基于单片机的多功能密码锁仿真设计

江苏省常州技师学院电气工程系 陈 嘉

引言

在人们的日常生活工作中，对住宅区域及工作区域的安全防范意识逐步提升。传统的机械锁已经无法满足人们的安全需求，使得人们通常需要携带多把钥匙，因此容易发生被撬锁的不安全事件[1-3]。随着诸多技术的不断创新，具备防盗报警功能的电子密码锁，逐步运用而生，相较传统的机械锁及指纹锁等，电子密码锁能够具备较高的安全性、较低的成本及功耗，同时还提升整体的操作便捷性，因此被较为广泛的运用于当前工作及生活安全防范中[4-6]。电子密码锁的主要功能实现，是借助输入密码对电路及芯片达到控制作用，最终对锁的机械开关闭合加以控制[7-8]。整体种类样式多种多样，芯片质量也存在诸多不同。密码锁的安全实用性已经优于诸多机械锁，存在较好保密性，也确保锁的密码可变性，同时还能够提高锁的操作便捷简易性。

1.基于单片机多功能密码锁仿真设计思路

本次研究中所设计的多功能密码锁，主要单片机以STC89C52作为仿真设计的主控单元，将键盘作为主要输入单元，借助EEPROM芯片完成密码存储功能，借助LCD液晶显示屏对多功能密码锁的程序运行状态、温湿度、具体时间加以提示。密码锁的仿真设计组件包括了门磁传感器、报警模块、显示器、指示类电路、时钟芯片、存储电路等。AT24C02作为密码锁的电能存储类元件设备，借助LCD液晶显示屏，将矩阵键盘输入有关密码数字，或者完成密码的修订。在输入密码后单片机则会自动对比输入数值及密码设置数值是否相对。如果正确即指示灯亮起，密码锁成功开启。反之如果密码输入3次错误，指示灯则会亮红，警报器发生警报，同时将键盘锁定5分钟。门磁传感器完成对门的实时监控，查看其是否被非法打开，一旦发生意外则会自动报警。该密码锁的主要仿真设计方案（如图1所示）。

1.1 设计4＊4矩形键盘电路

在有关装置设备上，主要包括了功能键及数字键，数字键包含从0至9的多个数字，功能键主要包括了万能键、设置键、重置键、确认键、密码键等。

1.2 设计密码存储电路

在多功能密码锁的仿真设计过程中，系统设计需要确保密码锁具备密码的存储及重置功能，保证在掉电之后，密码仍然不会丢失的存储器。为了对多多功能密码锁的外置拨码开关，设定相应的密码解决操作不方便这一情况，在本次仿真设计中，通过借助EEPROM芯片完成密码存储功能，内部保存了512字节的ROM，该仿真设计的独特之处，主要就是在掉电之后所存储的有关内容仍然不会丢失，因此有效确保了系统能够正常运行，同时也达到了密码的随意读写，达到密码锁的真正保密性。

图1 多功能电子密码锁方案

1.3 设计液晶显示屏

在多功能密码锁仿真设计系统中，液晶显示屏能够对相应的系统状态加以显示，同时针对其中的输入密码有所显示。用户能够更好的针对此套密码锁装备一目了然，十分简便快捷。基于Altium Designer10.0软件，对多功能电子密码锁的有关原理图成功完成设计，主要包括了控制版块、存储版块、指示版块、显示版块。

1.4 实时时钟电路设计

DS1302具备了清晰提供年月日有关时间的时钟芯片，以24或者12个小时为显示格式，具备了相应的软件显示时间自动调整能力。单片机能够与通过串行的I/O方式实现即时通信，由此有效节省了I/O口。将DS1302这一时钟芯片，能够与晶振外接设计无备用电源，构成以I/O、SCLK、RST三种引脚，经由R3、R4、R5的不同上位电阻，接入单片机三个引脚内，实现了实时的时钟电路，提供具体的时钟显示。

1.5 环境温度采集电路设计

STC89C52单片机作为实现系统环境温度有关数据的主要采集核心，作为单线类数字式温度传感器设备，实现了主要测温范围的-50℃-+130℃，具体温度测量精准差在±0.5℃之间，能够与单片机借助1-Wire协议实现系统通信，后传送有关环境温度。通过将STC89C52中的VCC引脚与51电源相衔接，之后以GND作为引脚接地，构成了密码锁的环境温度采集电路，在实现密码锁周围温度的采集处理之后能够显示电路，且完成对环境温度的采集显示。

2.多功能密码锁软件设计

要想确保多功能密码锁的系统仿真设计能够实现多项功能，通过确保具备完善的硬件为仿真设计基础，并未同时还应当得到相应的合理性软件设计支撑。尤其是微机设备在现如今的高速发展今天，诸多软件都是经由硬件所完成的有关工作，最终实现了软件类编程的功能替代。通过与51汇编平台加以整合，能够借助模块化程序有关设计方法，完成多功能密码锁的仿真软件编程设计。在具体设计过程中逐步确保能够分块呈现，并且在针对每一个版块单独修改程序时，需要保证避免对全局使用性能造成影响，由此行之有效的对编程工作的整体开展工作量及调试难度加以降低。电子密码锁的关键运行过程，即通过依据液晶显示屏提示之后，完成对密码锁的密码输入解锁行为过程：在实施液晶显示屏的程序显示之后，完成密码锁的开锁及密码修改等多项操作。在实施密码锁的程序初始化之后，将时间及温湿度有所展现。如果开锁人是管理者，即可输入管理员密码完成。在输入密码正确过程中，系统化控制机械类装置锁，如果出现3次连续性密码输入错误，那么便会出现密码锁的自动锁定5分钟同时报警，之后恢复初始状态。并且此类多功能密码锁还能够对室内的相应烟雾类气体加以检验，从而与119火警自动连接（如图2所示）。

图2 系统程序运行流程

3.多功能密码锁仿真设计系统调试

3.1 程序调试

在本次基于单片机的多功能密码锁仿真设计中，通过将已经编辑完成的C语言程序，完整载入至软件调试工具内部，之后对软件检查是否发生编辑设置错误情况。并且根据软件的相关提示，修改运行程序，直至并未发生错误之后，再将单片机的运行及其密码生成。借助51开发板或者其他单片机，写入工具把机器码写至单片机内展开实际程序类调试。之后根据有关实际情况修改其中的程序不足之处，直至程序能够满足多方面功能设计需求。在完成调试之后将程序运用至KEIL C51以及51开发板，共同完成有关下载烧录软件的配套运用。C语言编程开发系统相较汇编，能够在结构、功能、可读、可维护等多方面，具备更多的运用优势，从而真正的实现灵活使用。除此之外C语言代码也相对来讲更为容易理解，且能够让人感觉一目了然。

3.2 仿真调试

在基于单片机的多功能密码锁仿真设计程序进入初始化阶段后，在其显示屏界面会提示开锁者输入电子锁密码，之后程序便会实时完成对输入矩阵的扫描确认，之后作出针对性应答。一旦密码输入正确，那么该界面即可显示“OK”，如果显示错误同样会显示重新输入。在开锁者输入三次错误密码之后，密码输入程序则会自动锁定5分钟，同时响起警报。在实现密码修改重置过程中，按下RESET键位，即可进入密码重设，完成新密码的2次输入，之后根据ENTER键位确认，如果两次输入密码存在一定一致性，那么密码则能够修改成功，在实现密码修改模式，能够进一步实施密码修改模式，最终实施密码修改。通过返回初始化显示，如果具体输入有关日期及需要校正的存在一定异同，可以重新按下TIME后实现校时。

4.结语

基于单片机的多功能密码锁仿真设计，围绕C51单片机实施低成本、实用性电子密码锁设计，在经由最后监测系统系统化不同步骤，能够依据不同界面加以提升，实现有关密码操作，能够更加完全的实现开锁及密码修改，对有关密码加以存储，具体监控报警需求需要符合有关设计要求，基于整体层面确保不同设计参数可以达到有关要求。多功能电子锁是现如今社会发展中的信息化时代产物，在科技的不断创新研发中，电子锁能够更加人性化、更加完美且更加便宜及安全。通过借助STC89C52单片机，以单片机C语言实现软件设计，从而真正实现系列化电子功能密码锁。