1、苏州大学本科生毕业设计（论文）1本科毕业论文（20 届）基于触摸屏式的电子密码锁设计所在学院专业班级 电子信息工程学生姓名指导教师完成日期苏州大学本科生毕业设计（论文）1目 录前言 .2第 1 章 系统概述 .3第 1.1节 电子密码锁的发展趋势 .3第 1.2节 总体设计思路 .3第 1.3节 系统的介绍 .4第 2 章 硬件设计 .5第 2.1节 主控制芯片 .5第 2.2节 触摸屏模块 .5第 2.3节 蜂鸣器，继电器 .9第 3 章 软件设计 .11第 3.1节 密码锁部分 .11第 3.2节 触摸屏模块 .11第 3.3节 液晶屏模块 .12第 4 章 系统测试 .13第 4.1节
2、测试方法 .13第 4.2节 测试数据 .13结论 .15致谢 .17附录 1：实物照片说明 .18附录 2：部分源程序 .21苏州大学本科生毕业设计（论文）第 1 页基于触摸屏式的电子密码锁设计【摘要】:采用 STM32F103RBT6 微处理器作为主控制芯片，集合电源、显示、触摸、继电器及蜂鸣器电路设计，给出了实用型电子密码锁的软硬件实现方法，系统具有以下功能：输入修改添加，正确开锁，错误报警等功能，另外，本系统把触摸屏技术和密码锁技术有效的结合在一起，利用 ARM 片上丰富的资源，以及高效的处理速度，实现了显示美观、反应灵敏、稳定可靠的触屏密码锁。【关键词】：密码锁；STM32F103R
3、BT6；触摸屏Abstract:Using STM32F103RBT6 microprocessor as the main control chip, a collection of power supply, display, touch, relay and buzzer circuit design, gives practical electronic locks hardware and software implementation, the system has the following features: input modified to add, correct unl
4、ock , false alarms and other functions, in addition, the system to lock touch screen technology and technology effectively combine the use of the rich resources on the ARM chip, as well as efficient processing speed, achieved a beautiful, responsive, reliable touch screen password lock.Key words：ele
5、ctronic cipher lock;STM32F103RBT6;touch screen苏州大学本科生毕业设计（论文）第 2 页前言随着现代科学技术的发展，人工智能以逐渐深入人们心目中。通用计算机系统和嵌入式计算机系统成为了实现人工智能的两大途径，而单片机机凭借其微小的体积和低的成本，广泛的运用到日常生活中。同时单片机技术的发展使得生活中很多原本繁琐的工作变得简单快捷如：家用电器、机器人、仪器仪表、汽车电子系统、工业控制单元、办公自动化设备、金融电子系统、舰船、个人信息终端及通讯产品中，成为现代电子系统中最重要的智能化工具。本课题主要研究给于单片机系统的彩屏电子密码锁，传统门锁的实现从机械
6、锁到转动式密码锁在开锁时都浪费了一大段的时间，即便转动式码盘锁解决了钥匙遗漏的问题但是并没有节省多少时间，然而一种基于单片机技术的电子密码锁只需轻轻按动键盘就能实现开锁，同时能够自动上锁。不管是安全性还是便捷都优越于传统的机械锁。本设计是基于 STM32F103RBT6 的彩屏触摸按键密码锁，该密码锁运用前言 arm 芯片，配合 2.4 寸 16 位真彩色显示屏以及电阻式触摸屏设计了一个实用型电子密码锁，该密码锁响应速度快，显示美观。不仅完成了课题要求更具有一定的使用价值。苏州大学本科生毕业设计（论文）第 3 页第 1章 系统概述第 1.1节 电子密码锁的发展趋势在日常和工作中，住宅与部门的安
7、全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以枷锁的办法来解决。目前门锁主要用弹子锁，其钥匙容易丢失;保险箱主要用机械密码锁，其结构较为复杂，制造精度要求高，成本高，且易出现故障，人们常需携带多把要是，使用极不方便，且钥匙丢失后安全性即大打折扣。针对这些锁具有给人们带来的不便若使用机械式钥匙开锁，为蛮子人们对锁的使用需求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。它的出现为人们的生活带来了很大的方便，有很广阔的市场前景。由于电子器件所限，以前开发的电子密码锁，其种类不多，保密性差，最基本的就是只依靠最简单的模拟电子开关来实现的，制作简单但很不安全，在后为多是基于 EDA 来实现
8、的，其电路结构复杂，电子元件繁多，也有使用早先的 20 引脚的2051 系列单片机来实现的，但密码简单，易破解。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，安全保密性更强，由以前的单密码输入发展到现在的密码加感应元件，实现了真正的电子加密，用户只有密码或电子钥匙中的一样，是打不开锁的，随着电子元件的发展及人们对保密性需求的提高，出现了越来越多的电子密码锁。出于安全，方便等方面的需要，许多电子密码锁已相继问世。但这类产品的特点是针对特定有效卡、指纹或声音有效，且不能实现远程控制，只能适用于保密要求高且供个人使用的箱、柜、房间等。由于数字、字符、图形图像、人
9、体生物特征和时间等要与均可成为钥匙的电子信息，组合使用符合信息密码的电子防盗锁获得高度的保密性，如防范森严的金库，需要使用符合信息密码的电子防盗锁，这样对盗贼而言是“道高一尺、魔高一丈” 。组合使用信息也能够使电子防潮所获得无穷拓展的可能，使产品多样化，对用户而言是“千挑百选、自得其所” 。可以看出组合使用电子信息是电子密码锁以后的发展趋势。第 1.2节 总体设计思路电子密码锁是采用单片机技术进行控制一种智能电子设备，该设备能够记录用户设置的密码，识别用户输入的命令。根据这些要求，该课题选择 STM32F103RBT6 微控制器作为主控芯片，搭配 2.4 寸触摸彩屏。用户通过电阻式触摸屏输入指
10、令和密码，微控制器检测到这些代码后进行运算，最后执行相应操作，用户密码输入正确则微控制器发出开锁命令有驱动放大电路驱动继电器接通开锁电路，若是密码输入错误多次则被判定不合苏州大学本科生毕业设计（论文）第 4 页法用户，发出警报。在输入的同时彩屏显示输入状态，提示用户下一步操作。电源采用5V 供电一部分供给报警电路一部分供给开锁电路，同时经过线性稳压器稳压成 3.3V 供给微控制器工作电源。第 1.3节 系统的介绍本文设计的电子密码锁包括 LCD 触摸彩屏、电源、处理器、蜂鸣器、继电器。电源分别与触摸屏、存储器、处理器连接，提供各部分所需要的电能；处理器与存储器、触摸屏分别连接，相互之间进行数据
11、的传输。为了更方便直观的进行密码输入操作。增加了一个能够报警提示的蜂鸣器,将用在密码输入出错的报警上。触摸屏采用 HSD TFT 真彩液晶再加上 AD7843 的电阻式触摸屏。而密码锁采用现实在触摸屏上的 4*4 的矩阵键盘，密码存储于芯片中。触摸屏的上半部分作为密码的显示以及输入错对的提示，而下半部分为 4*4 密码键盘。屏幕的最上方是 LOG 个人信息。密码锁首次加电会自动设置一个初始密码 888888，密码锁平时处于待机关锁状态在待机状态下，用户在键盘上按数字键，密码锁认为用户开始输入开锁密码，并自动记录数值，待用户在键盘上按确认键后，密码锁开始比较用户密码是否正确，如果密码正确，给继电
12、器线圈加电，表示开锁，如果密码错误，蜂鸣器报警并提示用户重新输入正确的开锁密码，如果连续三次开锁密码错误，用户将需等待一段时间才能进行输入操作。用户在键盘上按修改按钮，在显示器提示输入旧的密码，输入旧的密码后，按确定按钮，如果旧密码错误，蜂鸣器报警，返回待机状态，如旧密码正确，在显示器提示输入新的密码，输入新的密码后按确定按钮，在显示器提示再次输入新的密码，再次输入新的密码后按确定按钮，如果两次输入的新密码一致，在显示器提示修改密码成功，否则蜂鸣器报警，之后均返回待机关锁状态。苏州大学本科生毕业设计（论文）第 5 页第 2章 硬件设计第 2.1节 主控制芯片2.1.1. STM32F103RB
13、T6我设计的这个电子密码锁采用 STM32F103RBT6 主控芯片。它的内核为 ARM32 位Cortex-M3 CPU,72MHz， 90 DMIPS1.25 DMIPS MH,单周期乘法和硬件除法, 通用增强型,内嵌中断控制器有 43 个可屏蔽中断通道,采用尾链(tail chaining)技术的中断处理（降至 6个 CPU 周期） 。 STM32F103RBT6 内置 128KB 的 Flash，所以不需要存储芯片。最多内嵌 20KB 的 SRAM，以 CPU 时钟速度访问（读/写） ，0 等待状态。DMA 的介绍:拥有 7 通道 DMA 控制器支持的外设，定时器，数模转换器，SPI
14、接口，i2c 接口，USART 接口等拥有 DEBUG 模式拥有串行线 debug（SWD）和 JTAG 接口STM32F103RBT6 有 80 个快速 I/O 端口32/49/80 5 V-tolerant I/Os不可中断的读/修改/写操作16 个外部中断向量全可映射，7 个定时器三个 16 位定时器，每个有 4 个 IC / OC/ PWM 或脉冲计数器6 通道 16 位先进控制定时器：多达 6 个 PWM 输出死区时间生成和急停2 个 16 位监视定时器(Independent and Window)SysTick 定时器：24 位递减计数器STM32F103RBT6 多达 9 个通
15、信接口多达 2 个 I C 接口（支持 SMBus / PMBus）多达 3 个 USART（ISO7816 接口，LIN，红外线功能，调制解调器控制）2 个 SPI 接口（18 Mbit/s ）CAN 接口(2.0B Active)USB 2.0 全速接口第 2.2节 触摸屏模块2.2.1. 电阻式触摸屏 ADS7843我的设计采用的是 ADS7843 电阻式触摸屏，它是一个内置 12 位模数转换、低导通电阻模拟开关的串行接口芯片 4。供电电压为 2.75 V，参考电压 VREF 为 1 V+VCC，苏州大学本科生毕业设计（论文）第 6 页转换电压的输入范围为 0 VREF，最高转换速率为
16、125 kHz，此触摸屏能够良好的实现我设计的需要。以下是 ADS7843 的引脚图及引脚功能说明。ADS7843 的引脚配置如图 2-1 所示。表 2-1 为引脚功能说明，图 2-2 为典型应用。图 2-1 aDS7843 引脚说明表 2-1 引脚功能说明表图 2-2 典型应用苏州大学本科生毕业设计（论文）第 7 页2.2.2. ADS7843的内部结构及参考电压模式选择ADS7843 之所以能实现对触摸屏的控制，是因为其内部结构很容易实现电极电压的切换，并能进行快速 A/D 转换。图 2-3 所示为其内部结构，A2A0 和 SER/为控制寄存器中的控制位，用来进行开关切换和参考电压的选择。
17、图 2-3 ADS7843 内部结构图此外，ADS7843 支持两种参考电压输入模式：一种是参考电压固定为 VREF，另一种采取差动模式，参考电压来自驱动电极。这两种模式分别如图 2-4(a)、(b)所示。采用图2-4(b)的差动模式可以消除开关导通压降带来的影响。表 2-2 为两种参考电压输入模式所对应的内部开关状况。图 2-4 参考电压输入模式A2 A1 A0 X+ Y+ IN3 IN4 -IN X开关Y开关+REF -REF0 0 1 +IN -Y OFF ON +Y -Y1 0 1 +IN -X ON OFF +X -X0 1 0 +IN GND OFF OFF +VREF GND1
18、1 0 +IN GND OFF OFF +VREF GND表 2-2 参考电压输入差动模式苏州大学本科生毕业设计（论文）第 8 页2.2.3. ADS7843的控制字及数据传输格式ADS7843 的控制字如表 2-3 所列，其中 S 为数据传输起始标志位，该位必为“1“。 A2A0 进行通道选择。Bit(MSB) Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0S A2 A1 A0 MODE SER PD1 PD0表 2-3 ADS7843的控制字MODE 用来选择 A/D 转换的精度，“1“选择 8 位， “0“选择 12 位。SER/选择参考电压的输入模式(见表 2 和
19、 3)。PD1、PD0 选择省电模式：“00“省电模式允许，在两次 A/D 转换之间掉电，且中断允许；“01“同“00“，只是不允许中断；“10“保留；“11“禁止省电模式。为了完成一次电极电压切换和 A/D 转换，需要先通过串口往 ADS7843 发送控制字，转换完成后再通过串口读出电压转换值。标准的一次转换需要 24 个时钟周期，如图 2-5所示。由于串口支持双向同时进行传送，并且在一次读数与下一次发控制字之间可以重叠，所以转换速率可以提高到每次 16 个时钟周期，如图 2-6 所示。图 2-5 A/D 转换时序（每次转换需 24个时钟周期）图 2-6 A/D 转换时序（每次转换需 16个时钟周期）第 2.3节 蜂鸣器，继电器
