單片機在電子密碼鎖中的應用

許琴

摘 要：本系統由單片機系統、矩陣鍵盤、LED顯示和報警系統組成。系統能完成開鎖、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，還具有調電存儲、聲光提示等功能，依據實際的情況還可以添加遙控功能。本系統成本低廉，功能實用

關鍵詞：AT89S51；AT24C02；電子密碼鎖；矩陣鍵盤

隨著人們生活水平的提高，如何實現家庭防盜這一問題也變的尤其的突出，傳統的機械鎖由于其構造的簡單，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，安全系數高，受到了廣大用戶的親呢。

設計本課題時構思了兩種方案：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觸發器構成的數字邏輯電路控制方案。考慮到數字電路方案原理過于簡單，而且不能滿足現在的安全需求，所以本文采用前一種方案。

1 方案論證與比較

采用數字密碼鎖電路的好處就是設計簡單。用以74LS112雙JK觸發器構成的數字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，共設了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、執行電路、報警電路、鍵盤輸入次數鎖定電路。

2 電路的功能單元設計

1.開鎖機構

通過單片機送給開鎖執行機構，電路驅動電磁鎖吸合，從而達到開鎖的目的。其原理如圖所示。

當用戶輸入的密碼正確而且是在規定的時間（普通用戶要求在12s內輸入正確的密碼，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，送到開鎖驅動電路，然后驅動電磁鎖，達到開門的目的。其實際電路如圖所示。

電路驅動和開鎖兩級組成。由D5、R1、T10組成驅動電路，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生的反向高電壓以及可能產生的電磁干擾。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。

在本次設計中，基于節省材料的原則，暫時用發光二極管代替電磁鎖，發光管亮，表示開鎖；滅，表示沒有開鎖。

按鍵的操作面板如圖所示。共計數字鍵10個，功能鍵6個。鍵盤上還有3個指示燈和一個蜂鳴器。

10個數字鍵用來輸入密碼，另外6個功能鍵分別是：CLR、EN、F1、F2、F3、F4。其中CLR鍵的功能是當輸入密碼錯誤的時候，清除前面已經輸入的數據，重新輸入。EN鍵的功能是確認輸入的密碼。F1是管理模式切換鍵，當用戶不小心三次輸入密碼都沒有正確，鍵盤被鎖定，這個時候就可以啟動管理模式，使用管理員的密碼來開門。F2是用來進入修改密碼的狀態。F3用來關閉顯示器，一來可以節省電量，另外也可以防止不法分子偷窺密碼。F4用來作電鈴。

上面的3個指示燈L1、L2、L3是用來指示操作的狀態：L1鎖定及輸入指示狀態燈，正常的情況下顯示紅色，當鍵盤動作的時候，L1燈開始閃動，當鍵盤處于鎖定狀態時，指示燈也顯示紅色。L2開門指示燈，當用戶在規定的時間內正確的輸入了密碼，此燈轉變為綠色，表示開門，否則不顯示。L3是管理員狀態指示燈，當按下F1后，指示燈自動點亮。

面板上還有一個蜂鳴器，其中一個功能是用來指示操作的按鍵是否在成功的按下；另外一個功能是當用戶輸入密碼錯誤的次數超過了3次，鳴笛以示報警。

2.顯示電路設計

本系統設計的顯示電路是為了給使用者以提示而設置的。考慮到為了節約單片機的口資源，本系統的顯示采用串行顯示的方式，只使用單片機的兩個串行口，就可以完成單片機的顯示功能。

電路設定：當程序檢測在5分鐘內沒有按鍵操作的時候，就關閉顯示。這個功能使用程序來實現的，一旦沒有按鍵動作就啟動一個定時器，檢測在5分鐘內沒有按鍵動作的時候，啟動一個程序，關閉顯示，這樣可以達到節省電能的目的。

3.密碼鎖的電源電路設計

為了防止停電情況的發生，本電路后備了UPS電源，它包括市電供電電路，停電檢測電路，電子開關切換電路，蓄電池充電電路和蓄電池組成。電源電路圖如圖所示。

220V市電通過變壓器降壓成12V的交流電，再經過整流橋整流，7805穩壓到5V送往電子切換電路，由于本電路功耗較少，所以選用10W的小型變壓器。

3 程序設計

1.模塊介紹

該計程計價系統的軟件設計分為以下幾個模塊：

（1）主程序模塊

主程序主要完成初始化、設置中斷向量、檢查有無按鍵按下、以及調用顯示等等。主程序的流程圖如下所示。

（2）顯示子程序

由于是分屏顯示數據，所以就要用到5個顯示子程序，分別是：關閉狀態顯示子程序（DIS_A）、開鎖狀態顯示子程序（DIS_B）、密碼輸入及修改狀態顯示子程序（DIS_C）、密碼輸入錯誤后的提示子程序（DIS_D）。密碼在規定的時間內輸入錯誤次數超過3次后的鎖定狀態顯示子程序（DIS_E）.

4 總結

由于使用的是單片機作為核心的控制元件，以及靈敏的霍爾開關型器件，具有功能強、性能可靠、電路簡單、成本低的特點，加上經過優化的程序，使其有很高的智能化水平。

但是在我們設計和調試的過程中，也發現了一些問題，我們可以采用指紋識別和聲控來控制電子密碼鎖的開關，指紋和聲控不能識別的情況下話我們在用輸入密碼來打開電子密碼鎖。

參考文獻

（1）張迎新 編著.單片機原理及應用.北京：電子工業出版社，2014

（2）曹巧媛 主編.單片機原理及應用. 北京：電子工業出版社，2012

（3）李全利 主編.單片機原理及應用技術.北京：高等教育出版社，2011