基于STC89C51单片机的电子密码锁设计

李朋龙 刘秀娟 孙选辰 许纹旗 王茂清 逯玉兰

摘  要： 为解决传统制锁技术无法满足安全防盗、美观简洁等需求这一问题，本文基于STC89C51单片机设计了电子密码锁系统。该系统包括五大模块：主机模块、LCD液晶显示器模块、按键输入模块、掉电储存模块、报警与开锁功能模块。电子密码锁设计好坏可通过密码的输入、清除、开锁、更改等功能所完成的程度作为评判标准。本文设计的电子密码锁具有成本低、安全性高、实用性强等优点，另外对于住宅、办公室等具有强大的适用兼容性。因此，本系统的商业价值高。

关键词： 电子密码锁;STC89C51单片机;开锁驱动电路

中图分类号： TP368.1    文献标识码： A    DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.09.006

本文著录格式：李朋龙，刘秀娟，孙选辰，等. 基于STC89C51单片机的电子密码锁设计[J]. 软件，2020，41（09）：2325

【Abstract】： Traditional lock technology has been unable to meet the needs of security and theft prevention， beautiful and simple， in order to solve this problem， we based on STC89C51 MCU design electronic password lock system. The system includes host module， LCD display module， key input module， power off storage module， alarm and lock function module. The standard to judge the design of electronic password lock is the degree of password input， clearance， lock， change and other functions. Electronic code lock unique design， coupled with the lack of other anti-theft tools simple， low cost， high security， practical advantages， in addition to the residential， office for the strong compatibility， so it is very widely promoted commercial value.

【Key words】： Electronic combination locks; STC89C51 microcontroller; Unlock the drive circuit

0  引言

在当今社会，如何有效安全防盗已经是一个重要的社会性问题[1]。自古以来防盗所用的重要工具就是锁具。于是具有同样作用且更安全的新型电子密码锁具有更大地发展潜力。现代新型锁具在原有锁的基础上充分运用了现代科技，使功能单一的密码锁具有更多的用途，比如超声波锁、遥控锁等均在市场上较为常见。人们为提高密码锁的安全性和可靠性，勢必要研制新型锁具。电子密码锁一般应用于类似保险柜，取款机等重要地方。基于电子密码锁的实用性，在市场的调节下衍生出一系列的电子智能密码锁产品，如：指纹识别的电子密码锁等。不足之处在于此类密码锁置于公共场所容易被损坏，而其自身成本又比较高，相比之下，键盘式密码锁依靠简单、便宜的优势势必会成为防盗的主流产品。键盘式电子密码锁的优势中最突出的一点是所设置密码只准确可靠的存在于授权人记忆中，不易丢失。此外电子密码锁还有很多优势，如：操作简单快捷、用户可以随时地更改密码、误码输入保护。

1  系统总体设计

系统总体结构图如图1所示。

本系统的核心是STC89C51系列单片机，包括主机模块、LCD液晶显示器模块、按键输入模块、掉电储存模块、报警和开锁模块五个重要部分。本系统的工作流程：（1）键盘输入电路将用户输入的密码转换成数字信号;（2）将键盘输入电路的数字信号输入到单片机;（3）单片机把输入的数字信号和掉电储存模块内的数据进行对比;（4）单片机根据处理结果，输出控制信号到开锁驱动电路或者蜂鸣器报警电路;（5）根据单片机的对比结果，LCD显示模块显示用户输入密码的对错。其具体操作过程为：通过按键来输入用户密码，当密码正确时，电子密码锁开锁，液晶显示器上会显示密码正确。如果密码输入错误次数达到3次，将会进行蜂鸣器报警。

2  系统硬件设计

2.1  主机模块

单片机是微型控制器的一种，能够承载计算机系统，具有体积小、质量轻、运算速度快，运算速度强等优势。STC89C51作为一种兼容80C51引脚结构和标准MCS-51指令系统的单片机，具有可编程性的特征，舍掉了单片机必须用通用编辑器的编辑的局限性，用户要将所需要的程序下载至单片机只需配合PC端的控制程序即可[2-4]。该系统中单片机的作用是将矩阵键盘输入的信息进行处理，与掉电储存模块所储存的信息进行对比，对整个系统起控制作用。整个系统是在单片机的控制下输入数据，并对数据进行处理、对比，并根据控制指令来完成开锁功能[5]。

2.2  LCD液晶显示模块

本系统中实现人机交互，提示用户进行相应操作功能的就是液晶显示模块[6]。本设计为了减少I/O资源和功耗，舍弃传统的数码管显示信息，改用LCD1062液晶显示器，用于显示用户输入的信息与系统处理后输出的信息。因为LCD1062液晶显示器能够显示32种字符，已经完全适用密码锁的密码范围[7]。

2.3  按键输入模块

按键输入模块主要用来输入用户的密码，并且还要有特殊的功能键，比如确定键和清除键，能够使用户修改信息。本文采用4*4行列式键盘作为运用行列扫描法的按键输入模块，不仅能够符合用户输入密码的功能，而且还有多余的键位可以完成功能键的安置。单片机根据键盘按键电平的变化判断相应的按键数据，同时由于是机械按键，按键时机械键会震动，为了避免单片机误判多个按键同时按下，用户在按键时暂停一小段时间，使键盘稳定，再继续按接下来的按键。

2.4  掉电储存模块

为了使设计简单、成本低廉、保密性强，本设计不外置掉电储存器，直接使用STC89C51单片机内部的E2PROM实现掉电储存功能。E2PROM能够即用即插，具有掉电可擦除、可编程、只读的特性。因为能够随机访问和修改任何一个字节，E2PROM可以给多种类型的单片机系统提供灵活且高效的数据存储。STC89C51单片机中有2KB的EEPROM储存空间，分8个扇区，每个扇区512B，擦写次数达到10万次以上，完全满足系统设计的要求。

2.5  报警与开锁功能模块

系统的最终目的是根据单片机输出的控制信号，对报警和开锁电路实施控制，控制密码锁的开关达到保护财物的目的。若输入密码正确，单片机则输出控制信号到开锁驱动电路，此时电路接通，由于电磁感应，衔铁被吸合实现开锁功能。为提高电子密码锁实用性，允许用户输入5次密码[8]。如果5次输入密码依旧错误，单片机会输出控制信号到蜂鸣器报警电路，报警电路报警，提示用户输入密码次数已达到上限。

3  系统软件设计

单片机的软件系统是单片机系统重要组成部分之一，如果单片机要想协调有序的工作，就需要片單片机软件系统和硬件系统的共同配合，单片机的软件系统是采用通用编辑器来编写程序，而单片机STC89C51可以直接使用PC进行软件的编程和拷贝[9]。软件编程主要采用C语言，设计过程遵循面向过程的模块化设计思想，该系统主要由初始化模块、按键电路模块、密码设置模块和开锁模块组成。系统流程图如图4所示，对系统进行初始化设置，如果输入密码正确，则启动开锁程序，否则密码输入错误达到5次，启动报警程序，提醒用户修改密码，启动修改程序[10]。

4  结论

本文对基于STC89C51单片机的电子密码锁系统的设计和实现进行扼要地阐述。该设计以STC89C51单片机为主控制器，编程使用C语言，进行系统仿真时利用Keil软件开发工具和Proteus软件。该电路在原理上基本达到预期的要求，通过STC89C51单片机和外部硬件电路相互配合与控制，具有成本相对较低、操作相对简单、安全可靠、方便美观的效果。

参考文献

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[10]张天慈， 刘胜前. 基于智能手机的无线电子密码锁设计[J]. 大众科技， 2018， 20（11）： 4-7+25.