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第一節(jié) 引言1.1 簡述電子密碼鎖隨著社會物質財富的日益增長和人們生活水平的提高，安全成為居民最為重視的問題。而鎖自古以來就是把守門的鐵將軍，人們對它的要求十分高，既要求可靠的防盜，又要求簡單方便，這也是制鎖者長久以來亙古不變研究的主題。傳統(tǒng)的門鎖需要涉及大量的鑰匙，又要擔心鑰匙丟失后的麻煩。另外，如：賓館、辦公大樓、倉庫、保險柜等，由于裝修施工等人住時也要把原有的鎖膽更換，況且鑰匙隨身攜帶也諸多便。隨著單片機的問世，出現(xiàn)了帶微處理器的密碼鎖，它除具有電子密碼鎖的功能外，還引入了智能化、科技化等功能。從而使密碼鎖具有很高的安全性、可靠性。目前西方發(fā)達國家已經大量應用智能門禁系統(tǒng)，可以通過多種的更加安全更加方便可靠的方法來實現(xiàn)大門的管理。但電子密碼鎖在我國的應用還不廣泛，成本還很高，希望通過不斷地努力使電子密碼鎖能夠在我國及居民日常生活中得到廣泛應用，這也是一個國家生活水平的體現(xiàn)。 很多行業(yè)的許多地方都要用到密碼鎖，隨著人們生活水平的提高，如何實現(xiàn)家庭或公司的防盜這一問題也變的尤其突出，傳統(tǒng)的機械鎖由于其構造簡單，被撬的事件屢見不鮮，再者，普通密碼鎖的密碼容易被多次試探而破譯，所以，考慮到單片機的優(yōu)越性，一種基于單片機的電子密碼鎖應運而生。電子密碼鎖由于其保密性高，使用靈活性好，安全系數(shù)高，受到了廣大用戶的親睞。 設計本課題時構思的方案，：采用以AT89C2051為核心的單片機控制方案；能防止多次試探而不被破譯，從而有效地克服了現(xiàn)實生活中存在的許多缺點。1.2 本設計主要任務以下是初步設定的電子密碼鎖的功能：（1）共8位密碼，每位的取值范圍為18。（2）用戶可以自行設定和修改密碼。（3）按每個密碼鍵時都有聲、光提示。（4）若鍵入的8位開鎖密碼不完全正確，則報警5秒鐘，以提醒他人注意。（5）開鎖密碼錯3次要報警10分鐘，報警期間輸入密碼無效，以防竊賊多 次試探密碼。（6）鍵入的8位開鎖密碼完全正確才能開鎖，開鎖時要有1秒的提示音。（7）密碼鍵盤上只允許有8個密碼按鍵和1個發(fā)光管因此，鎖內有備用電池， 只有內 部上電復位時才能修改或設置密碼。因此，僅在門外按鍵是不能 修改或設置密碼的。（8）密碼設定完畢后要有2秒的提示音。1.3 系統(tǒng)主要功能本系統(tǒng)主要由單片機系統(tǒng)、鍵盤、報警系統(tǒng)組成。系統(tǒng)能完成開鎖、超時報警、超次鎖定、管理員解密、修改用戶密碼基本的密碼鎖的功能。除上述基本的密碼鎖功能外，還具有調電存儲、聲光提示等功能，依據(jù)實際的情況還可以添加遙控功能。本系統(tǒng)成本低廉，功能實用。第二節(jié) 系統(tǒng)主要硬件電路設計2.1 系統(tǒng)的硬件構成及功能根據(jù)總體的要求，我們所設計的密碼鎖電路需要的I/O口線要少于15個，所以應該選擇價廉物美的AT89C2051,而且還不需要外接程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器及其它拓展部件。 電子密碼鎖是有電路部分和機械部分組成的，此次設計的電子密碼鎖可以完成密碼的修改、設定及非法入侵報警、驅動外圍電路等功能。進行修改密碼操作的實質就是輸入的新密碼代替原來的舊密碼。密碼的存儲用存儲一位地址加1，密碼位數(shù)減1進行操作，當八個地址均存入一位密碼，既密碼位數(shù)減為0時，密碼輸入完畢，此時按下確認鍵，新密碼產生，跳出子程序。為防止非管理員任意的進行密碼修改，必須輸入正確密碼后，按修改密碼鍵，才能重新設置密碼。密碼輸入值的比較主要有兩部分，密碼位數(shù)與內容任何一個條件不滿足，都將會產生出錯信息。當連續(xù)三次輸入密碼出錯時，就會出現(xiàn)報警信息，LED顯示出錯信息，蜂鳴器鳴叫，提醒人注意。 從硬件上來看，它由四個部分都成，分別是： （1）、LED顯示器，顯示亮度均勻，顯示管各段不隨顯示數(shù)據(jù)的變化而變化， 價格低廉，它用于顯示鍵盤輸入的相應信息 （2）、無須再加外部EPROM存儲器，且外圍擴展器件較少的AT89C2051單 片機是整個電路的核心部分 （3）、振蕩電路為CPU產生賴以工作的時序 （4）、顯示燈是通過CPU輸出的一個高電平，通過三極管放大，驅動繼電器 吸合，使外加電壓與發(fā)光二極管導通，從而使發(fā)光二極管發(fā)光，電機 工作 在電路中，P1口連接8個密碼按鍵AN1AN8，開鎖脈沖由P3.5輸出，報警和提示音由P3.7輸出。BL是用于報警與聲音提示的喇叭，發(fā)光管D1用于報警和提示，L是電磁鎖的電磁線圈。圖1 電子密碼鎖硬件電路圖2.2 AT89C2051單片機及其引腳說明AT89C2051單片機是51系列單片機的一個成員，是8051單片機的簡化版與Intel MCS-51系列單片機的指令和輸出管腳相兼容。由于將多功能八位CPU和閃速存儲器結合在單個芯片中，因此，AT89C2051構成的單片機系統(tǒng)是具有結構最簡單、造價最低廉、效率最高的微控制系統(tǒng)，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，減少了硬件開銷，節(jié)省了成本，提高了系統(tǒng)的性價比。內部自帶2K字節(jié)可編程FLASH存儲器的低電壓、高性能COMS八位微處理器。 AT89C2051是一個有20個引腳的芯片，引腳配置如圖2所示。與8051相比，AT89C2051減少了兩個對外端口（即P0、P2口），使它最大可能地減少了對外引腳下，因而芯片尺寸有所減小。圖2 AT89C2051引腳配置AT89C2051芯片的20個引腳功能為：VCC 電源電壓GND 接地RST 復位輸入，當RST變?yōu)楦唠娖讲⒈３?個機器周期時，所有I/O 引腳復位至1XTAL1 反向震蕩放大器的輸入及內部始終工作電路的輸入XTAL2 來自反向震蕩放大器的輸出P1口 8位雙向I/O口。引腳P1.2P1.7提供內部上拉，當作為輸入并 被外部下拉為低電平時，它們將輸出電流，這是因內部上拉的緣 故。P1.0和P1.1需要外部上拉，可用作片內精確模擬比較器的正 向輸入（AIN0）和反向輸入（AIN1），P1口輸出緩沖器能接收 20mA電流，并能直接驅動LED顯示器；P1口引腳寫入“1” 后， 可用作輸入。在閃速編程與編程校驗期間，P1口也可接收編碼數(shù) 據(jù)P3口 引腳P3.0P3.5與P3.7為7個帶內部上拉的雙向I/0引腳。P3.6 在內部已與片內比較器輸出相連，不能作為通用I/O引腳訪問。 P3口的輸出緩沖器能接收20mA的灌電流；P3口寫入“1”后， 內部上拉，可用輸入。P3口也可用作特 殊功能口，功P3口同時 也可為閃速存儲器編程和編程校驗接收控制信號。表1 P3口特殊功能第三節(jié) 系統(tǒng)軟件設計3.1 軟件設計思想軟件任務分析環(huán)節(jié)是為軟件設計做一個總體規(guī)劃。從從軟件的功能來看可以分為兩大類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實質性的功能（如計算、顯示、輸出控制和通信等）；另一類是監(jiān)控軟件，它是專門用來協(xié)調各執(zhí)行模塊和操作者的關系，在系統(tǒng)軟件中充當組織調度角色的軟件。這兩類軟件的設計方法各有特色；執(zhí)行軟件的設計偏重算法效率，與硬件關系密切，千變萬化；監(jiān)控軟件著眼全局，主要處理人機關系，特點是邏輯嚴密、千頭萬緒。 本設計要完成的軟件任務主要有：一是鍵盤輸入的識別；二是8位LED的顯示；三是密碼的比較、修改、存儲；四是報警和開鎖控制電平的輸出。 根據(jù)以上任務，結合硬件結構，可以將鍵盤輸入的識別用來作為系統(tǒng)的監(jiān)控程序（主程序），用顯示程序來延時，不斷查詢鍵盤。如果有鍵按下，就得到相應的鍵值。結合當前系統(tǒng)所處的狀態(tài)，調用不同的操作模塊，實現(xiàn)相應的功能。而執(zhí)行模塊主要有數(shù)字輸入模塊、確定鍵模塊、修改鍵模塊、顯示模塊及報警模塊。3.2 存儲單元的分配 該電子密碼鎖中RAM存儲單元的分配方案如下： 31H38H 依次存放8位設定的密碼，首位密碼存放在31H單元中 R0 指向密碼地址 R2 已經鍵入密碼的位數(shù) R3 存放允許的錯誤次數(shù)3與實際錯誤次數(shù)的差值 R4R7 延時使用 00H 錯誤標志位對于ROM存儲單元的分配,由于程序比較短,而且占用的存儲空間比較少,因此,在無特殊要求時，可以從0030H單元（其它地址也可以）開始存放主程序。3.3 系統(tǒng)源程序 ORG 0000HAJMP START ORG 0030HSTART:ACALL BP MOV:R0,#31HMOV:R2,#8SET:MOV:P1，#0FFHMOV:A,P1 CJNE:A,#0FFH,L8AJMP SET L8: ACALL DELAYCJNE A,#0FFH,SAVEAJMP SET SAVE:ACALL BPMOV R0,A INC R0 DJNZ R2,SET MOV R5,#16 D2S:ACALL BPDJNZ R5,D2SMOV R0,#31HMOV R3,#3 AA1:MOV R2,#8AA2:MOV P1,#0FFH MOV A,P1CJNE A,#0FFH,L9AJMP AA2L9:ACALL DELAYCJNE A,#0FFH,AA3 AJMP AA2AA3 ACALL BPCLR CSUBB A,R0INC R0 CJNE A,#00H,AA4 AJMP AA5 AA4:SETB 00H AA5:DJNZ R2,AA2JB 00H,AA6CLR P3.5L3:MOV R5,#8 ACALL BP DJNZ R4,L3 MOV R3,#3SETB P3.5 AJMP AA1 AA6:DJNZ R3,AA7 MOV R5,#24 L5:MOV R4,#200L4:ACALL BP DJNZ R4,L4 DJNZ R5,L5 MOV R3,#3AA7:MOV R5,#40 ACALL BP DJNZ R5,AA7 AA8:CLR 00H AJMP AA1 BP:CLR P3.7 MOV R7,#250 L2:MOV R6,#124 L1:DJNZ R6,L1 CPL P3.7 DJNZ R7,L2SETB RET DELAY MOV R7,#20 L7:MOV R6,#125 L6:DJNZ R6,L6DJNZ R7,L7RETEND3.4 系統(tǒng)應用說明 若按鍵AN1AN7分別代表數(shù)碼17，按鍵AN0代表數(shù)碼8。在沒有鍵按下時，P1.0P1.7全是高電平1，若某個鍵被按下，相應的口線就變?yōu)榈碗娖?。假如設定的密碼是61234578，當按鍵AN6被按下時，P1.6變?yōu)榈碗娖剑琍1端口其余口線為高電平，此時從P1端口讀入的數(shù)值為10111111，存到31H單元的密碼值就是10111111，也就是BFH。依此類推，存到32H至38H單元的密碼值分別是FDH、FBH、F7H、EFH、DFH、7FH、FEH。開鎖時必須先按AN6，使從P1口讀入的第一個密碼值與31H單元存儲的設定值相同，再順序按AN1、AN2、AN3、AN4、AN5、AN7、AN0才能開鎖。否則不能開鎖，同時開始報警。3.5 小結 該電子密碼鎖能充分利用了51系統(tǒng)單片機軟、硬件資源，引入了智能化分析功能，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性，另外，電子密碼鎖若與串行通信結合在一起將會成為賓館、工廠、學校等需要進行統(tǒng)一管理的建筑群不可缺的商品。 機電一體化的電子密碼鎖，其功能大大超過彈子鎖，且性能更穩(wěn)定、更安全。其特點，首先保密性好，其次編碼可變；其三誤碼輸入保護；其四停電不掉碼；其五多種密碼開鎖方式，使用方便，沒有單人開鎖、二三人多種開鎖方式。由于自身的優(yōu)勢，電子密碼鎖會受到越來越多人們的歡迎，使用會越來越廣泛，同時，也將會被社會所接受認可，并與彈子鎖平分秋色。第四節(jié) 結束語 選擇這個課題的時候，完全是由于興趣，因為覺得這個課題比較的有意思，比較貼近生活。參考了一些范文和參考書后，作出了這篇設計報告。在期間，感覺自己的視野和對于單片機的應用都有了新的認識和拓展。 以上所設計的電子密碼鎖電路，參考和結合了很多有關電子密碼鎖問題的論文，它經過多次修改和整理，已是一個比較不錯的設計，可以滿足人們的基本要求，防盜系數(shù)高，安全性能好。但因為水平有限，此電路中也存在一定的問題。由于他人不知道密碼的位數(shù)，而且還要求在規(guī)定的時間內按一定的順序開鎖，所以他人開鎖的機率很小；電路中未加顯示電路，可以通過8只LED數(shù)碼管顯示，即從鍵盤輸入什么，LED數(shù)碼管就顯示什么，但考慮到密碼輸入的保密性，這一環(huán)節(jié)可以省去，或者在輸入密碼時，LED可以顯示其它的數(shù)值，讓其密碼不顯示。電路中還有一個不好的地方就是鍵盤的分布，我們可以采用行列式或