基于单片机的电动车智能防盗锁的设计

刘雪 张海江

摘要：该文给出了一种基于单片机的智能防盗锁的设计方案。设计以AT89S5 1单片机为核心器件，结合按键电路、LED数码管显示电路、存储电路、报警指示电路和开锁机构，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/0端口，及其控制的准确性，并通过程序来控制整个系统实现电子密码锁的基本功能。系统具有成本低，性能可靠，使用方便的特点，具有一定实用价值。

关键词：智能防盗锁；单片机；报警电路；按键电路

中图分类号：TP18文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)01-0088-03

The Design of Intelligent Anti-theft Lock of Electric Car Based on Single Chip Microcomputer

LIU Xue, ZHANG Hai-jiang

（Zhejiang Normal University Mathematical and Information science, Jinhua 321004, Zhejiang）

Abstract: This article gives a design proposal of intelligent electric car anti-theft lock which is based on single chip microcomputer. The proposal regards AT89s51 as the core device,combines key circuits, LED digital display circuits,storage circuits,warning circuits and unlock institution and make full use the advantages of single microcomputer ,such as flexible programming design, rich I/O ports,accurate controlling ,and control the whole system by program to realize the basic functions of electric code lock. The system has these features of low cost , reliable performance and convenient use and certain practical value.

Key words: intelligent anti-theft lock; single microcomputer; warning circuits; key circuits

1概述

在日常的生活与工作中，住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需要携带多把钥匙，使用极不方便，且钥匙丢失后安全性即大打折扣。随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的电子密码锁应运而生。电子密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。在安全技术防范领域、具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁量少、安全性能差的缺点，使防盗锁无论在技术上还是在性能上都有大大提高一步。

本设计是基于单片机的智能防盗锁的设计方案。主要实现以下功能：

1）当某人正确输入密码（密码可在正确输入后重新设置）时，锁正常打开。

2）当某人错误输入密码达三次（可能是小偷），扬声器发出报警声，并发射无线电信号通知主人。

3）当检测电路发现锁没有正常打开（例如：小偷撬锁等情况）时，扬声器发出报警声，并发射无线电信号通知主人。

4）为防止报警声影响他人，报警声会在3分钟后自动解除。在这3分钟内，主人也可人工解除报警声。

2智能防盗锁的系统设计

2.1系统总体方案设计

本系统使用AT59C51单片机[1]、4×4矩阵键盘、LED、蜂鸣器等。矩阵键盘分别为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、*、#、DEL、CLR、EN? TER、MODIFY。系统初始密码为“12345678”；输入密码时，LED显示电路显示为“*”，当密码输入完毕按下ENTER键时，对输入密码与设定的密码进行比较，若密码正确则LED显示电路显示为“PASS”提示锁打开；若密码不正确，LED显示电路显示提示“ER? ROR”，若连续3次输入不正确，则发出警报声同时锁定键盘。

在输入正确密码后，按下修改键时，LED显示电路显示“old”提示“输入旧密码”，此时输入正确的旧密码，则显示电路会有提示输入新密码在输入新密码后，显示电路会再次提示“再次输入新密码”若两次输入密码不一致，则修改密码失败，一致则成功。在修改密码的过程中，如果一开始输入的旧密码错误显示电路会显示提示，同时系统返回到开始。

若在“再次输入新密码”的时候输入新密码与前次不一致，则会返回到系统开始。修改密码完成后，系统自动清零上锁。要再次开锁则需要输入正确的密码。系统中DEL键用于退格，CLR用于清屏，按下CLR可以删除刚输入的密码，然后再次输入。为了防止恶意尝试，系统才用若连续输入3次错误密码则发出报警声，且锁定键盘，可以提高系统的安全系数，同时也能够保护合法用户的正常使用。并且还有通过无线电信号的收发来通知车主，达到更好的防盗效果。

图1是系统的总体设计：

图1系统总体设计图

2.2系统硬件设计

2.2.1按键电路设计

本系统采用4×4矩阵键盘，16个键分别为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、*、#、DEL、CLR、ENTER、MODIFY。

图2键盘设计电路图

2.2.2复位电路设计

时钟电路工作后，在REST管脚上加两个机器周期的高电平，芯片内部开始进行初始复位

2.2.3开锁电路设计

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。

图3开锁电路图

2.2.4报警电路设计

报警电路采用蜂鸣器，当三次密码输入错误或者检测到非正常开锁的情况下，蜂鸣器便开始发声报警。电路设计如图4所示：

2.2.5无线电信号发射模块的设计

采用现成的无线电收发模块，功能原件简单、成本低。当检测电路发现三次输入密码错误或者非正常打开锁的时候，扬声器发声报警并且通过无线电收发模块发射信号给车主。

2.3系统软件设计

本系统程序部分使用C语言编写，系统软件流程图如图5所示，在整个软件设计流程中，键盘扫描及识别，密码校验和定时器程序比较重要。

键盘扫描电路中，扫描键盘时采用逐列扫描的方式，依次对l、2、3、4列按键循环扫描(P2口高四位连接键盘的行线，低四位连接键盘的列线)。扫描时先对单片机P2口赋Oxff，同时对与要扫描那列按键相连的单片机端口赋低电平，再将P2口的值与0xOf相与使低四位有效，如果按键被按下则与被按下那个按键相连接的单片机端口的电平将被拉到低电平，通过判断P2 El的值就可以判断出是哪个按键被按下。需要注意的是，在键盘扫描软件设计中，一定要有毛刺消除的功能，否则按键按下的响应会受到较大的影响。键盘识别是通过比较键盘扫描时对不同按键赋不同的值来执行相应的操作的。

密码校验的设立主要是从安全性的角度考虑的，密码存储后，只要在密码判定过程中找到存储密码的相应地址并读出改地址对应的内容，再加以比较就可以开锁了。如果仅仅是这样的操作，片内的密码很容易被破解，如果加上密码校验位，会在很大程度上提高安全性。在设立密码后，通过多位同或运算或其它更复杂的运算，将整个密码转换为通过运算后的另外一种形式，同时将该数据存储到指定的地址位中，每次设定密码，在存储密码的同时也生成并存储校验位，在读取时不仅要判定密码位是否正确，同时进行密码校验，这样就相当于加入了两级密码保护，提高了安全性，同时，即使普通密码被盗取，但校验运算方式不公开，也是不能直接打开电子密码锁的。其处理关系程序中简单体现如下：

if(KeyCount!=pwlen)//密码位数不为8位{ErrorFlag=1；

RightfFag=0；}else}for(i=0；i<6；i++)

{if(getpw[i]!=pw[i]) //逐位比较用户输入密码和系统密码

{ErrorFlag=l；RightfFag=0；break；//如果某位不一致则结束循环不再做后续比较}

定时器是保证限时输入密码和键盘锁定。定时器0中断的作用是给系统锁定键盘定时，当用户三次错误输人密码后启动定时器O，通过定时器0中断函数判断是否到定时时间，到了就停止定时器0并解除键盘锁定。定时器1中断的作用是限时输入密码，当用户第一位输入密码后启动定时器，通过定时器l中断函数判断是否到定时时间，到了就停止定时器1并清除输入的密码。

3结论

该电子密码锁设计实现自动报警、开关锁、密码校验、无线电报警信号收发等功能，并且具有结构简单、功耗低、成本低等优点，但是设计电子密码锁需要结合实际综合考虑很多因素，因此该电子密码锁设计需要在实际中进一步完善和改进。在系统应用程序方面，该设计只是实现了密码修改、开关锁、自动报警并发射信号灯功能，要想在现实生活中推广，还必须针对实际应用场合进一步完善程序。此外，无线电收发采用的现成的模块，有易受干扰、收发距离短等缺点，在今后的研究中必须进一步改进。

参考文献：

[1]何立民.单片机高级教程[M].1版.北京:北京航空航天大学出版社,2001.

[2]赵益丹,徐晓林,周振峰.电子密码锁的系统原理、设计程序及流程图[J].嘉兴学院学报,2003,15(1):103-105.

[3]宁爱民.应用AT89C2051单片机设计电子密码锁[J].淮海工学院学报,2003,12(2):29-31.

[4]丁元杰.单片微机原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2005.