基于单片机的电子密码锁设计_董海棠

基于单片机的电子密码锁设计

董海棠1，张

旭2，冯中毅3

（1兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州，730070）

（2北京铁路局北京，100860）

（3

兰州城市学院信息工程学院甘肃兰州，730070）

摘

要：电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子

产品。应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。设计以AT89C51单片机作为密码监控装置和控制核心，结合键盘电路，LCD 显示电路，报警电路和开锁机构，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O 端口及其控制的准确性，通过软件程序来控制整个系统实现电子密码锁的基本功能，其性能和安全性已远远超过传统的机械锁。该设计具有保密性好、成本低、功耗低、操作简单、随机开锁成功率几乎为零、密码可变、误码输入保护、多次错误报警、断电记忆等优点。测试结果表明，设计各项功能已达到预期要求。

关键词：单片机；AT89C51；电子密码锁；报警DOI 编码：10.14016/https://www.360docs.net/doc/3b18730649.html,ki.1001-9227.2014.10.042

Abstract:The electronic combination lock is electronic products,which control the mechanical switch by the control circuit or chip when you input a password.Now the electronic locks are widely used and achieved the function by programming.The design use single chip microcomputer AT89C51as the combination lock monitoring device and control core,combining with key circuit,LCD display circuit,an alarm circuit and unlocking mechanism,using a flexible programming design and rich I/O port of microcon-troller,and its control by software program to control the whole system to realize the electronic combination lock.The performance and security has been far more than the traditional mechanical lock.The design has the advantages of good security,low cost,low power consumption,simple operation,random unlock success rate is almost zero,the password input variable,error protection,many false alarm,power-off memory etc.The test results show that the design of each function has reached the expected require-ments.

Key words ：Single Chip Microcomputer;AT89C51;Electronic Combination Lock;Alarm 中图分类号：TP393

文献标识码：B

文章编号：1001-9227（2014）10-0042-03

收稿日期：2014-08-20

0引言

科技发展和生活水平提高的同时，安全问题也随之而来，被撬事件屡见不鲜，那么如何更好的防盗呢？由于传统的机械锁抵抗不了强力破坏，制作工艺简单，技术落后，极易被开启，所以它只能保存着锁的原始意义，而与此同时涌现出一批满足人们需求的安全可靠不易被破解的电子锁。其中键盘式的电子密码锁使用最为广泛，本产品主要用于保险箱、防盗门、保险柜之类的，还有一部分用于智能车。

该设计从经济实用角度出发，采用AT89C51单片机作为密码监控装置和控制核心，结合AT24C02存储单元电路，4×4矩阵键盘电路，LCD1602显示电路，报警电路和开锁电路构成的，通过键盘输入正确的密码来控制电路，从而完成开锁、机械上锁、智能锁定键盘、修改密码等功能的电子产品。1

系统设计

1.1设计思路

该设计以AT89C51单片机为主控单元，AT24C02存储芯片为存储单元，矩阵键盘为主输入单元，LCD1602为显示单元，

独立按键为模拟功能按键，蜂鸣器为报警装置以及继电器为开锁装置完成整个系统设计。系统结构框图如图1所示。

图1系统结构框图

1.2系统的功能

（1）密码通过键盘输入，若密码正确，则开锁并提示。（2）若密码输入错误，提示错误信息，如若连续错误超过三次，报警提示并智能锁定键盘。

（3）每输入一个密码，在LCD1602显示器上对应显示一个“*”。

（4）密码可根据用户的需求进行修改，但必须要输入正确的旧密码。

（5）两分钟内操作完成密码的输入，大于两分钟，即使密码正确也不会开锁。

基于单片机的电子密码锁设计董海棠，等

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《自动化与仪器仪表》2014年10期（总第180期）

（6）非法开锁即不经过密码强制开锁，则连续报警，直到用户主人来关掉声音，解除报警。2

硬件设计

该设计涉及到的主要器件有：主控芯片AT89C51单片机、LCD1602液晶显示器、AT24C02存储芯片、4×4矩阵键盘、继电器、独立按键以及蜂鸣器等。Proteus 环境下的硬件电路图如

图2

所示。

图2系统硬件电路图

2.1LCD1602显示电路

将标准的LCD1602显示器的1、2、3号引脚分别接地、电源、电位器，主要作用是调节字符显示亮度。LCD1602显示器的4、5、6号引脚分别接AT89C51单片机的P2.0、P2.1、P2.2口线，AT89C51单片机的P0口接LCD1602的8位双向数据线DB0~DB7。

2.2AT24C02存储电路

图2中R1和R2为上拉电阻，其作用是减少AT24C02的静态功耗，由于AT24C02的数据线和地址线是复用的，采用串口的方式传送数据，所以只用两根线SDA （数据/地址）和SCL （移位脉冲）与AT89C51单片机传送数据。2.3矩阵键盘

将AT89C51的并行口P1接4×4矩阵键盘，以P1.0-P1.3作为行线，以P1.4-P1.7作为列线。键盘按键、键名及功能如表1所示。

表1键盘按键、键名及功能

按键0~9A B E F

键名数字键输入键设置键确定键退格键

功能说明输入密码输入密码键修改密码键比较密码清除一位密码

3软件设计

该设计程序分为主程序和中断服务子程序，主程序负责扫

描键盘输入、密码判断和LCD1602显示功能。中断服务子程序主要负责机械上锁、开锁、智能锁定键盘及报警。

其工作的主要过程为：根据LCD 显示器的显示提示，选择输入密码或者修改密码。若为输入密码，则键盘扫描密码，并存入数组，再取AT24C02里存有的数据经过解密处理后进行比较，密码正确则开锁并提示，如错误，显示错误提示信息；若

为修改密码，同样先将输入的密码与AT24C02中提取解密处理后的密码比较，如正确，则修改密码，输入两次相同新密码表示修改成功并将新密码经过加密处理后存储在AT24C02中并覆盖原有的数据，如错误，显示错误提示信息。3.1主程序流程图

通电之后，程序进行初始化设置，选择输入密码还是修改密码，若为输入密码，系统扫描键盘，密码正确，开锁提示，密码错误3次报警锁屏两分钟。若为修改密码，先输入旧密码，旧密码正确后才可以设置新密码。程序循环上述过程，主程序流程图如图3所示。

图3主程序流程图

3.2开锁程序

开始时按下输入密码键，输入密码，进行与AT24C02存储单元中解密处理后的原密码比较，若密码正确则开锁并提示。若输入位数不够六位或者密码错误则错误返回，连续三次错误则报警并锁定键盘。以下是用C 语言编写的开锁程序。void unlock()

{uchar i;

a=0;//T0中断次数清0TR0=1;//开定时器0中断TR1=0;//关闭定时器1中断if(b>=2400)//间隔时间判断c=0;

ReadFlash(temp1,0x00,6);//从24C02中读取密码送入第

一组密码变量中

Decode(temp1);//解密处理WrCmd(0x01);//清屏

WrCmd(0x06);//AC 增加，画面不变

Gotoxy(1,0);//设置显示“Input password ”的首地址ShowChar("Input password");//显示“输入密码”if(input(temp2))//完成密码输入了吗？{if(a<=2400)

{if(compare(temp1,temp2))//比较密码正确吗？

{Gotoxy(0,1);//设置显示“Password cor ?

rect ”的首地址

ShowChar("Password correct");//显示“密

码正确”

lock=0;//密码正确，开锁

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for(i=1000;i>0;i--)//开锁提示音

{SPK=~SPK;

delay(1);

}

c=0;//错误次数清零

while(1)//等待上锁

{if(SS==0)//上锁

{lock=1;//关开锁信号

break;

}

}

}

else

{Gotoxy(0,1);//错误，设置显示“Wrong password”的首地址

ShowChar("Wrong password");//显示“密码错误”

delay(13);//延时

c++;

if(c==3)//密码错误三次，报警

{Baojing();

c=0;//错误次数清零

}

}

}

else

{Gotoxy(0,1);//超时，设置显示“Time-out error”的首地址

ShowChar("Time-out error");//显示“超时错误”

delay(13);//延时

}

}

else

{Gotoxy(0,1);//没有完成密码输入，设置显示“Er?ror!”的首地址

ShowChar("Error!");//显示"出错"

delay(13);//延时

c++;

if(c==3)//密码出错三次，报警

{Baojing();

c=0;//错误次数清零

}

}

}

4系统调试

在Keil环境下对编写的C语言源程序进行编译、调试，将调试产生的*.hex文件下载到Proteus中的单片机中进行仿真运行。根据键盘输入的信息，显示器将显示对应的内容。

初始状态为上锁，显示器上显示“Input password:A”和“Set password:B”，如图4(a)所示。当按下键“A”后，进入输入密码状态。六位密码全部输入，按下确认键“E”，系统判断密码是否正确，正确则提示正确并开锁，然后等待机械关闭，当按下“S”键则上锁；密码输入错误，提示出错信息并且错误次数自加一，然后返回到选择输入状态等待下一次选择；当密码未达到六位而按下确认键“E”时，提示出错并且错误次数自加一，同时返回到选择输入状态等待下一次输入。若按下键“B”，进入修改密码状态，必须先输入旧密码，旧密码输入正确方可输入新的密码。输入新密码时两次密码相同则修改成功，否则返回。以上输入密码过程中显示器上均显示“*”。当错误次数累加至三次时，系统报警并且智能锁定键盘两分钟禁止输入。若从按下键“A”到按下键“E”或者从按下键“B”到按下键“E”之间的时间大于两分钟，即使密码正确也不进行下一步操作，并提示超时错误，显示器上显示“Time-out error”，如图4（b）所示。在此过程的任意时刻，如遇到非法入门即不经过密码强制开锁，系统持续报警，并显示“Boot into Safe mode form danger！！！”，如图4（c）所示。主人关闭报警，系统从危险模式进入安全模

式，然后返回至初始状态。

(a)(b)(c)

图4仿真运行结果

根据图2的硬件电路图设计制作了硬件电路板，检查无误后进行实物运行试验。调试结果证明实物电路板可以完成本设计中Proteus仿真运行的所有结果。

5结束语

该设计在众多方案中选择了经济实用的AT89C51单片机作为主控芯片，结合矩阵键盘输入、LCD液晶显示、蜂鸣器报警、开锁等电路，用C语言编写主控芯片的控制程序，设计了一款可修改密码、具有报警功能、锁定键盘功能和机械上锁功能的电子密码锁。经实物测试，本设计可用于家庭、办公场地等的智能防盗系统中。

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