基于单片机的电子密码锁设计

刘佳乐

（兰州工业学院电气工程学院，甘肃 兰州 730000）

1 电子密码锁硬件设计

该文分析的系统是由4×4矩阵键盘、LCD1602报警系统、单片机AT89S52和显示部分等构成，该系统具有修改和设置用户6位密码、密码错误报警、超次锁定和超次报警等功能。该文的密码锁设计是使用PO单片机LCD控制显示，密码正确有“password ok！”提示，如果是错误会出现“password error！”该提示，错误输入3次会自动锁定。P1口矩阵控制键盘包括0～9个数字，还有A-F功能键。另外，除了这些密码功能，还能实现遥控功能控制密码锁，关于整体系统框架的设计如图1所示。

1.1 最小系统设计

图1 系统结构框图

单片机最小系统是由晶振电路、复位电路组成。晶振电路是通过XTAL2和XTAL1引脚与晶体振荡器12MHz进行连接，形成了一个内部振荡电路，该模块是由一个晶振、两个电容组成。其中引脚XTAL2和XTAL1与电容C1和C2进行连接。该部分的两个电容具有快速起振、稳定振荡频率的功能，其中电容值是20 pF，内部振荡方式应用比较广泛，其获得的时钟信号相对稳定。

1.2 键盘设计

键盘的设计是4×4矩阵式的行列键盘，每条垂直线和水平线都是相互交叉但不连通的，一般都是利用按键进行连接。这样每个端口构成一个4×4=16的按键，在单片机系统中这种行列式矩阵键盘，在执行程序中需要先等待按键指令，之后确认都按下按键程序，连接每个键垂直和水平端口，比如：如果垂直输入扫描码，这时同一行获取的扫描码的bit是相同的，而水平线是读取扫描的，这时会线输入扫描的动作，之后才是读取输入的信息，经过系统分析，才能确定哪个键被使用。

1.3 声光报警电路设计

该文分析的电子密码锁是利用程序频率促使蜂鸣器发出声音，之后将频率发送给输出端口并输出即可。使用LED灯判断是否输入正确密码，如果是错误面lED灯会显示红色，这时蜂鸣器会自动出现报警声，如果密码正确，则绿色的LED灯亮。

1.4 开锁机构设计

通过LED信息提示，用户可以了解输入的密码是否正确，从而正确开锁。如果密码输入正确，这时系统会判断按键是否被按下，之后单片机会发出开门信号，开锁驱动电路接收到指令，会驱动电磁锁，这时即可将锁打开。开锁电路是由开锁、驱动2个部分构成，其中驱动电路由D5、T10、R1组成，D5是提示开锁、T10一般选择三极管功率较小可以满足实际需求，比如：9014。开锁系统包括C4、D6、T11工程，其中，C4、D6是负责消除电磁锁被电磁干扰，或是出现反向高电压情况。T11可以选择中功率三极管，比如8050，电磁锁选择都是根据实际需求，但要注意保证吸合力有一定的余量。本次分析为了节省材料，临时选择发光二极管来替换电磁锁，发光管亮表示已经开锁，如果是灯灭，表示没有开锁。

2 电子密码锁软件设计

2.1 电子密码锁功能

电子密码锁一般在办公室或是家庭中的门锁上使用，一般都是通过电磁铁吸合，将门关闭，只有输入正确密码，才能打开锁。门锁的密码用户自己可以设置或是修改，门锁还有自动报警功能。电子密码锁是根据液晶屏信息显示，选择开锁或是修改密码。如果开锁，需要扫描键盘输入密码，之后保存数组，再选择正确的密码数据进行比较，根据指示灯LED显示开锁。如果密码输入错误，会自动报警，并有错误提示。如果想要修改密码，需要将新密码保存到系统中，开锁程序包括主程序、子服务中断程序。主程序主要是读取键盘数值，并显示屏幕信息和判断密码。子服务中断程序就是将密码复位再进行密码锁开锁、上锁、报警等处理。当程序进入初始化，再分析键盘数值是否输入，如果选择输入开始进入步骤程序，选择开锁或是密码修改，如果键盘没有输入，则需要返回。

2.2 电子密码主程序流程

为了保证程序更好地进行调试和阅读，这里将外围电路设计成为不同的子程序，包括按键扫描、程序显示、左移键值、右移程序、读存储器程序、报警程序和保存密码程序等。

3 仿真

该文通过Proteus软件对密码锁进行了仿真实验，证明该软件可以实现软件硬件同时设计，如果还没有制作硬件，可以利用绘制的软件电路图，将程序加载编译，在电脑上完成仿真调试，从而分析软件设计上存在的错误再进行调试，可以有效减少设计周期。

进入Proteus ISIS编辑窗口，在元件列表中单击“P”按钮，进入对话框“Pick Device”，之后添加元件。如果没有元件，可以使用芯片来代替，达到功能兼容效果。

密码锁电路图绘制完成后，将AT89C51单片机晶振频率设置为12 MHz，之后加载“*.HEX”文件。

在编辑窗口，点击图表“运行”或是菜单“Debug”，并在菜单中选择“Execute”，即可看到模拟仿真的结果。

在调整单步调试中，打开“Debug”菜单中的“Watch Window”窗口以及“XX器件编号”，观察储存器、寄存器的数值变化。

4 结语

经过仿真设计反复调试，电子密码锁可以基本实现：识别对比输入的密码、判断密码、开锁、自动报警、储存密码、修改密码。基于单片机进行电子密码设计，单片机属于主控芯片，同时与外围电路进行连接，构成电子密码锁。在单片机2个线路上设置电阻，可以有效减少功耗。这种程序设计比较简单、设计方法可靠、成本比较低、使用安全性高，而且能够满足日常锁的需求，有使用价值。