摘 要

从古至今，锁一直保护着人们财产安全,不受到坏人的侵犯。而时代的进步使得电子密码锁逐渐进入人们的生活。它利用C51系列芯片作为它的主控制芯片，AT24C系列作为数据存储单元，再外加按键电路、液晶显示器电路、报警器等制作成的一款简易电子密码锁实物。再通过KEIL软件编写相应的程序代码完成密码锁所需要的功能。在设计时，首先需要在仿真软件PROTEUS软件上设计出电子密码锁的电路图，注意是否有错误；再在KEIL软件上编写出以设计出的电子密码锁电路为基础的密码锁代码；将二者结合进行仿真，根据仿真结果判断是否满足修密码锁所需要的开锁、报警的功能，如果没有满足功能，就需要修改电路、代码直到实现功能。仿真实现后需要制作电子密码锁的实物，实物完成之后下载代码，调试密码锁实物直到满足密码锁的功能。

经过实践证明，基于单片机制作出的电子密码锁完全符合密码锁所需要的功能，其成本低、操作简单，在保护家庭财产安全、办公室中商业机密等都是很好的选择。

关键词：密码 锁；单 片 机；开 锁；报 警

Abstract

From ancient times until now, locks have been an important barrier to protect people's property safety from infringement, and the progress of the times makes electronic combination locks gradually enter people's lives. It uses C51 series chip as its main control chip, AT24C series as data storage unit, plus key circuit, liquid crystal display circuit, alarm, etc. to make a simple electronic coded lock. Then the KEIL software is used to write corresponding program codes to complete the functions required by the combination lock. During the design, the circuit diagram of the electronic password lock should be designed on the simulation software PROTEUS, and attention should be paid to whether there is any error. Then the coded lock code based on the designed electronic coded lock circuit is written on KEIL software. The combination of the two is simulated, and whether the unlocking and alarming functions required for repairing the coded lock are satisfied is judged according to the simulation result. If the circuit and code are not modified until the functions are realized. After the simulation is realized, the physical object of the electronic password lock needs to be manufactured, and after the physical object is completed, the code is downloaded, and the physical object of the password lock is debugged until the function of the password lock is satisfied.

Practice has proved that the electronic combination lock based on single chip microcomputer fully meets the functions required by the combination lock, with low cost and simple operation. It is a good choice in protecting the safety of family property and business secrets in the office.

Key words: single chip micro computer ；combination lock ；unlock；alarm

目录

1绪论 1

1.1电子密码锁 1

1.2课题背景及意义 1

2设计分析 4

2.1设计分析 4

2.2系统结构 4

3电路图设计 6

3.1单片机最小系统 6

3.1.1 AT89C51 6

3.1.2晶振电路 7

3.1.3复位电路 7

3.2按键电路 8

3.2.1按键电路工作原理 9

3.3显示模块 10

3.3.1 LCD1602 10

3.3.2显示电路 12

3.4掉电保护部分 13

3.4.1 总线 13

3.4.2 AT24C02 15

3.5报警和开锁部分 15

4代码设计 17

4.1主程序流程图 17

4.2按键部分 18

4.3显示部分 20

4.4报警部分 20

5仿真及实物制作 22

5.1电子密码锁的仿真 22

5.2实物制作 23

6总结与展望 26

参考文件 27

附录A电子密码锁电路原理图 28

附录B 程序源代码 29

致谢 56

1绪论

1.1电子密码锁

在科技进步、电子产品日渐丰富的的今天，密码锁也逐渐进入大家的生活。电子密码锁是通过搭建电路、通过密码输入的方式，控制锁头的开合，进而完成解锁、闭锁动作的电子设备。它不再依赖于用钥匙打开锁，而是通过设置密码，检测输入密码的正确性，决定密码锁锁芯的开合。由于电子密码锁是通过芯片控制的一体化的电锁具，它相对于从古到今用的机械锁装置来说，电子密码锁没有钥匙，用户不用再担忧钥匙会遗失、被他人捡走带来的风险，锁的安全性、保密性都有很大的提高。

电子密码锁的种类繁多，有直接用电子元器件制成的简单电路产品，也有利用芯片制成的智能锁具。现在在市面上用的比较多的电子密码锁都是用芯片作为控制中心，外加密码锁所需的电路，通过程序来控制开锁、上锁功能的。由于利用了电子芯片，电子密码锁的性能和可靠性相较于传统锁来说都有了很大的提升。电子锁的主要特点有：

1．编码量较多,可靠性高,基本防止了随机开锁的可能性，安全性远远超过传统锁。

2．支持密码更换。为了保证密码不被窃取，用户随时更换密码，同时也可以防止由于更换工作人员导致锁的密码被泄露的可能性。

3．保护正确密码。当输入不正确的密码达到一定次数时，会自动触发报警系统。

4. 电子密码锁容易操作，老人孩子都容易上手。

1.2课题背景及意义

从古至今，人们一直都很关注个人财产安全的问题。从古代开始，锁就是把看门守户的第一要将。到现在为止，到了晚上，或者是家中没有人的时候，很多家庭还会用如图1.1所示的金属的锁来锁门。

图1.1 金属锁

随着时间的推移，社会财富日益增长，防盗安全显得愈发重要。在科技飞速发展的同时，人们对于锁的要求也越来越高：既要求它安全可靠能防盗，又要求使用方便易操作。这也是制锁人长期以来不断坚持改进锁的重要原因。虽然在二十一世纪的今天，人们的道德素质也随着经济的增长越来越高，相较于落后的旧社会来说，“梁上君子”、“三只手”等也越来越少，但是“XX社区遭偷盗”、“某某商铺被盗”的新闻还是层出不穷。同时人们对于自身财产安全的问题也看的越来越重要，一把能够隔绝威胁、有效保证财产安全的锁具就显得至关重要。就目前来说，大多数家庭、个人使用的还是传统的机械锁，这种锁使用简单、价格便宜。然而机械锁的安全性不高，简简单单的就能被撬开；而且现在互开率非常的高的假锁也随处可见，（互开率为1把钥匙能够打开锁头数量的比率）。在相关部门对锁具市场的调查中发现，有个别锁具产品的竟然能开了20多把锁，这对人们日常生活造成了很大的威胁。而导致锁的互开率如此之高的原因主要是开锁时对于钥匙锁孔的磨损；即使是一把完美的、质量非常好的机械锁，在开锁的过程中也会由于各式各样的原因对锁造成或多或少的磨损。

在信息化的今天，锁具也向着高精度、高安全的智能化方向发展。自从二十世纪七十年代第一块单片机芯片在美国问世以来，以单片机为核心的电子产品五花八门，用单片机作为主控芯片的电子密码锁也随之而来，如图1.2所示家用密码锁。

图1.2 家用密码锁

电子密码锁的出现在一定程度上解提高了财产的安全性。但时代总是不断发展的，只有不断更新才能不会被日新月异的世界所淘汰。电子密码锁虽然在安全性上有着很大的改善，但价格上远不如传统的机械锁有优势；而且科技的进步是双面的，有人用科技造福人类的同时也有人在做一些损害利益的事。这就需要我们不断研究、改善电子密码锁的设计方法和工作原理，能保障人们的财产安全不受侵犯。所以，基于单片机的密码锁研究是很有必要的。

2设计分析

2.1设计分析

一个完整、能够工作的电子密码锁应该具有：

1用于输入密码的键盘

2能够显示内容的显示器

3可以撤销输入的密码

4能否判断输入的密码是否正确（正确开锁）

5多次输入错误的密码能够报警

6输入密码计时，超时，电路锁定

7可以修改密码

8单片机掉电或复位后能保存之前的密码

增加能有：

1管理员功能，相当于物业，在忘记密码的时候强制将密码初始化

2显示器亮度可以根据环境改变

根据以上条件分析，本次设计可以分成两个部分，分别是电路部分和代码部分，其中两个部分又都可以分为按键、显示、掉电保护和报警模块。实现本次设计的步骤有：

第一步：选择器件

第二步：根据要求和单片机知识在PROTEUS上画出电路图、并检查是否能将所有功能实现

第三步：根据要实现的功能制作流程图

第四步：根据流程图和电路图，利用KEIL编写代码

第五步：将PROTEUS的电路图和KEIL的代码联合仿真、调试，检查是否满足功能。

第六步：根据电路图画出相应的PCB图，制作PCB板，焊接电路

第七步：实物调试

在实际的情况中，用继电器模拟开锁的情况，报警采用蜂鸣器实现。

2.2系统结构

本次设计主要涉及到单片机芯片、矩阵按键、LCD显示模块、掉电保护模块和蜂鸣器报警模块组成，如图2.1所示。

图2.1总体系统结构图

其中单片机作为主控芯片控制着整个密码锁的工作，同时也离不开其他部分的支持。密码锁最基础的功能是要能够输入密码，矩阵按键部分就是为密码所提供这个功能的。其次要能够显示输入的内容就需要LCD显示器的配合。单片机正常工作还需要有晶振频率的输入、复位的支持，这就需要时钟电路和复位电路。同时由于单片机掉电会初始化的原因，给密码锁增加了一个掉电保护的模块。利用单片机制成的密码锁还需要有开锁的部分。为了安全考虑还需要增加报警的部分。在设计中，电路的大脑——主控芯片，我们选择的型号为A T8 9C 5 1单片机；电路的眼睛——显示模块选择的是L CD1 6 02液 晶显 示器；为了防止关电之后密码无法保存，选择存储器AT24C02作为电路的掉电保护的部分^[1]；用蜂鸣器作报警部分，用继电器模拟密码锁开锁。

3电路图设计

3.1单片机最小系统

单片机要正常工作就需要外接电路，外接电路会用到很多电子元器件。而在用到元件最少的情况下，搭建成的单片机系统能正常运行，那我们就把这部分叫作最小系统^[2]。考虑到51系列的单片机在制作的时候，数据和程序存储器已经包含在内了。对于51单片机而言，搭建它的最小系统并不难，就只需要有一块单片机，搭建外围的复位电路和晶振电路。

3.1.1 AT89C51

单片机就像一个大脑一样储存程序执行命令。学生学习单片机知识一般会从51系列的单片机入手；A T8 9C5 1就是一款学生在初学单片机时会用到的芯片。作为在低电压的情况下还能好好工作的单片机，A T8 9C5 1它的内部还携带了一个4 K字节的存储器，这个存储器能够反复擦除1000余次^[3]。制造这个芯片的公司是ATM EL公司，它在制造这款单片机时，使用了一种高密度非易失存储器技术，这使得这块芯片能够和按照工业标准制成的元件引脚相兼容。A T8 9C51作为一款实用的微控制器，它把 闪速存储器和 CPU集成在一块芯片当中。在生活中，灵活好操作且价格便宜的A T8 9C51 单片机是学生在初学嵌入式系统时很好的选择。A T8 9C51的外观和其引脚排列如图3.1所示。

图3.1 AT89C51外形及引脚图