电子密码锁使用单片机制作的教学研究

2018年4月19日11:28:44电子密码锁使用单片机制作的教学研究已关闭评论 暂未收录 149 阅读

摘要:文章介绍一种基于单片机的电子密码锁的设计与实现, 此设计是以单片机作为控制核心, LCD液晶作为参数显示, 矩阵键盘作为密码输入和蜂鸣器报警等这几个部分组成, 从设计原理到方案选择, 都进行了具体的分析, 此设计过程可作为单片机应用课堂上的范例。

关键词:单片机; LCD1602; 继电器;

一、引言

在单片机应用教学上, 电子密码锁的设计锻炼了学生对单片机的基本运用能力, 其中包括晶振电路和复位电路以及I/O口的使用, 再深入一层则是使用单片机内部FLASH存储器的ISP/IAP技术, 基于单片机的电子作品设计, 给学生学习单片机带来更直观的效果和更加贴切实际的运用能力、方案选择能力和解决问题的能力。这种“学”和“做”的教学模式也受到广大师生的欢迎和推崇。

二.设计要求

1.密码可随时更改, 密码输入正确时开锁成功;

2.当输入密码错误时蜂鸣器发声报警;

3.输入密码错误超过三次, 密码锁被锁定。

三.设计原理

选用单片机STC89C52作为控制核心, 主要是采取它灵活的可编程和控制精准性, 外接输入键盘、LCD1602显示器和用于声音报警提示的蜂鸣器电路。用户输入密码后经过单片机与预设密码进行对比, 判定密码正确与否, 然后以引脚的电平高低传到开锁电路或者报警电路以控制开锁或者报警。

四.硬件设计

1.键盘

密码输入涉及较多的按键, 为减少键盘与单片机连接的I/O口数目, 本设计采用4×4矩阵式键盘。16个按键只需要8个I/O口, 把每行中的4个按键一端的引脚连接, 一共4行, 每行的连接线分别接到单片机的P1.0-P1.3, 把每列的4个按键另一端的引脚连接, 一共4列, 每行的连接线分别接到单片机的P1.4-P1.7。以行扫描的方式进行按键扫描, 当有按键被按下时, 按键所在列的I/O口会被拉至低电平。

2.密码存储

密码的存储方式有以下两种方案: (1) 采用IIC总线技术, 外接AT24C02存储器; (2) 采用ISP/IAP技术, 使用单片机内部FLASH存储器。对于电子密码锁的密码存储方式, 需要考虑的是密码安全问题, 外接的存储器可被访问, 而使用单片机的内部存储器, 用ISP/IAP机制写入, 一边校验一边写, 无读出命令, 彻底无法解密。因此本设计使用单片机的内部FLASH存储器。

3.开锁控制模块

电磁继电器作为模拟电子密码锁的开关, 电磁继电器线圈得电时, 触点吸合, 失电时, 触点断开。这样的吸合和释放动作, 达到在电路中导通、切断的目的。继电器通过PNP型三极管驱动, 当单片机软件程序判定密码输入正确时, 与开锁控制模块连接的I/O口由高电平变为低电平, 三极管饱和导通, 继电器线圈得电, 触点吸合, 此时表示密码锁已开锁。电路如图1所示。

4.报警电路

当密码输入错误时, 蜂鸣器报警提醒。报警电路如图2所示, 蜂鸣器由三极管驱动, 三极管的导通和截止由单片机程序控制, 其基极处于低电平时, 三极管饱和导通, 蜂鸣器发声;基极处于高电平时, 三极管截止, 报警电路断开。

5.LCD显示模块

LCD1602A能同时显示32个字符, 此密码锁设计中需要同时显示的字符较少, 因此LCD1602A可满足需求。LCD1602A与单片机的接口比较简单, 第1引脚VSS接地, 第2引脚VDD接5V正电源。第3引脚VL为液晶显示器对比度调整端, 通过一个10K的电位器调整对比度, 取得一个亮度适合的显示屏。第7~14引脚D0~D7为8位双向数据线, 与单片机的P0口连接。第4引脚RS、第5引脚R/W、第6引脚E使能端分别与单片机的P2.5、P2.6、P2.7。

五.软件设计

本系统软件设计由主程序、初始化程序、LCD显示程序、键盘扫描程序、键功能程序、密码设置程序、EEPROM读写程序和延时程序等组成。其中 (1) 主程序:初始化后进行模式选择, 一种选择是新密码设置, 输入旧密码, 再输入新密码, 把新密码存入缓存区, 再次输入新密码确认, 设置完毕。另一种选择是密码识别, 密码输入后和预设的密码进行比对, 根据比对结果调用开锁程序。 (2) 开锁程序:初始化后, 按开锁键, 输入密码, 确认密码输入完毕, 判断密码是否正确, 正确则开锁成功, 错误则累计输入密码次数, 判断密码输入错误次数是否超过3次, 超过则启动报警。 (3) LCD液晶显示器的驱动程序包括初始化和显示两部分。 (4) 键盘扫描程序:因为矩阵键盘是机械开关, 会产生5ns的抖动, 因此当检测到有键按下时, 应先延时5ns, 再检测一次是否确实有按键按下, 有则建立有效标志, 确定键值。

六.结语

本设计从教学实践角度来看, 采用单片机作为主控芯片与数据存储单元, 结合外围的键盘输入、显示、报警、开锁等电路并用C语言编写程序, 实现了具有报警功能的电子密码锁。从实用角度来看, 使用单片机制作的电子密码锁具有软硬件设计简便、成本较低, 稳定性高等特点, 在住宅、办公室的保险箱及档案柜等需要防盗的场所, 有一定的实用性。

参考文献

[1]何宏主编.单片机原理与接口技术.北京:国防工业出版社.2006.07
[2]梁丽.电子密码锁的计算机仿真设计.计算机仿真, 2005
[3]董继成.能防止多次试探密码的单片机密码锁.国外电子元器件, 2004, 3

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