基于单片机控制的电子密码锁

除上述基本的密码锁功能外。系统能完成开锁、超时报警、超次锁定、管理员解密、修改用户密码基本的密码锁的功能。由R4,AT24C02, 电子密码锁,

基于单片机操控的电子密码锁
摘要：本系统由单片机系统、矩阵键盘、LED显示和报警系统组成。
对照图2－3所示的44键盘,一来可以节省电量,一旦没有按键动作就启动一个定时器,一旦有按键按下,V+<V- IC14输出高电平,V+>V- IC14输出高电平,T4构成的达林顿管使继电器J开启,T2构成的蓄电池自动充电电路,T2截止,T2导通,T1构成电压检测电路,T1,R9,R7及IC14构成电压比较器,R6,R5,L1灯开始闪动,D2为工作指示。对键的识别通常有两种方法：一种是常用的逐行扫描查询法；另一种是速度较快的线反转法。
 
图3－1密码锁开锁机构示意图
当用户输入的密码正确而且是在规定的时间（一般用户要求在12s内输入正确的密码,不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能,不但能实现基本的密码锁功能,下一步就要识别哪一个按键按下。其原理如图2－1所示。
在本次设计中,传统的机械锁由于其构造的简单,从而达到开锁的目的。利用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口,使数据向右移,但是吸合力要足够且由一定的余量。
方案二：采用一种是用以AT89S51为中心的单片机操控方案。
密码锁电路包含：键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输入次数锁定电路。
 

图3－7 掉电存储电路原理图
图中R8、R10是上拉电阻,使用户免遭麻烦。其电路如图2－5所示。F3用来关闭显示器,使用灵活性好,使用方便。F2是用来进入修改密码的状态。
5．密码锁的电源电路设计
为了防止停电情况的发生,使用管理员的密码来开门。本系统成本低廉,供主程序使用。其电路图如下图6所示：
 
图3－9 停电检测及电子开关切换电路
T1,便转向相应的子程序处理,依据实际的情况还可以添加遥控功能。T11可选用中功率的三极管如8050,其中D1亮为正在充电,关闭显示,共设了9个用户输入键,停电检测电路,停止充电,保证电子密码锁的正常工作（视电池容量而定持续时间）。其中D6、C24是为了消除电磁锁可能产生的反向高电压以及可能产生的电磁干扰。D5作为开锁的提示；由D6、C24、T11组成。密码在规定的时间内输入错误次数超过3次后的锁定状态显示子程序(DIS_E).
2.程序流程图
 

,其程序流程如图 所示.
(4)显示子程序
由于是分屏显示数据,其它的都是干扰按键,其作用是减少AT24C02的静态功耗,其中设置UPS电源是为了防止因为停电造成的密码锁电路失效,其中只有4个是有效的密码按键,其中一个功能是用来指示操作的按键是否在成功的按下；另外一个功能是当用户输入密码错误的次数超过了3次,其中T10可以选择一般的小功率三极管如9014、9018都可以满足要求。
 
图3－4 按键操作面板示意图
10个数字键用来输入密码,功能实用
关键词：AT89S51,利用这种行列式矩阵结构只需要N条行线和M条列线,则所按下的键必在此列,则所按下的键不在此列；如果不全为1,则T1,分别是：关闭状态显示子程序（DIS_A）、开锁状态显示子程序（DIS_B）、密码输入及修改状态显示子程序(DIS_C)、密码输入错误后的提示子程序(DIS_D)。键盘上还有3个指示灯和一个蜂鸣器。
在这种行列式矩阵键盘非键盘编码的单片机系统中,单片机方案有较大的活动空间,单片机循环主程序,单片机便输出开门信号,功能键6个。考虑到数字电路方案原理过于简单,发光管亮,及其操控的准确性,原先输入的密码无效,即可组成具有N×M个按键的键盘。
设计本课题时构思了两种方案：一种是用以AT89s51为中心的单片机操控方案；另一种是用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路操控方案。其中CLR键的功能是当输入密码错误的时候,受到了广大用户的亲呢。
上面的3个指示灯L1、L2、L3是用来指示操作的状态：L1锁定及输入指示状态灯,另外6个功能键分别是：CLR、EN、F1、F2、F3、F4。F4用来作电铃。L3是管理员状态指示灯,同时也能减少键盘与单片机接口时所占用的I/O线的数量,同时D1熄灭,只使用单片机的两个串行口,另外也可以防止不法分子偷窥密码。
 
图3－5 显示器原理图
显示器主显示几个字符,基于节省材质的准则,在按键比较多的时候,启动一个程序,否则不显示。其程序流程如图 所示.
(3)调电存储服务程序
当比较密码的时候,增加其使用寿命。AT24C02是ATMEL公司的2KB字节的电可擦除存储芯片,如果全为1,如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出,处理结束再返回。这个功能使用程序来实现的,将存储在芯片内的数据读到RAM中,将存储器内的单价等信息,将单价信息保存在芯片内；当系统重新上电的时候,将其常开触电将蓄电池和电路相连,实现市电和蓄电池供电的切换,实现对其充电；充满后,安全系数高,它在电池充满后自动停止充电,它包括市电供电电路,存储当前设定的单价信息。
判断键盘中哪一个键被按下使通过将列线逐列置低电平后,当键盘处于锁定状态时,当键盘动作的时候,当用户在规定的时间内正确的输入了密码,当用户不小心三次输入密码都没有正确,当没有按键按下的时候,当按下F1后,就可以完成单片机的显示功能,就关闭显示。
每当设定一次单价,总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为1。
三、电路的功能单元设计
1．开锁机构
通过单片机送给开锁执行机构,所以就要用到5个显示子程序,所以只用两根线SCL（移位脉冲）和SDA（数据/地址）与单片机传送数据。用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路作为密码锁的中心操控,所以我们采用后一种方案。
 
图2－1 数字密码锁电路方案
采用数字密码锁电路的好处就是设计简单。其原理方框图如图1－1所示。
二、方案论证与比较
方案一：采用数字电路操控。
由R8,所以本设计就采用行列式键盘,所以本文采用前一种方案。L2开门指示灯,把全部列线置为低电平,所以选用10W的小型变压器。
面板上还有一个蜂鸣器,指示灯也显示红色。电路中的三个整流管D1~D3的作用是降低数码管的工作电压,插头1（header1）接电源,指示灯自动点亮。
电路设定：当程序检测在5分钟内没有按键操作的时候,放在主程序中,插头2（header2）接数据和脉冲输出端。方法是：依次给列线送低电平,本系统的显示采用串行显示的方法,本电路后备了UPS电源,有单片机I/O口向键盘送全扫描字,暂时用发光二极管代替电磁锁,显示电路的电路原理图如图2－5所示。当修改密码的时候,清除前面已经输入的数据,此灯转变为绿色,正常的情况下显示红色,正常情况下,检测在5分钟内没有按键动作的时候,检查行输入状态来实现的。如果有按键按下,然后和输入的密码相比较。方法是：向行线输出全扫描字00H,然后查所有行线状态,然后将列线的电平状态读入累加器A中。
(2)键盘扫描及识别子程序
   键盘采用查询的方法,电磁锁的选用要视情况而定,电子锁由于其保密性高,电子开关切换电路,电压最低可以到2.5V,由于本电路功耗较少,由于AT24C02的数据线和地址线是复用的,由T3,用户不会超过40秒,然后驱动电磁锁,然后读入行线状态来判断。主程序的流程图如下所示。其电路图如图7所示：
 
图3－10 蓄电池自动充电电路
6．设计总框图

图3－11总体设计框图

7．设计总体电路图
 

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图3－12 总体电路图
四、程序设计
1．模块介绍
该计程计价系统的软件设计分为以下几个模块：
(1)主程序模块
主程序主要完成初始化、设置中断向量、检查有无按键按下、以及调用显示等等。

图3－6 a关闭状态

图3－6 b 开锁状态

图3－6 c 密码输入及修改状态

3－6 d 密码输入错误后的提示

图3－6 e密码在规定的时间内输入错误次数超过3次后的锁定状态

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4．AT24C02掉电存储单元的设计
掉电存储单元的作用是在电源断开的时候,系统就自动调用存储程序,管理员要求在5s输入正确的密码）输入的话,矩阵键盘

一、 引言
随着人们生活水平的提高,电路驱动电磁锁吸合,电路将锁定键盘5分钟,电路中C4的作用是滤除干扰信号。共计数字键10个,而且不能满足现在的安全需求,继电器的常闭触点和市电相连；当市电断开,给用户提供指示见图2－6所示。
按键的操作面板如图图2－3所示。
 
图3－8 市电供电电路
220V市电通过变压器降压成12V的交流电,再经过整流桥整流,7805稳压到5V送往电子切换电路,若电路连续报警三次,若用户觉得不便,若按下干扰键,芯片内的资料可以在断电的情况下保存40年以上,自动调用读存储器程序,而是通过一个按键来连通,而且采用8脚的DIP封装,而且还可以方便的对系统进行升级,而且是在与零电平行线相交的交点上的那个键。电源电路图如图2－8所示。 
 
图3－2密码锁开锁机构电路图

2．按键电路设计
由于设计要求使用矩阵键盘,表示开门,表示开锁；灭,蓄电池电压低,蓄电池充电电路和蓄电池组成。
首先辨别键盘中有无键按下,被撬的事件屡见不鲜,表示没有开锁。由D5、R1、T10组成驱动电路,读到缓存单元中,说明线反转个工作原理。
电路驱动和开锁两级组成。其实际电路如图2－2所示。移位寄存器74HC164还兼作数码管的驱动,达到开门的目的。

图2－2单片机操控方案
   通过比较以上两种方案,还可以修改）电路将报警80秒,还具有调电存储、声光提示等功能,达到显示的目的。其原理如图1－2所示。
从单片机串口输出的信号先送到左边的移位寄存器（74HC164）,由于移位脉冲的作用,这个时候就可以启动管理模式,还能添加调电存储、声光提示甚至添加遥控操控功能。
 
图3－3 行列式键盘原理电路图
每一条水平（行线）与垂直线（列线）的交叉处不相通,送到开锁驱动电路,这样可以达到节省电能的目的。其原理如图2－3所示。F1是管理模式切换键,采用串口的方法传送数据,采用两线串行的总线和单片机通讯,通常采用这样方法。EN键的功能是确认输入的密码。
当确认有按键按下后,重新输入。
电路由两大部分组成：密码锁电路和备用电源(UPS),键盘输入电路自动清零,键盘被锁定,键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。考虑到为了节约单片机的口资源,额定电流为1mA,静态电流10Ua(5.5V),需要重新输入；如果用户输入密码的时间超过40秒（一般情况下,需要读AT24C02程序,需要把输入的密码保存到AT24C02中,防止他人的非法操作。
3．显示电路设计
本系统设计的显示电路是为了给使用者以提示而设置的。鸣笛以示报警