基于單片機的電子密碼鎖

馬寧 郭月萌

【摘 ?要】當今世界，人們越來越注重個人隱私的保護，更在意生命財產安全。所自古以來就是人們深刻研究的工具，既要求能夠實現安全可靠又要求輕便簡易。所以集安全性與便捷性于一體的電子鎖應運而生。電子鎖種類繁多，如指紋鎖、密碼鎖、此電子密碼鎖選取了80C51單片機為核心。通過輸入六位密碼進行開鎖，本設計具有設置密碼、修改密碼、報警鎖定、報警提示等功能。

【關鍵詞】電子密碼鎖;單片機;安全

引言

電子密碼鎖不僅能起到安全的作用并且免于用戶關于鑰匙的困擾。電子密碼鎖常用于家庭安裝，在很多高端社區都可以看到電子門鎖的身影。電子密碼鎖是一種通過密碼輸入來工作的電子產品。利用內在芯片控制機械開關的閉合，實現開鎖、關鎖的任務。它的種類繁多，既有僅靠電路實現的結構簡單產品，也有核心為芯片的高價位高端產品。電子密碼鎖大多是以芯片為核心的，在經過人工編程實現密保安全。

1 硬件描述

1.1所需硬件

單片機、矩陣鍵盤、液晶顯示器和密碼存儲等。

1.2單片機80C51

80C51單片機屬于MCS-51系列單片機。該系列單片機由Intel公司開發。8048結構的發展促進了8051單片機的誕生。該系列改進了8048的缺點，增加了如乘、除、減、比較、16位數據指針、布爾代數運算等指令，以及串行通信能力和5個中斷源。8051屬于片內帶型單片機，這類芯片在生產過程中將用戶的應用代碼通過掩模工藝制作到ROM中。應用程序只能由廠家寫入，一旦寫寫入無法修改，適合大量使用。并且它具有低功耗的特點。相對于HMOS器件所消耗的電流更小，并且多了掉電方式和待機方式兩種工作方式，這些都是該芯片功耗更低的原因。

（1）時鐘電路：單片機的正常工作需要晶振給CPU提供頻率支持。晶振頻率就是由時鐘電路所提供的。單片機有兩種時序電路。內部時序電路和外部時序電路。

（2）復位電路：復位電路實現系統的運行和重啟，復位時CPU和其他部件處于一個開始狀態。當單片機RST引腳處于高電平時，單片機實現復位。復位電路也有兩種方式，一個是上電自動復位，一個是按鈕手動復位。實現復位后，程序從0000H地址單位開始執行，但不會改變RAM中的內容。

1.3 蜂鳴器報警模塊

本文設計的電子鎖具有報警裝置。當密碼輸入錯誤三次以上，蜂鳴器就會發出警報聲。蜂鳴器的形式為壓電式，三極管處于外接51單片機的p1.7端口處。模塊通過電流放大的方式，促使蜂鳴器發出聲音，實現報警。[1]

1.4 74LS245

74LS245是常用來驅動LED或者其他的設備的數字芯片。該芯片可以實現雙向傳輸數據，具有雙向三態功能。74LS245的作用就是當8051單片機的P0口總線不能負擔P0口相應的承載負擔時接等總線驅動器，以此來提高單片機的驅動能力。P0口與74LS245輸入端相連，E端接地，保證數據線暢通。單片機的P0口的輸出經過提高驅動后，輸出到數碼管顯示電路。

2.軟件描述

2.1主流程

接電源后，顯示器顯示“HELLO”字樣，此時程序進行初始化階段。此時利用鍵盤矩陣輸入密碼。密碼輸入后系統會進行掃描鍵盤，它的目的就是判斷密碼輸入是否正確。若密碼正確顯示器顯示“OPENED”字樣表示電子鎖被打開，若密碼輸入錯誤則顯示“ERROR”字樣。當密碼輸入錯誤三次以上，顯示器顯示“CODE”表示鎖定，無法輸入。

2.2 矩陣鍵盤設計

一組鍵盤想要使用就需要利用接口與CPU相連接。連接后通過查詢接口或者中斷CPU就可以確定某個按鍵是否被按下。想要將鍵盤和CPU相連就需要利用到單片機的I/O接口。往往系統使用的按鍵多于單片機I/O口，為了能夠更好地利用I/O接口實現多鍵盤，設計常用矩陣鍵盤來解決這個問題。矩陣鍵盤就是將按鍵設置在行、列線的交點上，行、列分別連接著按鍵開關的兩端。行線處于高電平，列線處于低電平，平時無鍵按下時，表示沒有按鍵被按下。當行線、列線都處于低點平時，表示有按鍵被按下。接下來就利用行列掃描法排查出確認按下的按鍵。明確有按鍵被按下后，延時10ms消除機械抖動，再次讀取行值，如果行線狀態發生改變就返回上一步重新判定;如果這條行線狀態不變，就進行逐行掃描，分別拉低每一列。把掃描到的行、列值儲存在寄存器里。矩陣鍵盤具體如圖2.2。

3仿真與調試

仿真步驟如下：

（1）在KEIL中建立工程文件，并將將提前編寫好的程序添加到工程中。

（2）在KEIL中為工程設置選項。

（3）PROTEUS設置。

（4）單片機中添加將可執行文件。打開PROTEUS仿真圖，點擊單片機器件兩次，將KEIL產生的“*.HEX”文件添加到單片機中。

（5）KEIL與PROTEUS連接進行仿真調試。點擊PROTEUS的開始仿真按鈕即可開始KEIL與PROTEUS的聯合仿真圖如圖3.1

4結語

傳統鎖在安全方面有很多隱患，提高鎖的安全性很有必要。[2]。因此安全所的發展也會受到各界人士的重視，不論是家用還是企業用，安全鎖都是保障生命財產安全的一道防線。利用單片機為主要芯片設計的電子密碼鎖具有使用簡單、價格低廉的優點，這也是使它相對于傳統鎖更具有競爭力的原因之一。雖然此設計只是設計了一款較為簡單的電子鎖，但是它也是其他更加復雜的密碼鎖的基礎，以此為基礎發展更加安全高效的密碼鎖是未來會更受重視的一項產品。我對于單片機的學習也是較為淺顯的，所以設計的電子鎖也略顯簡陋。雖然實現了基本的安全鎖要求，但是仍然存在密碼安全性較低的缺點。這只是最簡單的安全鎖。安全系數遠遠不能達到所預期的程度，仍然需要更加努力。

參考文獻：

[1]張崇銘.基于51單片機電子密碼鎖的Proteus仿真設計[J].電腦迷，2016（01）：41

[2]李凱麗，樊建強.基于51單片機電子密碼鎖設計[J].中國新通信，2016（22）

（作者單位：1.河北農業大學;2.河北農業大學）