基于单片机密码锁控制系统的设计

刘丹妮 范小伦 颜安

摘要：伴随人们生活水平的日益提高，在家庭防盗方面，电子产品不断向智能化方向发展，传统的机械锁也在慢慢被电子智能锁取代。电子密码锁的方便、经济实惠、安全系数高等特点越来越符合人们的需求。本文设计一种基于单片机密码锁的控制系统，采用 AT89C51单片机为系统的核心，再搭配液晶显示器 LCD 作为显示设备，并结合4*4外围矩阵键盘作为输入设备，运用 C 语言进行编写主程序，选用 AT42C02为数据存储器，再结合蜂鸣器，设计一款可以开锁、报警、设置密码的智能单片机密码锁。该密码锁修改密码方便，输错密码即可发出报警音，灵活性高，成本低，符合大众对住宅、办公室、保险柜用锁的需求，具有很强的实用与推广价值。

关键词：AT89C51;密码锁;报警;LCD1602液晶显示器

锁具从古至今都为人们财务安全起到非常重要的作用，传统老式机械锁，里边有铁芯，需要经常使用或保养，钥匙一旦丢失，就需要换锁，并且没有报警系统，安全系数低。随着科技的发展，传统的老式锁以经不能满足人们的需求，单片机的出现，开启了智能电子产品时代。本文设计一款新型电子密码锁，能够克服机械锁的缺点：第一就是安全性高，只有密码正确才能打得开;第二就是报警系统，当别人试图强行开锁时，警报声就会响起;第三就是寿命高，单片机的寿命长，连续工作时间久，耗电小，大大的增强锁具的使用时长;最后就是电子锁的灵活性，开锁密码可以随时更换，密码的组合多。

1.      硬件系统设计

本设计的电子密码锁具有以下功能特点：可以一次输入六位数的密码，密码正确则自动开锁，密码错误输入大于三次则系统发出报警的声音，超过三次则自动锁定，需耐心等待6分钟才能再次开锁;输入管理员确认密码后即可直接修改已经重新设定的开机密码。为了有效防止用户密码被恶意窃取，密码锁还要求在用户输入指定密码时在 LCD 屏幕上同时显示 * 号，大幅度提升了密码锁的安全系数;输入清除过程中可以直接按下自动清除输入键，清除所有输入的用户密码。

本设计采选用 AT59C51单片机、4×4矩阵触控键盘、LCD 液晶显示器、蜂鸣器等硬件组成。通过键盘设置参数矩阵确定键盘的每个按键参数值，每一个按键都要对应相对的数字或者功能，然后先设立一组密码保存，用作开锁密码，按下 OK 键保存成功，存储芯片保存好数字信息之后，在通过矩阵键盘输入的六位数字，主程序会与之前保存的密码逐一进行对比，如果其中发现数字错误，不符合，则开锁程序，不会执行。同时触发报警电路，蜂鸣器发出报警音，报警音20秒后停止。同时复位电路开始工作，清除数字。若连续输三次密码错误，矩阵键盘就会处于锁定状态，需等待一定时间才可再次输入，在输入密码时，为了防止偷窥，输入的数字会显示 * 号，如果忘记开门密码，大可不必担心，我们可输入最先设定的管理员密码，输入正确后即可再次重新设定新密码。本系统硬件模块电路包括：AT89C51最小系统设计、AT24C02密码存储芯片电路设计、蜂鸣器电路模块设计、矩阵键盘设计、LCD1602显示模块、开锁电路模块设计等。该系统硬件设计原理图如图1所示。

2.      系统软件设计

密码锁工作的主要过程：先开启键盘，即按下开启键，键盘开启之后， LCD 显示屏开始工作，这时就可以输入密码，输入数字时，每个数字显示 * 号，当输完六位密码后，按下确定输入键 D，系统会对输入的密码，与之前保存在密码存储芯片中的开机密码逐一进行对比，如果密码正确，那么就会驱动继电器进行工作，密码锁就自动开启，如果输入六位密码，与开机密码对比出现错误，则报警器开始报警，同时清除所输入的六位密码。如果忘记密码，可输入管理员密码，进行重新设置密码。

3.      系统软件调试及结果

本系统的程序设计主要采用 proteus8.6进行软件仿真，先通过它丰富的器件库进行原理图的绘制，然后再加入已经编写好的程序代码，然后再运行模拟单片机以及外围器件的仿真。（1）开锁功能。系统通电后，处于锁屏状态，此时点击开启，可以输入密码，输入密码的密码在显示器上以“*”形式显示出来，密码正确后按下确定键，密码锁开启。若密码错误，会发出报警音，并提示错误和记录密码错误次数。（2）修改密码功能。点击开启键盘键，再按下修改键然后输入管理员密码，密码正确，则可以修改密码，接着系统会提示你输入新的6位密码，第一次输入完成之后，按下修改键，然后第二次再输入密码，两次密码相同，则修改成功。如果不相同，则返回开启键盘状态。（3）锁盘报警功能。如果输入密码错误三次，则会锁屏六分钟，避免有人恶意试探密码，同时发出报警音20秒。（4）上锁功能。按下启動键后，可进入输入密码状态，按下上锁键，即可重新回到，上锁待机状态。（5）清除功能。输入过程中可以按下清除键，清除所输入的密码。

参考文献：

[1]    陈海宴.51单片机原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[2]    陈丹.公寓智能门锁管理系统的设计和实现[D].中国科学院大学，2016.

[3]    蔡文龙，田芃，彭奇，周峰.高安全级电子密码锁的设计与研究[J].电子技术，2015， （11）：30-32.

作者简介：

刘丹妮（1988—），女，陕西省商洛人，研究生，助教，主要研究电力电子技术方向。