范家明
摘 要:隨著電子技術(shù)的發(fā)展,人們對鎖的需求越來越多,所以各種各樣的電子鎖層出不窮,未來電子密碼鎖的市場將非常廣闊。這次設計是以STC89C51單片機為技術(shù)控制核心,顯示部分選用了1602液晶顯示,密碼儲存模塊采用AT24C02芯片,結(jié)合設計的外圍報警模塊,矩陣鍵盤輸入模塊,繼電器模塊完成了電子密碼鎖的設計。
關(guān)鍵詞:密碼鎖;單片機;液晶顯示
一、引言
(一)設計的背景和研究意義。自從人類脫離原始社會、開始有私有財產(chǎn)的概念以來,鎖就成為了人們生活中的重要組成部分。隨著科技的發(fā)展,電子密碼鎖被越來越多的人所接受,它已經(jīng)在生活中隨處可見了. 電子密碼鎖擁有太多機械鎖完全無法相比的優(yōu)點。它不但能完成“鎖”自身的功用,還可以具有記憶、辨識、警報等特別的作用。因為電子密碼鎖的更安全性、更便宜、易操作,越來越多人開始關(guān)注這一領(lǐng)域。
隨著單片機的迅速發(fā)展,其應用領(lǐng)域越來越廣泛,將其應用到保密和安全方面是相當可靠,相當有意義的?;趩纹瑱C的電子密碼鎖的研究在保護財產(chǎn)和人身安全方面可以給人們帶來更多更好的選擇
(二)設計的主要環(huán)節(jié)。設計的主要方案如下:(1)控制模塊采用STC89C51為控制中心模塊。(2)鍵盤輸入采用4x3的共陰極鍵盤輸入可以節(jié)省IO口的使用。(3)顯示模塊采用液晶顯示密碼的輸入和修改等提示。(4)報警模塊通過蜂鳴器和LED燈閃爍來完成。(5)繼電器用來控制密碼鎖的開關(guān)。
二、系統(tǒng)的硬件原理圖
硬件設備是以單片機為核心,結(jié)合電源電路、密碼儲存電路、顯示電路、報警電路和繼電器電路等外圍設備來完成設計要求。其原理框圖如圖1。
三、系統(tǒng)硬件部分設計
(一)AT24C02 EEPROM存儲器。用戶在使用電子密碼鎖的時候若更改了系統(tǒng)的初始密碼,密碼鎖系統(tǒng)斷電之后密碼就容易丟失,而曾加了AT24C02就能把密碼儲存起來防止丟使。
AT24C02是一個2Kbit串行CMOS EEPROM,內(nèi)部256個
8位字節(jié)。其引腳功能如下串行數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳(SDA)可實現(xiàn)雙向串行數(shù)據(jù)傳輸。串行時鐘信號引腳(SCL)在SCL輸入時鐘信號的上升沿將數(shù)據(jù)送入EEPROM器件,并在下降沿將數(shù)據(jù)讀出。器件/頁地址腳(A2、A1、A0)為AT24C02硬件連接的器件地址輸入引腳。寫保護(WP)引腳。當該引腳接地GND時可以正常的讀寫,接VCC時,芯片啟動寫保護功能。
AT24C02與單片機相連時,A0,A1,A2接地,GND接地,VCC接電源,WP接P2^2,SDA接P2^0,SCL接P2^1。
(二)液晶點陣屏1602。1602液晶也叫做1602字符型液晶,它是專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣式液晶模塊。
1602液晶分為背光和不背光兩種,帶背光的1602液晶采用標準的16腳接口與單片機相連接。
(三)矩陣鍵盤。為了節(jié)省IO的使用,使用共陰極的矩陣鍵盤作為密碼輸入端,它將I/O口分別引出線,并分為行線和列線,在每一個行線和列線相交的地方放置一個按鍵,這種方案下,一個占用7個I/O端口的4×3的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個
12鍵的鍵盤。通過軟件掃描的方法就可以確定是哪個按鍵按下了。
(四)警鈴電路。運用蜂鳴器和計算機軟件的控制可以使它發(fā)出911報警的聲音。通過一個PNP的三級管可以驅(qū)動蜂鳴器的工作。當密碼輸入正確時警鈴不工作,同時密碼所開。但是如果密碼輸入錯誤控制蜂鳴器的P2^4引腳輸出低電平,蜂鳴器發(fā)出報警的聲音將持續(xù)5秒。
(五)繼電器電路。采用電磁繼電器作為密碼鎖的開關(guān)。電磁繼電器一般是由鐵芯、線圈、銜鐵、觸電簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓,線圈就會流過一定的電流,從而產(chǎn)生電磁效應,銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的壓力吸向鐵芯,從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸電結(jié)合。當線圈斷電后,電磁的吸力也隨之消失,銜鐵就會在彈簧的反作用力下返回原來的位置,使觸電釋放。這樣吸合、釋放,從而達到了電路中的導通和切斷的作用。在密碼輸入正確的時候控制繼電器的P2^5引腳輸出低電平,電子密碼鎖開。
(六)復位電路。單片機的置位和復位都是為了把電路初始化到一個確定的狀態(tài)。一般來說,單片機的復位電路的作用就是把單片機的內(nèi)的各個寄存器裝入常山預設的一個值,即讓從單片機的第一條指令(0000H單元)開始執(zhí)行。單片機復位電路的原理就是在單片機的復位引腳RST上外接電阻和電容,讓RST(9腳)端出現(xiàn)高電平,并保持兩個機器周期以上,單片機就會執(zhí)行復位操作。
四、系統(tǒng)軟件部分設計
如圖2所示為主程序流程圖,系統(tǒng)上電后將進行初始化,然后開始進行鍵盤掃描,此時在鍵盤上輸入密碼,若密碼正確,則開鎖成功,播放成功提示音,密碼錯誤則會提示,包括屏幕畫面及聲音。
五、結(jié)論
在本次電子密碼鎖的設計過程中,通過查閱資料和向老師請教結(jié)合實際制作了一款功能比較齊全的電子密碼鎖。它具有以下的功能:(1) 用戶通過矩陣鍵盤四位密碼,并以確認鍵(#)結(jié)束。若需要修改密碼,則按修改鍵(*)進入密碼修改狀態(tài)。(2) 允許密碼輸入錯誤的最大次數(shù)為三次,口令錯誤次數(shù)超過三次則進入死鎖狀態(tài),并發(fā)出警報,系統(tǒng)將鎖定鍵盤5分鐘。(3)初始化密碼又系統(tǒng)決定,用戶可以根據(jù)自己的要求設定密碼。修改密碼時需要首先正確的輸入舊的密碼才可以修改,修改新密碼需要兩次相同的輸入新的密碼,以防錯按鍵盤而導致的新密碼丟失。(4)密碼輸入以“*”顯示,提高密碼的安全性,防止別人偷窺。(5)當無密碼輸入時自動進入節(jié)電模式,減少功耗。
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