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密码锁毕业论文
安徽大学经济技术学院
毕业论文(设计)
安徽农业大学经济技术学院学士学位论文(设计)开题报告
课题名称
基于单片机的密码锁设计
课题来源
导师指定
学生姓名
专业
电子信息工程
学号
09531013
指导教师姓名
职称
副教授
研究内容
本系统由STC89C52单片机系统(主要是STC89C52单片机最小系统)、4×4矩阵键盘、LCD1602显示和报警系统等组成,具有设置、修改六位用户密码、超次报警、超次锁定、密码错误报警等功能(本设计由P0口控制LCD显示,密码正确显示OPEN!
密码错误显示error!
超过三次输入错误自动锁定。
由P1口控制矩阵键盘含有0-9数字键和A-F功能键。
)。
除上述基本的密码锁功能外,依据实际的情况还可以添加遥控功能。
研究计划
3月中3月底调研、查资料。
4月初4月中确定系统架构、分析并划分各功能模块的接口。
4月底5月中各功能模块软、硬件的设计与开发。
5月下5月底各功能模块及整个系统的调试与运行。
撰写毕业设计论文。
特色与创新
1.按键设置6位密码,输入密码若密码正确,则锁打开。
显示open!
2.密码可以自己修改(6位密码),必须是锁打开时才能改密。
为防止误操作,修改密码得输入两次。
3.若密码输入错误次数超过3次,蜂鸣器报警并且锁定键盘。
4.液晶屏亮度会随光线自动调整。
计较方便,易懂
指导教师意见
同意开题。
教研室意见
同意开题。
学院意见
同意开题。
3.1硬件支持.........................................................................................................................................................4
3.1.1STC89C52RC单片机介绍....................................................................................................................4
3.1.2液晶显示LCD1602的介绍.................................................................................................................5
3.1.3自锁开关说明.....................................................................................................................................5
3.1.4上拉电阻介绍.....................................................................................................................................5
3.1.5三极管介绍.........................................................................................................................................6
3.1.6继电器介绍.........................................................................................................................................8
3.1.7供电方式............................................................................................................................................9
3.1.8轻触按键..............................................................................................................................................9
3.2功能单元模块设计......................................................................................................................................10
3.2.1开锁机构..........................................................................................................................................10
3.2.2矩阵键盘设计电路...........................................................................................................................11
3.2.3声音提示电路设计...........................................................................................................................11
3.2.4AT24C02掉电存储单元的设计........................................................................................................12
4.1模块介绍....................................................................................................................................................13
4.1.1主程序模块........................................................................................................................................14
4.1.2密码比较判断模块.............................................................................................................................15
4.1.3键盘扫描模块.....................................................................................................................................15
4.1.4修改密码模块.....................................................................................................................................16
4.2电子密码锁原理图.....................................................................................................................................18
4.2.1总店路图..............................................................................................................................................18
4.2.2控制电路..............................................................................................................................................18
4.2.3实物图.................................................................................................................................................19
第六章设计总结.................................................................................................................................................19
致谢.......................................................................................................................................................................20
a电子密码锁元件清单................................................................................................................................21
b源程序.......................................................................................................................................................22
基于单片机的密码锁设计
学生:
杨宇,指导教师:
李阳
(安徽农业大学经济技术学院合肥09531013)
摘要:
本设计提出了一种电子密码锁的设计方法。
本系统由STC89C52单片机系统、4×4矩阵键盘、LCD1602显示和报警系统等组成,具有设置、修改六位用户密码、超次报警、超次锁定、密码错误报警等功能。
本系统成本低廉,功能实用。
关键词:
单片机,电子密码锁,4×4矩阵键盘
Abstract
Thispaperpresentsadesignmethodofthedesignofelectronicpasswordlock.ThesystemconsistsofSTC89C52single-chipmicrocomputersystem,4*4matrixkeyboard,LCD1602displayandalarmsystemetc.,hasprovidedsix,modifyuserpassword,thealarm,superlock,erroralarmpasswordsandotherfunctions.Thissystemhastheadvantagesoflowcost,practicalfunction.
Keywords:
AT89S51,Electronicpasswordlock,4×4keyboard
第一章绪论
1.1课题背景和意义
随着电子技术和计算机技术的飞速发展,单片机性能不断完善,性能价格比显著提高,技术日趋完善。
由于单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低、控制功能强及运算速度快等特点,因而在国民经济建设、军事及家用电器等各个领域均得到了广泛的应用。
本设计利用单片机及附加电子元器件实现数据采集和控制算法,来完成某一实际功能。
随着人们生活水平的提高和安全意识的加强,对安全的要求也就越来越高。
锁自古以来就是把守护门的铁将军,人们对它要求甚高,既要安全可靠的防盗,又要使用方便,这也是制锁者长期以来研制的主题。
随着电子技术的发展,各类电子产品应运而生,电子密码锁就是其中之一。
电子锁是通过键盘输入一组密码完成开锁过程。
研究这种锁的初衷,就是为提高锁的安全性。
由于电子锁的密钥量(密码量)极大,可以与机械锁配合使用,并且可以避免因钥匙被仿制而留下安全隐患。
电子锁只需记住一组密码,无需携带金属钥匙,免除了人们携带金属钥匙的烦恼,而被越来越多的人所欣赏。
电子锁的种类繁多,例如数码锁,指纹锁,磁卡锁,IC卡锁,生物锁等。
但较实用的还是按键式电子密码锁。
20世纪80年代后,随着电子锁专用集成电路的出现,电子锁的体积缩小,可靠性提高,成本较高,是适合使用在安全性要求较高的场合,且需要有电源提供能量,使用还局限在一定范围,难以普及,所以对它的研究一直没有明显进展。
目前,在西方发达国家,电子密码锁技术相对先进,种类齐全,电子密码锁已被广泛应用于智能门禁系统中,通过多种更加安全,更加可靠的技术实现大门的管理。
国内的不少企业也引进了世界上先进的技术,发展前景非常可观。
希望通过不断的努力,使电子密码锁在我国也能得到广泛应用。
1.2电子密码锁发展趋势
电子密码锁应用于金融业,其根本的作用是“授权”,即被“授权”的人才可以存取钱、物。
广义上讲,金融业的“授权”主要包括以下三种层次的内容:
1、授予保管权,如使用保管箱、保险箱和保险柜;2、授予出入权,如出入金库、运钞车和保管室;3、授予流通权,如自动存取款。
目前,金融行业电子密码锁的应用主要集中在前两个层面上。
下面将介绍几种在金融行业中使用较多的电子密码锁以及它们的技术发展方向。
当然,以上所说的授权技术再高超,都必须由精良的“锁具”担当承载结构部件,实现开启、闭锁的功能,而且承担实体防护作用,抵抗住或尽量延迟破坏行为,让电子密码锁“软、硬不吃”。
一般情况下,锁具防盗的关键是锁身外壳、闭锁的部件的强度、锁止型式、配合间隙和布局。
提高电子密码锁之防护能力的必然途径是报警,在金融业的许多场所有人值守、有电视监控,具有报警功能,可以综合物理防范和人力防范两种作用。
报警的前提是具备探测功能,根据电子密码锁的使用场所和防护要求,可选择多种多样的探测手段。
在中国的城市金融业中,实现联网报警已经成为对各金融网点的基本要求。
根据国内外的实践经验,金融业实行安全防范风险等级很有必要,即依据使用的防盗报警器材的性能、安装布局和人员值守状况等,可以评估被防护物或区域的防护能力,得出风险等级,其中,电子密码锁的性能至关重要。
由于数字、字符、图形图像、人体生物特征和时间等要素均可成为钥匙的电子信息,组合使用这些信息能够使电子密码锁获得高度的保密性,如防范森严的金库,需要使用复合信息密码的电子密码锁,这样对盗贼而言是“道高一尺、魔高一丈”。
组合使用信息也能够使电子密码锁获得无穷扩展的可能,使产品多样化,对用户而言是“千挑百选、自得其所”。
单显示
键盘片
机开锁
图1.1总体框图
工作过程
(1)按键设置6位密码,输入密码,通过单片机判断,若密码正确,通过则锁打开,显示open!
(2)首次使用时输入:
131420,对密码进行初始化,当显示:
initpassword,证明密码初始化完成,此时的密码为:
000000。
第二章设计思想
(1)本设计为了防止密码被窃取要求在输入密码时在LCD屏幕上显示*号。
(2)设计开锁密码位六位密码的电子密码锁。
(3)能够LCD显示在密码正确时显示open!
,密码错误时显示ERROR,输入密码时显示initpassword。
(4)实现输入密码错误超过限定的三次电子密码锁定。
(5)4×4的矩阵键盘其中包括0-9的数字键和A-D的功能键
(6)本产品具备报警功能,当输入密码错误时蜂鸣器响并且LED灯亮。
(7)密码可以由用户自己修改设定(只支持6位密码),修改密码之前必须再次输入密码,在输入新密码时候需要二次确认,以防止误操作
第三章系统的硬件设计
3.1硬件支持
3.1.1STC89C52RC单片机介绍
STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。
在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得STC89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
具有以下标准功能:
8k字节Flash,512字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,内置8KBEEPROM,MAX810复位电路,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口。
另外STC89X51可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。
最高运作频率35Mhz,6T/12T可选。
图3-1STC89C52单片机引脚图
主要特性如下:
(1)增强型8051单片机,6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择,指令代码完全兼容传统8051.
(2)工作电压:
5.5V~3.3V(5V单片机)/3.8V~2.0V(3V单片机)
(3)工作频率范围:
0~40MHz,相当于普通8051的0~80MHz,实际工作频率可达48MHz
(4)用户应用程序空间为8K字节
(5)片上集成512字节RAM
(6)通用I/O口(32个)复位后为:
,P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉,P0口是漏极开路输出,作为总线扩展用时,不用加上拉电阻,作为I/O口用时,需加上拉电阻。
(7)ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器,无需专用仿真器,可通过串口(RxD/P3.0,TxD/P3.1)直接下载用户程序,数秒即可完成一片
(8)具有EEPROM功能
(9)具有看门狗功能
(10)共3个16位定时器/计数器。
即定时器T0、T1、T2
(11)外部中断4路,下降沿中断或低电平触发电路,PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒
(12)通用异步串行口(UART),还可用定时器软件实现多个UART
(13)工作温度范围:
-40~+85℃(工业级)/0~75℃(商业级)
(14)PDIP封装
3.1.2液晶显示LCD1602的介绍
(1)LM1602字符型模块的性能
重量轻:
<100g;
体积小:
<11mm厚;
功耗低:
10—15mW;
显示内容:
192种字符(5×7点字型);
32种字符(5×10点字型);
可自编8(5×7)或许(5×10)种字符;
指令功能强:
可组合成各种输入、显示、移位方式以满足不同的要求;
接口简单方便:
可与8位微处理器或微控制器相联;
工作温度宽:
0—50oC
可靠性高:
寿命为50,000小时(25oC)
图3-2液晶原理图
3.1.3自锁开关说明
自锁开关电路中起到电源的开关作用,常开的其中一脚接DC电源插口电源脚,常开的另一脚接电路的VCC
图3-3自锁开关原理图图3-4自锁开关硬件图
3.1.4上拉电阻介绍
其实排阻就是由8个电阻组成的,其中一端全部接在一起,103为8个10K电阻,
102为8个1K电阻,他们在电路中起到“上拉”的作用,又称上拉电阻。
上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平,电阻同时起限流作用,下拉同理.
上拉是对器件注入电流,下拉是输出电流,弱强只是上拉电阻的阻值不同,没有什么严格区分,对于非集电极(或漏极)开路输出型电路(如普通门电路)提升电流和电压的能力是有限的,上拉电阻的功能主要是为集电极开路输出型电路输出电流通道。
上拉,就是把电位拉高,比如拉到VCC
下拉,就是把电压拉低,拉到GND
一般就是刚上电的时候,端口电压不稳定,为了让他稳定为高或低,就会用到上拉或下拉电阻。
有些芯片内部集成了上拉电阻(如单片机的P1、2、3口),所以外部就不用上拉电阻了。
但是有一些开漏的(如单片机的P0口),外部必须加上拉电阻。
图3-5排组上拉电阻原理图
3.1.5三极管介绍
常见的三极管为9012、s8550、9013、s8050.单片机应用电路中三极管主要的作用就是开关作用。
其中9012与8550为pnp型三极管,可以通用。
其中9013与8050为npn型三极管,可以通用。
区别引脚:
三极管向着自己,引脚从左到右分别为ebc,原理图中有箭头的一端为e,与电阻相连的为b,另一个为c。
箭头向里指为PNP(9012或8550),箭头向外指为NPN(9013或8050)。
三极管的工作原理
三极管是电流放大器件,有三个极,分别叫做集电极C,基极B,发射极E。
分成NPN和PNP两种。
我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。
(1)电流放大
下面的分析仅对于NPN型硅三极管。
如上图所示,我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib;把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流Ic。
这两个电流的方向都是流出发射极的,所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。
三极管的放大作用就是:
集电极电流受基极电流的控制(假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话),并且基极电流很小的变化,会引起集电极电流很大的变化,且变化满足一定的比例关系:
集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍,即电流变化被放大了β倍,所以我们把β叫做三极管的放大倍数(β一般远大于1,例如几十,几百)。
如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间,这就会引起基极电流Ib的变化,Ib的变化被放大后,导致了Ic很大的变化。
如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的,那么根据电压计算公式U=R*I可以算得,这电阻上电压就会发生很大的变化。
我们将这个电阻上的电压取出来,就得到了放大后的电压信号了。
(2)偏置电路
三极管在实际的放大电路中
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