智能電子密碼鎖設(shè)計

解翔宇 項遠輝 林健誼 朱尚勝 孫薇 張昊 紀娟娟

摘要：該文利用單片機最小系統(tǒng)、液晶顯示電路、矩陣鍵盤模塊、蜂鳴器模塊、繼電器模塊、AT24C02C模塊以及電源模塊等七個模塊對智能電子密碼鎖進行了設(shè)計。單片機最小系統(tǒng)是由STC89C52單片機、電阻以及晶體等元器件構(gòu)成，STC89C52單片機是本設(shè)計的核心器件。基于該系統(tǒng)的硬件電路，利用單片機C語言對系統(tǒng)進行軟件設(shè)計，并實現(xiàn)了系統(tǒng)的開鎖、修改密碼以及管理員解密等功能的仿真。最后，進行了系統(tǒng)調(diào)試，對系統(tǒng)整體功能進行了驗證。該設(shè)計方案可行，對智能電子密碼鎖設(shè)計的研究具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：STC89C52單片機；密碼鎖；AT24C02C；矩陣鍵盤

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）12-0176-05

在以往的生活中，只能在一些比較特殊的場所看到智能電子密碼鎖的使用，例如：機關(guān)辦公室、國家機密局、銀行等。但隨著生活質(zhì)量的提升，人們逐步走向智能化時代的生活，對于各種鎖的需求也不再是局限于傳統(tǒng)的機械鎖。傳統(tǒng)的機械鎖只能通過鑰匙開鎖且容易被撬開，而智能電子密碼鎖的開鎖方式有很多，例如：指紋、按鍵、面部識別、聲控等開鎖方式。因此，人們開始圍繞怎么樣提高鎖的安全系數(shù)、怎么樣讓鎖變得智能化等問題展開研究。由于計算機占據(jù)的面積比較大，所以研究以單片機為核心的智能電子密碼鎖是非常必要的。單片機不僅體積小，相對計算機來說它的成本很低、精度高以及容易升級完善[1-10]。智能電子密碼鎖是由矩陣鍵盤輸入的密碼通過單片機去支配系統(tǒng)工作，最后實現(xiàn)智能電子密碼鎖開鎖、閉鎖等一系列工作的智能電子產(chǎn)品[11]。自智能電子密碼鎖發(fā)明以來，它開始逐漸地占領(lǐng)人們生活中的各個領(lǐng)域為人們的生活帶來便利、安全[12]，智能電子密碼鎖已成為我們的生活中非常重要的智能電子產(chǎn)品。

1 設(shè)計思路

智能電子密碼鎖設(shè)計的核心是單片機最小系統(tǒng)，以矩陣鍵盤模塊和電源模塊作為它的輸入部分，以LCD模塊、蜂鳴器模塊和繼電器模塊作為它的輸出部分，而密碼存儲模塊既作為它的輸入部分又作為它的輸出部分。系統(tǒng)總設(shè)計框圖如圖1所示。

基于系統(tǒng)框圖，文將要完成以下功能：

（1） 在4×4的矩陣鍵盤上輸入6位數(shù)的密碼，如果密碼正確智能電子密碼鎖將會被打開且指示燈點亮；反之，蜂鳴器將發(fā)出報警。

（2） 用戶可以根據(jù)自己的需求重新設(shè)置新的密碼。首先，輸入正確密碼把智能電子密碼鎖打開；其次，進入重新設(shè)置新的密碼的界面，并且要求輸入兩次密碼完全一致時新密碼才設(shè)置成功；反之，新密碼設(shè)置失敗。

（3） 當連續(xù)輸入的密碼錯誤三次時，智能電子密碼鎖將會報警并鎖死矩陣鍵盤一段時間用戶將無法輸入密碼。

（4） 當用戶忘記電子鎖密碼時，可以通過管理員密碼來恢復(fù)電子鎖的初始密碼“123456”。管理員密碼不能用于修改電子鎖密碼，只能幫助用戶恢復(fù)初始密碼。

（5） 在掉電的情況下，智能電子密碼鎖能保存密碼數(shù)據(jù)并且支持復(fù)位保存。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

本設(shè)計利用單片機最小系統(tǒng)、液晶顯示電路、矩陣鍵盤模塊、蜂鳴器模塊、繼電器模塊、AT24C02C模塊以及電源模塊構(gòu)成整體的硬件電路，系統(tǒng)整體電路原理圖如圖2所示。

3 軟件程序設(shè)計

3.1 程序設(shè)計思路

當輸入密碼連續(xù)錯誤三次時，蜂鳴器將會報警并且鎖定矩陣鍵盤鎖；當需要重新設(shè)置智能電子密碼鎖的密碼時，先將電子鎖打開，然后按下修改密碼的按鍵進入重新設(shè)置新密碼的界面，最后需要輸入兩次新密碼且輸入的完全一致新密碼修改成功；當忘記智能電子密碼鎖的密碼時，通過管理員密碼去恢復(fù)電子鎖的初始密碼“123456”。

3.2 程序設(shè)計流程圖

基于前文的程序設(shè)計思路，本系統(tǒng)的流程圖如圖3所示。

4 系統(tǒng)仿真

5 系統(tǒng)測試實物圖

5.1 輸入正確密碼

當上電時如圖15示，輸入正確密碼時如圖16所示，輸入正確密碼后如圖17所示，液晶顯示器呈現(xiàn)的電子智能密碼鎖狀態(tài)為“open”并且開鎖指示燈亮。

5.2 修改密碼

當修改密碼時，先將智能電子密碼鎖打開，開鎖以后按下修改密碼的按鍵進入設(shè)置新密碼的界面要輸入兩次新設(shè)置的密碼如圖18所示。輸入兩次密碼完全一致時，新密碼設(shè)置成功如圖19所示。

5.3 輸入密碼錯誤3次

當?shù)谝淮屋斎朊艽a錯誤時，液晶顯示器如圖20所示；當?shù)诙屋斎朊艽a錯誤時，液晶顯示器如圖21所示；當輸入密碼錯誤次數(shù)達到第三次時，液晶顯示器如圖22所示，此后智能電子密碼鎖報警、矩陣鍵盤被鎖定如圖23所示。

5.4 管理員密碼

當忘記電子智能密碼鎖的密碼時，可以通過管理員密碼“123123”來恢復(fù)智能電子密碼鎖的初始密碼“123456”。首先，在輸入密碼的界面輸入管理員密碼“123123”如圖24所示；然后，按下管理員密碼鍵；最后，恢復(fù)智能電子密碼鎖的初始密碼“123456”成功，此時LCD1602液晶顯示器的顯示狀態(tài)為“Into OK”如圖25所示。

6 總結(jié)

本文以單片機最小系統(tǒng)為核心，以液晶顯示器、矩陣鍵盤模塊、蜂鳴器模塊、繼電器模塊、AT24C02C模塊以及電源模塊這幾個部分作為輔助模塊，完成了智能電子密碼鎖設(shè)計。本設(shè)計主要從硬件電路設(shè)計、軟件程序編寫以及系統(tǒng)仿真、調(diào)試三個方面去實現(xiàn)。最后進行電路的焊接實現(xiàn)智能電子密碼鎖的解鎖、修改密碼、管理員恢復(fù)初始密碼以及輸入密碼次數(shù)超過三次報警并鎖定矩陣鍵盤等功能。

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【通聯(lián)編輯：朱寶貴】