1、毕 业论文 - 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 基于单片机的电子密码锁的设计 学 院： 学生姓名： 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 指导教师： 起 止 日期： 毕业论文 - 基于单片机的电子密码锁的设计 摘要 当今社会，随着经济以及人们生活水平的快速发展，在人们日常的生活以及工作当中，锁已经被人们广泛的认识和使用，被人们用来锁住自己珍贵的东西，或者自己的家门等。原因就是为了提高安全性能，防止被一些非法份子盗取。在人们日常生活中，有各种各样的锁，常见的有机械密码锁、 电子磁卡锁、卡片锁、生物锁、普通机械锁以及指纹锁等等。而简单易行、成本低、安全实用的电子密码锁越来越受到人们的青睐。
2、 本设计主要是以 AT89C51 单片机作为密码锁监控装置的检测和控制核心， 研究 其电子密码锁完整的设计过程。电子密码锁的 模块 主要由三部分组成：矩阵按键接口电路、 LCD 液晶显示电路、密码锁的控制电路。另外系统还有 LED 显示 灯，报警蜂鸣器等。密码锁设计的关键问题是实现密码的输入、清除、更改、开锁等功能。即在输入正确的密码的前提下，开锁；错误输入密码情况下，通过键盘输入次数记录来实现键盘的锁定或报警；密 码可以根据用户需要更改。软件设计运用独特的模块化设计思路，以其朝着更理想的方向发展，增强系统的可扩展性和其在启动过程中的稳定性。该密码锁具备安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。
3、最后验证的结果表明，本系统各个方面的功能都已经达到了设计所给的要求。 关 键词 ： AT89C51单片机 ；电子锁 ；密码锁；矩阵键盘 毕业论文 - Abstract Nowadays, as the economy and people living standard and rapid development, in the people daily life and work for them, the lock has been widely recognized and used, being used to lock their precious things, or their
4、homes. The reason is to improve the safety performance, and prevent some illegal members steal. In daily life, there are various lock, common mechanical locks, electronic card lock, card lock, lock, common biological mechanical lock and lock etc. Electric magnetic lock due to magnetic card informati
5、on very susceptible to outside interference, so the magnetic loss leads to unlocking, and the common mechanical lock is very easy to be forcibly destroyed, safety factor is not high; mechanical cipher lock while the safety coefficient is high, but the manufacturing price is more expensive, are now u
6、sed in a safe more; fingerprint lock relative to relatively high safety factor, but there are shortcomings, for example if the finger scratch iris hyperemia, limited. Therefore, we found that these traditional password lock more or less all exist a series of problems, thus decrease their confidentia
7、l security performance, so we need to study a new type cipher lock, and it must have high demands. With the rapid development of electronic technology, we can find, the traditional mechanical lock and an electronic chip combine to study a new type cipher lock, and the lock has been successfully desi
8、gned, namely electronic cipher lock. At present most of the use of the electronic code lock are based on SCM technology, the single-chip microcomputer as the main device in the encoder and decoder is generated as a means of software. This design is mainly on AT89C51 single-chip microcomputer as the
9、core electronic cipher lock, the electronic password lock complete design process. As well as the key circuit, display circuit design. The software design uses a unique modular design, with its more desirable direction; enhance the systems scalability and the boot process stability. The final result
10、s, the various aspects of the system functions have been achieved the design to the requirements. Key Words: AT89C51 single chip microcomputer; Electronic lock; a combination lock; Matrix keyboard 毕业论文 - 目 录 前言 . 1 第 1 章 绪论 . 2 1.1 几种常见的密码锁 . 2 1.2 课题的背景和意义 . 3 1.3 国内外研究现状以及发展趋势 . 4 1.4 研究的主要内容 . 4
11、第 2 章 总体设计方案的论证 . 5 2.1 总体设计方案的选定 . 5 2.2 设计方案的 思路 . 5 第 3 章 硬件电路的设计 . 7 3.1 AT89C51 单片机介绍 . 7 3.1.1 主控芯片 AT89C51 单片机的简介 . 7 3.1.2 AT89C51 引脚说明 . 8 3.2 开锁电路的设计 . 9 3.3 按键电路的设计 . 10 3.4 AT24C02 掉电存储单元的设计 . 11 3.4.1 AT24C02 介绍 . 11 3.4.2 掉电储存电路介绍 . 12 3.5 报警电路的设计 . 12 3.6 显示电路的设计 . 12 第 4 章 软件设计 . 14
12、4.1 程序设计 . 14 4.2 主程序设计 . 14 4.3 键盘扫描及识别子程序设计 . 16 4.4 显示子程序设计 . 16 第 5 章 系统仿真与调试 . 19 5.1 PROTEUS仿真平台 . 19 5.2 电路仿真 . 19 毕业论文 - 5.3 仿真结果分析和过程 . 22 小结 . 23 致谢 . 24 参考文献 . 25 附录 1 总原理图 . 26 附录 2 程序 C语言主要源代码 . 27 毕业论文 - 前 言 随着社会物质财富的快速增长，防盗安全已经成为了社会问题。如何实现防盗和安全这一问题也变的尤其的突出，传统的机械锁 由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，而锁
13、自古以来就是把门户的将军，人们对其要求比较高，不仅能够安全的防盗，而且还要使用方便，这是制锁者长期以来研制的主题。 而当今社会由于计算机的迅猛发展，数字电子技术已经进入人们生活的各个领域，在国内外，电子产品的更新可谓如雨后的春笋层出不群，更多的电子产品也越来越多的应用于安全防范领域。有需求就必有发展，不同种类的锁也应运而生，有密码锁、磁性锁、电子锁、激光锁、声控锁等等，它们的实现在传统钥匙的基础上加了一组或多组密码，不同声音，不同磁场，不同声波，不同光束光波，不同图 像（如指纹、眼底视网膜等）来控制锁的开启。电子密码锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的亲呢。 电子密码锁
14、是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。 随着电子元件的进一步发展，电子密码锁也出现了很多的种类，功能日益强大，使用更加方便，在安全性能方面也做到很好的保障，从之前的但密码输入到了如今的发展，密码添加了感应的元件，真正的实现了电子加密，如果只有电子钥匙或者只要密码， 那么锁是不会被打开的，随着电子元件的快速发展以及人们对安全保密性能需求的提高，现在已经出现了越来越多的电子密码锁。 本系统由单片机系统、矩阵键盘、 LED 显示和报警系统组成。系统能完成密码输入、开锁、超次报警的
15、功能。除上述基本的密码锁功能外，还具有掉电存储、声光提示等功能，依据实际的情况还可以添加其他功能。本系统成本低廉，功能实用。 毕业论文 - 第 1 章 绪论 1.1 几种常见的密码锁 1.机械密码锁 机械密码锁比较 耐用 、 稳定 ， 并且 不需要电源。但是 在 操作 方面 学起来比较 缓慢 、操作并 不方便、 修改密码需要专业人员。 这个类型的锁把解锁的密码以机械装订的方式储存在装置的鉴别机构之上，把密码操作的按键设置在装置的外围。当输入密码的时候，会产生相对应的鉴别动作，这就是正确密码的输入，然后鉴别的机构会进行开锁的动作；相反，如果输入错误的密码，鉴别机构的部件会产生错位或者不做出相对应
16、的响应。机械密码锁是采用机械进行加工制作，外界所产生不同的信号很难启动鉴别机构。但是机械密码锁内含有很多歌比较复杂的组件，而且其制造的周期较长、成本比较昂贵，机电的接口以及测试方面也有一定方面的难度。 2.刷卡式密码锁 刷卡式密 码锁可以用自己的 IC 卡来开保险柜的门，操作简单，但对 IC 卡的要求比较高，如果和强磁的物体接触， IC 卡有可能磁性减弱，无法打开密码锁。 该类型的锁类型于机械锁，运用光电耦合或者电磁感应的原理，把所要保存的密钥的信息提前存入卡片内部，然后把加工完成好的卡片当作钥匙，开锁的时候把卡片插入锁内或者近距离感应便能把锁打开。该锁所用的成本比较低，并且可以联微机，用户可
17、以一人一卡，方便使用，但是卡片比较容易磨损，寿命比较短；而且很容易复制卡片，进行双向控制不是那么容易。 3.指纹类密码锁 “你可能忘记带钥匙，但是一定不会忘 记带手”这就是指纹密码锁的好处。因为指纹在这个世界上很难找到一样的，所以随着科技的进步，人们就把指纹识别技术运用到了保险柜上，其保密性强，操作比较简便。但是它也有相应的缺点，同一个人，若指纹划伤，或者任何被用于开锁的识别部位产生损伤的情况下，可能会产生错误的识别以至于无法把锁打开。 4.电子密码锁 电子密码锁是一种通过 密码 输入来 进行 控制电路 或者用芯片来进行工作 ， 这样才能把机械设备开关进行控制 ， 然后进行 开锁 和 闭锁任务
18、的电子产品。它的 类型非常之多 ，比如 简易 用于 电路 上的 产品，也有 利用 芯片 而制造成的 产品 ，因为其性价 比非常搞 。 目前 应用 比较广泛 的电子密码锁 一般都是基于 芯片 作为 核心， 经过编程来进行实现的 。 比起机械锁，该锁的安全性以及性能都有了显著的提高 ,该锁有非常多的特点： （ 1）保密性好、编程量多已经远远大于弹子锁。在随机开锁上成功的几率几乎不可能实现。 （ 2） 密码可变。 用户可以经常更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降。 （ 3） 紧急开启功能（ Panic Open） 。 出门时无需其他操作，只需一次的把手动作，可机械的开启
19、门，所以遇到火灾等应急状况下也迅速，安全的开启门。 电子密码锁特点很多，这 里不做详细的介绍，虽说这几年电子密码锁的价格下降了，但是随之其本身的质量也提高了，由于其比较复杂，所以稳定和耐用性不如机械密码锁。 毕业论文 - 1.2 课题的背景和意义 根据相关的 资料介绍，从 30 年代 起 ， 电子锁的研究便已经开始， 在 一些 特殊场所早就有所应用。 当初之所以 研究这种锁， 主要是为了 提高锁具的安全 性能 ， 由于 电子锁的密钥量 (密码量 )非常庞大 ， 因为可以 和机械锁 相 配合，避免 因为 钥匙被 模仿 而出现的问题。在安全 性能非常 高的前题 之 下， 它所具备的 另一个特点 是
20、不需要 钥匙 但是 被越来越多的 人们 所 喜爱 。 由于 人们 自身所 携带的钥匙 大部分已经 成为了 累赘， 但是 电子锁 仅仅需要牢记住 一组密码， 并且不需要 携带金属 的 钥匙， 所以便消除 了人们的烦恼。 传统形式的密码锁是一种全机械形式的密码锁，全部是通过圆盘转动以至于带动刻度盘的转动，得以实现密码的输入。如今市面上所具有的传统密码锁主要是圆盘式机械密码锁和拨码盘式机械密码锁这两种类型。但是 能谈的上 比较使用或者是比较 大众化一些的还是按键式电子密码锁。 这种 操作方式 与 按键电话机的电子锁 比较相似 ，通过键盘上的数码按键 逐一 输入 一列 密码， 若 密码 和它 内部已
21、匹配 的密码相同， 便会 输出 一个 电信 的号码 ，以驱动电磁铁或者小马达将门闩打 开，完成一个开锁过程。 电子锁相对于传统机械式密码锁，解决了输入密码繁锁的缺点，而且其操作也更加简单方便。 一直到了 20 世纪 80 年代，由于电子锁专门运用的集成电路的出现，电子锁其本身的体积变小了，而且可靠性能也提高了，与传统密码锁相比较，电子密码锁保密性能得到更好的体现，具有庞大的密齿， 克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。 并且从另一个角度，例如从方便角度上来看，电子密码锁省去了传统密码锁的钥匙，电磁卡的磁卡，而使用的人只要能记住它的密码，就
22、可以打开， 这样大大的提高了它的适用性能，因此电子密码锁也具有很高的研究价值。 目前使用的密码锁种类繁多，各具特色。本设计从经济实用的角度出发，采用 AT8951 单片机，研制了一款具有报警功能的电子密码锁。该密码锁设计方面简单易行，成本低，符合住宅、办公室等用锁要求，都有其价值。 （ 1）系统设置最大 6 位数密码，密码是利用键盘来进行输入，如果密码是正确的，锁便可以被打开。 （ 2）用户可以自己来设定密码，如果用户要自己来修改密码，需要在锁打开的前提之下。 （ 3）能够自主进行报警。自动报警可以分为两种，一种是现场报警，另一种是 远程报警。现场报警的报警声是由扬声器来发出的。 （ 4）两种
23、情况下可报警：一是密码输入错误 3 次，则报警；二是非正常开门，如破门而入的情况，可通过系统的红外监视装置监测，同时报警，保证了系统的安全性。系统工作时，用户可以通过按键输入 6 位密码，单片机将输入密码和设定密码进行比较，如果密码正确，那么发出开锁信号，将们打开，系统不报警；若密码不正确，则有相应的指示灯闪动，并要求重新输入密码，重新输入密码的次数不能超过 3 次，若 3 次输入的密码全部不正确，则发出报警信号。 随着时代的进步和发展，许多电子智能锁（指纹识别、 IC 卡辨认）已在国内外相继面世。但是这些产品的特点是针对特定的指纹和有效卡，只能适用于保密要求的箱、柜、门等。而且指纹识识别器若
24、在公共场所使用存在容易机械损坏， IC 卡还存在容易丢失、损坏等特点。加上其成本较高，一定程度上限制了这类产品的普及和推广。鉴于目前的技术水平与市场的接收程度，电子密码锁是这类电子防盗产品的主流。又因为电子密码锁具备诸多的优点。到毕业论文 - 目前为止，在此领域已经有较大的发展，采用各种电路进行设计的比较多，技术也变的非常先进，到目前为止，电子技术已经达到了一个相当高的程度，电子锁技术也已经非常完善，势必会被广大的人们所应用。 1.3 国内外研究现状以及发展趋势 电子 密码 锁应用于金融业，其根本的作用是 “ 授权 ” ，即被 “ 授权 ” 的人才可以存取钱、物。广义上讲，金融业的 “ 授权
25、” 主要包括以下三种层次的内容： 1、授予保管权，如使用保管箱、保险箱和保险柜； 2、授予出入权，如出入金库、运钞车和保管室； 3、授予流通权，如自动存取款。目前，金融行业电子密码锁的应用主要集中在前两个层面上。下面将介绍几种在金融行业中使用较多的电子密码锁以及它们的技术发展方向。当然，以上所说的授权技术再高超，都必须由精良的 “ 锁具 ” 担当承载结构部 件，实现开启、闭锁的功能，而且承担实体防护作用，抵抗住或尽量延迟破坏行为，让电子密码锁 “ 软、硬不吃 ” 。一般情况下，锁具防盗的关键是锁身外壳、闭锁的部件的强度、锁止型式、配合间隙和布局。提高电子密码锁之防护能力的必然途径是报警，在金融
26、业的许多场所有人值守、有电视监控，具有报警功能，可以综合物理防范和人力防范两种作用。报警的前提是具备探测功能，根据电子密码锁的使用场所和防护要求，可选择多种多样的探测手段。在中国的城市金融业中，实现联网报警已经成为对各金融网点的基本要求。根据国内外的实践经验，金融业实行安全防范风 险等级很有必要，即依据使用的防盗报警器材的性能、安装布局和人员值守状况等，可以评估被防护物或区域的防护能力，得出风险等级，其中，电子密码锁的性能至关重要。 能成为钥匙电子信息的因素有很多，例如字符、数字、人体内的生活特征等等 ， 把这一些 信息 进行组合并且相利用都可以让 电子密码锁 的得到较高 的保密 性能 ， 就
27、好像一座防卫密集的堡垒 ，需要 利用 复合信息密码 所产生的 电子密码锁， 只有这样，对于那些非法之徒来说便 是 “ 道高一尺、魔高一丈 ” 。 利用组合使用的信息 也 可以 使电子密码锁获得无穷扩展的可能，使产品多样化，对用户而言是 “ 千挑百选 、自得其所 ” 。 1.4 研究的主要内容 电子密码锁的具体设计是本次设计的主要所研究方向。设计电子密码锁控制系统电路。并且让密码锁具备以下功能：开机时，输入密码，如果密码正确那么电子锁便能打开；反之，若输入错误的密码，可以再允许输入两次密码，而在这两次输入密码的过程中，如果密码正确，那么电子锁可以打开，但是如果输入的密码还是错误的，那么键盘的输入
28、功能将被锁定，而且会有报警声产生。但是为了设计的方便，将密码锁的开启和锁定用发光二极管来判定，简之便是当输入密码的时候，密码正确而且红灯亮则确认为开锁，反之 连续输入三次密码不正确则锁定键盘，并且报警凤鸣。 本电子密码锁是采用 AT89C51 单片机为主控芯片，并且与外围电路相结合而设计的。如果想要打开锁，必须先通过键盘输入正确的密码才得以打开锁，若密码输入错误会有提示，但是只有三次机会，若三次密码输入全部错误，则会有报警声响起。密码可以由用户进行修改与设定，但是修改密码之前必须先将锁打开，并且在修改之前需将原密码输入，新的密码要验证两次才能确认，以防操作错误。 毕业论文 - 第 2 章 总体
29、设计方案的论证 2.1 总体设计方案的选定 方案一：采用数字的电路进行控制 基于 74LS112 双 JK 触发器 所组成 的数字逻辑电路 ，把其 作为密码锁的核心控制， 然后设置了9 个用户输入的按键 ， 但是 有效的密码按键 仅有 4 个 ，其它 几个按键都是 干扰 的 按键， 如果 按下干扰 的按键 ，键盘 会 输入电路自动清零， 刚开始已经 输入的密码 便会作废 ， 然后需要用户重新输入 密码 ； 若 用户输入密码的时间 大于 10 秒（ 通常 情况下， 用户输入的密码时间不会大于 10 秒钟 ， 但是 用户 如果 觉得 不方便 ， 能够自己 修改）电路 会 报警 20 秒， 如果 电
30、路连续报警 了 三次，电路 会把 键盘 锁定 2 分钟 时间 ， 以防意外或别人的非法操作 。采用数字电路设计的方案好处就是设计简单但控制的准 确性和灵活性差。故不采用 。 方案二：采用以 AT89C51 为核心元件的单片机的控制方案 利用单片机灵活的编程设计以及控制的准确性能来进行事先基本的密码锁功能。在单片机的外围电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制。 其原理图如图 2.2 所示： 图 2.1 单片机控制方案 我们可以很明显的看出第二种方案控制更加灵活，具有很大的活动空间，保密性能强而且具有扩展功能，还可以很方便的对系统进行升级，所以我 们采用第二种方案。 2.2 设计方案的思路 初步设计思路如下： 本次设计以 AT89C51 为核心来实现电子密码锁的设计。主要功能为： （ 1）设置最大为 6 位密码，输入密码采用矩阵 小 键盘 ，如果密码正确，锁便能打开。 （ 2）用户可以自己来修改并设定密码，修改密码之前锁必须打开。为防止错误，修改新密码需要输入两次。 （ 3）若密码输入错误，数码显示管会出现提示，如果密码输入错误次数超过 3 次，则会产生锁定键盘，报警等功能。 矩阵 键盘 控制 AT24C02 掉电存 储 显示电路 AT89C51 单片机 输入错误锁定键 盘 延时报警控制电 路 开锁控制电路 指示电路
