控制，行掃描列判斷的方式判斷出哪一個按鍵按下，按鍵電路圖如圖2所示。

數碼管顯示電路用六個數碼管動態掃描顯示，P2口用6個IO口控制6個PNP三極管，繼而通過它們控制數碼管的位選端，使數碼管可以輪流點亮，三極管的基極電阻一般選擇4.7 kΩ。P0口輸出數碼管的段碼信息，硬件上還需連接220 Ω的限流電阻。

發聲電路由PNP三極管和蜂鳴器組成，當控制引腳輸出低電平時，三極管飽和導通，蜂鳴器發聲，當控制引腳輸出高電平時，三極管截止，蜂鳴器停止鳴叫，同時通過程序還可控制發聲時間的長短。

電子鎖控制電路主要由繼電器、三極管、二極管組成，其中控制引腳通過控制三極管的導通和截止，使得繼電器線圈得電和失電，繼而控制觸電的閉合和釋放，同時繼電器線圈還要并聯上續流二極管，為感應電動勢提供回路，防止損壞三極管。

3 軟件程序設計

軟件設計主要包括按鍵掃描子程序，動態掃描顯示子程序，發聲子程序，電子鎖控制子程序及最終集成的主程序。

按鍵掃描子程序設計是系統程序中最難的，其思路是先要判斷是否有鍵按下，如果有鍵按下再判斷哪一個鍵按下，最后返回按鍵值，這其中可以采用多分支結構進行按鍵處理。不能出現死循環，無論是否有按鍵按下，都要盡快返回。顯示子程序要求在主程序中不間斷地調用，使數碼管能夠穩定顯示。發聲與電子鎖控制子程序由于只是對幾個引腳進行簡單控制，所以程序不是很復雜。主程序主要是按照定時、顯示刷新、發聲報警、按鍵掃描、按鍵處理循環操作，其流程圖如圖3所示。

4 結語

本文設計的多功能電子密碼鎖具有方便實用的操作模式，簡單的硬件設計電路，低廉的軟件開發成本，具有一定的推廣價值。系統還可以增加密碼修改功能，這樣用戶可以動態修改密碼，還可以增加通信功能，當發生報警時還可以向主機或用戶發出信息以便及時處理。

參考文獻

[1] 戴文雯.采用AT89C51的電子密碼鎖的設計[J].電子產品世界，2013（10）：61-64.

[2] 韓團軍.基于單片機的電子密碼鎖設計[J].研究與開發，2010（7）：58-61.

[3] 高海.基于AT89S51的密碼鎖設計[J].現代電子技術，2010（18）：12-15.

摘 要：本文設計了一種以AT89S51單片機為控制核心，以矩陣鍵盤為密碼輸入器件的多功能電子密碼鎖，從設計思路、硬件電路設計、軟件程序設計等方面進行了介紹，該設計的密碼鎖實現了預期的目標，具有自動開鎖、報警提示、信息顯示等功能。符合民用場合的要求，按此設計思路可以量產推廣應用。

關鍵詞：電子密碼鎖 單片機 AT89S51 自動開鎖

中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（c）-0003-02

隨著社會的不斷發展和人民生活水平的不斷提高，人們對日常生活中的安全防護越來越重視，電子密碼鎖是基于這一需求而產生出來。本文從使用便利、性價比高等方面介紹了一款以51單片機為控制核心，具有數碼管顯示、提示報警等功能的多功能電子密碼鎖。本文設計的密碼鎖控制方法簡單，成本低廉，非常適用于家庭、商場、辦公室等公共場所。其具體功能如下：用戶通過鍵盤輸入正確密碼，之后按下確認按鍵結束密碼輸入，系統自動開鎖，使用退格鍵可以刪除前面所輸入的密碼，使用閉鎖鍵可以使密碼鎖重新閉鎖；當每按下一個密碼鍵發出一次短提示音，當密碼輸入正確發出1s長提示音，當密碼輸入錯誤發出5s長提示音；用六位數碼管顯示密碼鎖信息，第一位顯示P時為等待用戶輸入開鎖密碼，顯示H時為已經開鎖，顯示E時為密碼輸入報警；通過繼電器模擬鎖具，密碼輸入正確繼電器斷開，通過閉鎖按鍵可以使繼電器閉合。

1 設計思路及流程

根據上面所提到的功能，多功能電子密碼鎖要完成用戶密碼輸入，顯示，提示及報警，自動開鎖等功能，依次可以將此系統分為單片機模塊，鍵盤模塊，數碼管顯示模塊，發聲模塊，電子鎖控制模塊。系統功能結構圖如圖1所示。

各模塊設計思路如下。

單片機模塊：采用教學中經常使用的AT89S51作為核心芯片，此芯片使用率高，價格便宜，開發成本低，適用于一些控制簡單，要求運算速率不高的場合。此模塊以單片機為核心，并配以復位電路和晶振電路，可以采用電池供電或采用簡單方便的開關電源供電。

鍵盤模塊：鍵盤采用4×4行列矩陣鍵盤，一共有16個按鍵。按鍵采用的是微動開關，也可以采用抖動小且穩定的薄膜按鍵或硅膠按鍵。密碼鍵有10個，從0～9，功能鍵有3個，一共需要13個按鍵。

顯示模塊：系統只是顯示0～9共10個數字和若干個英文字母，所以不需要采用液晶等漢字顯示工具，采用6位數碼管顯示。第一位數碼管顯示功能字母，其余5位數碼管用于顯示密碼。為了簡化硬件電路設計，采用動態顯示方式。

發聲模塊：提示音和報警聲音采用蜂鳴器發聲，用一個IO口進行控制，并用三極管進行驅動。

電子鎖控制模塊：系統采用繼電器控制電子鎖的開關與閉合，用一個IO口進行控制，并用三極管進行驅動，為了方便觀察開關閉合狀態，可以將發光二極管連接到電路上，閉合時二極管點亮，斷開時二極管熄滅。

2 硬件電路設計

根據上文介紹的各個模塊，選擇合適的芯片，然后設計硬件電路。按照功能模塊劃分為單片機電路，鍵盤電路，數碼管顯示電路，發聲電路，電子鎖控制電路。

單片機電路包括兩個基本電路，復位電路和晶振電路。復位電路采用阻容復位方式，采用按鍵復位模式，晶振電路中選擇的晶振一般采用12 MHz或11.0592 MHz，以方便計算時間。AT89S51單片機是高性能8位單片機，兼容標準的MCS-51指令系統。P1口的8個引腳用于構成行列矩陣鍵盤，P0口用于輸出數碼管的段碼，P2口用于輸出數碼管的位碼，P3口中有兩個引腳用來控制蜂鳴器，和繼電器。

鍵盤電路采用4×4行列矩陣結構，由4條行線和4條列線組成，行線和列線共有16個交叉點，每個交叉點可以放一個按鍵，這樣可以放置16個按鍵。采用程序控制，行掃描列判斷的方式判斷出哪一個按鍵按下，按鍵電路圖如圖2所示。

數碼管顯示電路用六個數碼管動態掃描顯示，P2口用6個IO口控制6個PNP三極管，繼而通過它們控制數碼管的位選端，使數碼管可以輪流點亮，三極管的基極電阻一般選擇4.7 kΩ。P0口輸出數碼管的段碼信息，硬件上還需連接220 Ω的限流電阻。

發聲電路由PNP三極管和蜂鳴器組成，當控制引腳輸出低電平時，三極管飽和導通，蜂鳴器發聲，當控制引腳輸出高電平時，三極管截止，蜂鳴器停止鳴叫，同時通過程序還可控制發聲時間的長短。

電子鎖控制電路主要由繼電器、三極管、二極管組成，其中控制引腳通過控制三極管的導通和截止，使得繼電器線圈得電和失電，繼而控制觸電的閉合和釋放，同時繼電器線圈還要并聯上續流二極管，為感應電動勢提供回路，防止損壞三極管。

3 軟件程序設計

軟件設計主要包括按鍵掃描子程序，動態掃描顯示子程序，發聲子程序，電子鎖控制子程序及最終集成的主程序。

按鍵掃描子程序設計是系統程序中最難的，其思路是先要判斷是否有鍵按下，如果有鍵按下再判斷哪一個鍵按下，最后返回按鍵值，這其中可以采用多分支結構進行按鍵處理。不能出現死循環，無論是否有按鍵按下，都要盡快返回。顯示子程序要求在主程序中不間斷地調用，使數碼管能夠穩定顯示。發聲與電子鎖控制子程序由于只是對幾個引腳進行簡單控制，所以程序不是很復雜。主程序主要是按照定時、顯示刷新、發聲報警、按鍵掃描、按鍵處理循環操作，其流程圖如圖3所示。

4 結語

本文設計的多功能電子密碼鎖具有方便實用的操作模式，簡單的硬件設計電路，低廉的軟件開發成本，具有一定的推廣價值。系統還可以增加密碼修改功能，這樣用戶可以動態修改密碼，還可以增加通信功能，當發生報警時還可以向主機或用戶發出信息以便及時處理。

參考文獻

[1] 戴文雯.采用AT89C51的電子密碼鎖的設計[J].電子產品世界，2013（10）：61-64.

[2] 韓團軍.基于單片機的電子密碼鎖設計[J].研究與開發，2010（7）：58-61.

[3] 高海.基于AT89S51的密碼鎖設計[J].現代電子技術，2010（18）：12-15.

摘 要：本文設計了一種以AT89S51單片機為控制核心，以矩陣鍵盤為密碼輸入器件的多功能電子密碼鎖，從設計思路、硬件電路設計、軟件程序設計等方面進行了介紹，該設計的密碼鎖實現了預期的目標，具有自動開鎖、報警提示、信息顯示等功能。符合民用場合的要求，按此設計思路可以量產推廣應用。

關鍵詞：電子密碼鎖 單片機 AT89S51 自動開鎖

中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（c）-0003-02

隨著社會的不斷發展和人民生活水平的不斷提高，人們對日常生活中的安全防護越來越重視，電子密碼鎖是基于這一需求而產生出來。本文從使用便利、性價比高等方面介紹了一款以51單片機為控制核心，具有數碼管顯示、提示報警等功能的多功能電子密碼鎖。本文設計的密碼鎖控制方法簡單，成本低廉，非常適用于家庭、商場、辦公室等公共場所。其具體功能如下：用戶通過鍵盤輸入正確密碼，之后按下確認按鍵結束密碼輸入，系統自動開鎖，使用退格鍵可以刪除前面所輸入的密碼，使用閉鎖鍵可以使密碼鎖重新閉鎖；當每按下一個密碼鍵發出一次短提示音，當密碼輸入正確發出1s長提示音，當密碼輸入錯誤發出5s長提示音；用六位數碼管顯示密碼鎖信息，第一位顯示P時為等待用戶輸入開鎖密碼，顯示H時為已經開鎖，顯示E時為密碼輸入報警；通過繼電器模擬鎖具，密碼輸入正確繼電器斷開，通過閉鎖按鍵可以使繼電器閉合。

1 設計思路及流程

根據上面所提到的功能，多功能電子密碼鎖要完成用戶密碼輸入，顯示，提示及報警，自動開鎖等功能，依次可以將此系統分為單片機模塊，鍵盤模塊，數碼管顯示模塊，發聲模塊，電子鎖控制模塊。系統功能結構圖如圖1所示。

各模塊設計思路如下。

單片機模塊：采用教學中經常使用的AT89S51作為核心芯片，此芯片使用率高，價格便宜，開發成本低，適用于一些控制簡單，要求運算速率不高的場合。此模塊以單片機為核心，并配以復位電路和晶振電路，可以采用電池供電或采用簡單方便的開關電源供電。

鍵盤模塊：鍵盤采用4×4行列矩陣鍵盤，一共有16個按鍵。按鍵采用的是微動開關，也可以采用抖動小且穩定的薄膜按鍵或硅膠按鍵。密碼鍵有10個，從0～9，功能鍵有3個，一共需要13個按鍵。

顯示模塊：系統只是顯示0～9共10個數字和若干個英文字母，所以不需要采用液晶等漢字顯示工具，采用6位數碼管顯示。第一位數碼管顯示功能字母，其余5位數碼管用于顯示密碼。為了簡化硬件電路設計，采用動態顯示方式。

發聲模塊：提示音和報警聲音采用蜂鳴器發聲，用一個IO口進行控制，并用三極管進行驅動。

電子鎖控制模塊：系統采用繼電器控制電子鎖的開關與閉合，用一個IO口進行控制，并用三極管進行驅動，為了方便觀察開關閉合狀態，可以將發光二極管連接到電路上，閉合時二極管點亮，斷開時二極管熄滅。

2 硬件電路設計

根據上文介紹的各個模塊，選擇合適的芯片，然后設計硬件電路。按照功能模塊劃分為單片機電路，鍵盤電路，數碼管顯示電路，發聲電路，電子鎖控制電路。

單片機電路包括兩個基本電路，復位電路和晶振電路。復位電路采用阻容復位方式，采用按鍵復位模式，晶振電路中選擇的晶振一般采用12 MHz或11.0592 MHz，以方便計算時間。AT89S51單片機是高性能8位單片機，兼容標準的MCS-51指令系統。P1口的8個引腳用于構成行列矩陣鍵盤，P0口用于輸出數碼管的段碼，P2口用于輸出數碼管的位碼，P3口中有兩個引腳用來控制蜂鳴器，和繼電器。

鍵盤電路采用4×4行列矩陣結構，由4條行線和4條列線組成，行線和列線共有16個交叉點，每個交叉點可以放一個按鍵，這樣可以放置16個按鍵。采用程序控制，行掃描列判斷的方式判斷出哪一個按鍵按下，按鍵電路圖如圖2所示。

數碼管顯示電路用六個數碼管動態掃描顯示，P2口用6個IO口控制6個PNP三極管，繼而通過它們控制數碼管的位選端，使數碼管可以輪流點亮，三極管的基極電阻一般選擇4.7 kΩ。P0口輸出數碼管的段碼信息，硬件上還需連接220 Ω的限流電阻。

發聲電路由PNP三極管和蜂鳴器組成，當控制引腳輸出低電平時，三極管飽和導通，蜂鳴器發聲，當控制引腳輸出高電平時，三極管截止，蜂鳴器停止鳴叫，同時通過程序還可控制發聲時間的長短。

電子鎖控制電路主要由繼電器、三極管、二極管組成，其中控制引腳通過控制三極管的導通和截止，使得繼電器線圈得電和失電，繼而控制觸電的閉合和釋放，同時繼電器線圈還要并聯上續流二極管，為感應電動勢提供回路，防止損壞三極管。

3 軟件程序設計

軟件設計主要包括按鍵掃描子程序，動態掃描顯示子程序，發聲子程序，電子鎖控制子程序及最終集成的主程序。

按鍵掃描子程序設計是系統程序中最難的，其思路是先要判斷是否有鍵按下，如果有鍵按下再判斷哪一個鍵按下，最后返回按鍵值，這其中可以采用多分支結構進行按鍵處理。不能出現死循環，無論是否有按鍵按下，都要盡快返回。顯示子程序要求在主程序中不間斷地調用，使數碼管能夠穩定顯示。發聲與電子鎖控制子程序由于只是對幾個引腳進行簡單控制，所以程序不是很復雜。主程序主要是按照定時、顯示刷新、發聲報警、按鍵掃描、按鍵處理循環操作，其流程圖如圖3所示。

4 結語

本文設計的多功能電子密碼鎖具有方便實用的操作模式，簡單的硬件設計電路，低廉的軟件開發成本，具有一定的推廣價值。系統還可以增加密碼修改功能，這樣用戶可以動態修改密碼，還可以增加通信功能，當發生報警時還可以向主機或用戶發出信息以便及時處理。

參考文獻

[1] 戴文雯.采用AT89C51的電子密碼鎖的設計[J].電子產品世界，2013（10）：61-64.

[2] 韓團軍.基于單片機的電子密碼鎖設計[J].研究與開發，2010（7）：58-61.

[3] 高海.基于AT89S51的密碼鎖設計[J].現代電子技術，2010（18）：12-15.