电子密码锁的设计与制作.

-1-单片机毕业设计与制作说明书设计题目：电子密码锁的设计与制作专业年级：学号：姓名：指导教师：2008年月日-2-单片机毕业设计与制作成绩评定表设计题目：电子密码锁学号：姓名：项目评语成绩设计表现（20％）设计说明书（40％）实物评价（40％）综合评定教师签名年月日-3-单片机毕业设计与制作任务书一．设计题目：电子密码锁的设计与制作二．设计要求：利用51系列单片机为核心，采用矩阵键盘作为数字输入；6位密码显示；可重新设置新密码，EPROM存储密码，掉电不丢失；当输入密码与存储密码一致时，开锁，并响音乐，若三次输入错误，则报警。三．设计内容：硬件设计、软件设计及样品制作四．设计成果形式：1、设计说明书一份2、样品一套五．完成期限：2008年月日-4-目录第1章、方案选择及总体设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.．．．．．．．．．．．．11.1国内外现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.．．．．．．．．．．11.2设计目标．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.．．．．．．．．．．1第2章、硬件设计及电路图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.．．．．．．．．．．22.1方案论证与比较．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.．．．．．．．．．．．22.2电子密码锁的总体设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.．．．．．．．．．．22.3电子密码锁的控制芯片选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.．．．．．．．．22.4电源部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．..．．．．．．．．．．．42.5键盘接口部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52.6液晶显示器部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52.7继电器和蜂鸣器部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62.8小结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6第3章、软件设计及程序清单．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．..73.1软件总体设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.．．．．．．．．．．．．．．7第4章、实物制作及调试说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9第5章、使用说明书．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10结束语．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11附录．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12附录表一程序清单．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12附录表二元件清单表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20附录表三原理图PCB图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.21参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.23-1-第1章方案选择和总体设计1.1国内外现状目前，最常用的锁是20世纪50年代意大利人设计的机械锁，其机构简单、使用方便、价格便宜。但在使用中暴露了很多缺点：一是机械锁是靠金属制成的钥匙上的不同齿形与锁芯的配合来工作的。据统计，每4000把锁中就有两把锁的钥匙齿牙相同或类似，故安全性低。二是钥匙一旦丢失，无论谁捡到都可以将锁打开。三是机械锁的材料大多为黄铜，质地较软，容易损坏。四是机械锁钥匙易于复制，不适于诸如宾馆等公共场所使用。由于人们对锁的安全性，方便性等性能有更高的要求，许多智能锁（如指纹辨别、IC卡识别）也相继问世，但这类产品的特点是针对特定指纹或有效卡，但能适用于保密要求高且仅供个别人使用的箱、柜、房间，其成本一般较高，在一定程度上限制了这类产品的普及和推广。随着人们生活水平的提高，电子密码防盗锁作为防盗卫士的作用日趋重要。电子密码防盗锁用密码代替钥匙，不但省去了佩戴钥匙的烦恼，也从根本上解决了普通门锁保密性差的缺点。根据国外的统计资料显示,装有电子防盗装置的商业区或居民区盗窃犯罪率平均下降30%左右。目前西方发达国家已经大量地应用这种智能门禁系统，但在我国的应用还不广泛，成本还很高。1.2设计目标利用51系列单片机为核心，采用矩阵键盘作为数字输入；6位数字密码显示；可重新设置新密码，EPROM存储密码，掉电不丢失；当输入密码与存储密码一致时，开锁，并响音乐，若连续三次输入错误，则报警灯亮并且蜂鸣器响。-2-第2章硬件设计及电路图2.1设计方案论证与比较方案一：卡片式电子密码锁。卡片式电子密码锁,它利用光电耦合的方式，将密码信息从打孔的形式做在卡片上,只要将卡片插入锁内，就能将锁打开。如果卡片上密码信息不对,密码锁发出报警声。这种方法是需要卡片做成钥匙，容易被盗和被仿制，安全性不高。方案二：磁卡式电子密码锁，具有功能强、故障率低、可靠性高和工作寿命长等优点，但这种方法的缺点是磁卡容易消磁，对用户造成不必要的麻烦。方案三：用AT89S51设计的多功能密码锁。以单片机作为微控制器，可以实现基于以上优点，本系统选用该方案作为设计方案。按键有效指示、输入错误、控制开锁、错误报警、密码修改等功能，工作稳定可靠，保密性高，实用性强。综合考虑上面的几个方案，我们选用第3个来做。2.2电子密码锁的总体设计电子密码锁是由以下几个部分组成的，其核心部分是Atmel公司生产的8位AT89S51单片机作为整个系统的控制中心。包括驱动电路模块，显示电路模块，报警模块和键盘模块。如图2所示是一种用AT89S51控制的电子密码锁的原理图。其主要功能为：可设定从1位到8位的密码，从键盘键入正确密码才可更改密码或开锁。输入三次错误密码电路就报警。其主要工作原理为：AT89S51的P1口为键盘扫描口，接着3行4列的键盘即“0、1、2…设置、确定”，P3.0和P3.1接AT24C02，对AT24C02读和写数据。P3.2接一个小喇叭，当按键确实被按下时发出一下提示音，P3.3为按了设置键等输入原密码指示LED控制口，P3.5为开锁信号输出口，P3.4为报警输出口，P3.7为输入新密码LED指示控制口。2.3电子密码锁的控制芯片选择CPU是整个控制部分的核心。在考虑经济性和满足需求的前提下，本系统选用Atmel公司生产的8位AT89S51单片机作为整个系统的控制中心。图2-1电子密码锁的总体框图AT89S51驱动电路报警电路显示电路键盘-3-AT89S51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含2Kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。在本系统中，AT89S51单片机内部的功能单元已经能够满足系统设计需要，不需要系统扩展。2-2密码锁原理图AT89S51具有以下的特点:●兼容MCS-51指令系统●2k字节可重擦写闪速存储器●1000次擦写周期●2.7-6.V的宽工作电压范围●全静态操作：0-24MHz-4-P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.5/MOSI6P1.6/MISO7P1.7/SCX8RST9TXD/P3.111INT0/P3.212INT1/P3.313T0/P3.414T1/P3.515WR/P3.616RD/P3.717XTAL218XTAL119GND20RXT/P3.010P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039VCC402-3是AT89S51引脚功能图●两级加密程序存储器●128*8字节内部RAM●15个双向I/O口线●两个16位可编程定时/计数器●6个中断源●可编程串行UARL通道●可直接驱动LED的输出端口●内置一个模拟比较器●低功耗空闲和掉电模式2．4电源部分外界电源通过五脚开关JK与电源电路部分相连，电源经过稳压管7805进行稳压控制后，再经过RC电路的滤波整流就可以直接攻电路使用了，LED发亮表明电源电路部分正常工作。图2-4是电源部分原理图-5-2-4电源部分原理图2.5键盘接口部分系统的所有密码设置以及在没有用遥控器开锁的情况下密码的输入都需要由键盘输入。同时采用发光二极管来进行提示操作，使用户操作更加直观和方便。AT89S51单片机的I/O口线共有8根，能够满足系统设计的需要。键盘接口电路设计系统中键盘的功能主要用于用户输入和修改密码。键盘需要设计16个按键,其中0～9数字键用于密码的输入和修改。功能键两个,一个为“确定”键,用于密码输入结束后确认,一个为“设置”键,用于修改密码。键盘采用行列式设计,16个按键排成4×4矩阵。设计中用单片机P2口的P2.4～P2.7接键盘的4根行线,P2.0～P2.3接4根列线。原理图如图2-52-5键盘部分原理图2.6液晶显示器本设计采用的是LED液晶显示器，接口电路如图2-6所示：2-6显示器和单片机的连接图-6-2.7继电器和蜂鸣器部分由于继电器和蜂鸣器的工作电压大于单片机AT89S51高电平输出的电压，所以继电器与蜂鸣器由电源电压+5VQ驱动，单片机中的P1.1与P1.2分别输出一个高电平脉冲送至晶体三极管Q1、Q2的基极，使三级管导通。从而驱动继电器及蜂鸣器工作。继电器工作开关K12导通，进而发光二极管发亮。2-7继电器部分电路原理图2.8小结本章详细叙述了电子密码锁系统硬件电路的结构，分析了各个硬件电路的工作原理。在设计硬件电路的同时，充分考虑将软件和硬件结合起来，发挥单片机的智能化优势。简化硬件电路的设计，提高硬件电路的可靠性和稳定性。-7-第三章软件设计和程序清单软件是整个控制系统设计的核心，它具有充分的灵活性，可以根据系统的要求而变化。在硬件结构一定的情况下，只要改变软件就能实现一些不同的功能。单片机所具有的智能功能要由软件来完成。3.1系统软件总体设计系统上电后首先完成初始化工作，然后按照事先设定好的程序执行。本系己程序是基于单任务机制的。这种机制的应用程序是一个无限的循环，在这循环的过程中调用相应的子程序函数来完成相应的操作