基于單片機的電子密碼鎖設計

范家明

摘 要：隨著電子技術的發展，人們對鎖的需求越來越多，所以各種各樣的電子鎖層出不窮，未來電子密碼鎖的市場將非常廣闊。這次設計是以STC89C51單片機為技術控制核心，顯示部分選用了1602液晶顯示，密碼儲存模塊采用AT24C02芯片，結合設計的外圍報警模塊，矩陣鍵盤輸入模塊，繼電器模塊完成了電子密碼鎖的設計。

關鍵詞：密碼鎖；單片機；液晶顯示

一、引言

（一）設計的背景和研究意義。自從人類脫離原始社會、開始有私有財產的概念以來，鎖就成為了人們生活中的重要組成部分。隨著科技的發展，電子密碼鎖被越來越多的人所接受，它已經在生活中隨處可見了. 電子密碼鎖擁有太多機械鎖完全無法相比的優點。它不但能完成“鎖”自身的功用，還可以具有記憶、辨識、警報等特別的作用。因為電子密碼鎖的更安全性、更便宜、易操作，越來越多人開始關注這一領域。

隨著單片機的迅速發展，其應用領域越來越廣泛，將其應用到保密和安全方面是相當可靠，相當有意義的。基于單片機的電子密碼鎖的研究在保護財產和人身安全方面可以給人們帶來更多更好的選擇

（二）設計的主要環節。設計的主要方案如下：（1）控制模塊采用STC89C51為控制中心模塊。（2）鍵盤輸入采用4x3的共陰極鍵盤輸入可以節省IO口的使用。（3）顯示模塊采用液晶顯示密碼的輸入和修改等提示。（4）報警模塊通過蜂鳴器和LED燈閃爍來完成。（5）繼電器用來控制密碼鎖的開關。

二、系統的硬件原理圖

硬件設備是以單片機為核心，結合電源電路、密碼儲存電路、顯示電路、報警電路和繼電器電路等外圍設備來完成設計要求。其原理框圖如圖1。

三、系統硬件部分設計

（一）AT24C02 EEPROM存儲器。用戶在使用電子密碼鎖的時候若更改了系統的初始密碼，密碼鎖系統斷電之后密碼就容易丟失，而曾加了AT24C02就能把密碼儲存起來防止丟使。

AT24C02是一個2Kbit串行CMOS EEPROM，內部256個

8位字節。其引腳功能如下串行數據輸入/輸出引腳（SDA）可實現雙向串行數據傳輸。串行時鐘信號引腳（SCL）在SCL輸入時鐘信號的上升沿將數據送入EEPROM器件，并在下降沿將數據讀出。器件/頁地址腳（A2、A1、A0）為AT24C02硬件連接的器件地址輸入引腳。寫保護（WP）引腳。當該引腳接地GND時可以正常的讀寫，接VCC時，芯片啟動寫保護功能。

AT24C02與單片機相連時，A0，A1，A2接地，GND接地，VCC接電源，WP接P2^2，SDA接P2^0，SCL接P2^1。

（二）液晶點陣屏1602。1602液晶也叫做1602字符型液晶，它是專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣式液晶模塊。

1602液晶分為背光和不背光兩種，帶背光的1602液晶采用標準的16腳接口與單片機相連接。

（三）矩陣鍵盤。為了節省IO的使用，使用共陰極的矩陣鍵盤作為密碼輸入端，它將I/O口分別引出線，并分為行線和列線，在每一個行線和列線相交的地方放置一個按鍵，這種方案下，一個占用7個I/O端口的4×3的行列結構可以構成一個

12鍵的鍵盤。通過軟件掃描的方法就可以確定是哪個按鍵按下了。

（四）警鈴電路。運用蜂鳴器和計算機軟件的控制可以使它發出911報警的聲音。通過一個PNP的三級管可以驅動蜂鳴器的工作。當密碼輸入正確時警鈴不工作，同時密碼所開。但是如果密碼輸入錯誤控制蜂鳴器的P2^4引腳輸出低電平，蜂鳴器發出報警的聲音將持續5秒。

（五）繼電器電路。采用電磁繼電器作為密碼鎖的開關。電磁繼電器一般是由鐵芯、線圈、銜鐵、觸電簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的壓力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸電結合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力下返回原來的位置，使觸電釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了電路中的導通和切斷的作用。在密碼輸入正確的時候控制繼電器的P2^5引腳輸出低電平，電子密碼鎖開。

（六）復位電路。單片機的置位和復位都是為了把電路初始化到一個確定的狀態。一般來說，單片機的復位電路的作用就是把單片機的內的各個寄存器裝入常山預設的一個值，即讓從單片機的第一條指令（0000H單元）開始執行。單片機復位電路的原理就是在單片機的復位引腳RST上外接電阻和電容，讓RST（9腳）端出現高電平，并保持兩個機器周期以上，單片機就會執行復位操作。

四、系統軟件部分設計

如圖2所示為主程序流程圖，系統上電后將進行初始化，然后開始進行鍵盤掃描，此時在鍵盤上輸入密碼，若密碼正確，則開鎖成功，播放成功提示音，密碼錯誤則會提示，包括屏幕畫面及聲音。

五、結論

在本次電子密碼鎖的設計過程中，通過查閱資料和向老師請教結合實際制作了一款功能比較齊全的電子密碼鎖。它具有以下的功能：（1） 用戶通過矩陣鍵盤四位密碼，并以確認鍵（#）結束。若需要修改密碼，則按修改鍵（*）進入密碼修改狀態。（2） 允許密碼輸入錯誤的最大次數為三次，口令錯誤次數超過三次則進入死鎖狀態，并發出警報，系統將鎖定鍵盤5分鐘。（3）初始化密碼又系統決定，用戶可以根據自己的要求設定密碼。修改密碼時需要首先正確的輸入舊的密碼才可以修改，修改新密碼需要兩次相同的輸入新的密碼，以防錯按鍵盤而導致的新密碼丟失。（4）密碼輸入以“*”顯示，提高密碼的安全性，防止別人偷窺。（5）當無密碼輸入時自動進入節電模式，減少功耗。

參考文獻：

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