解翔宇 項(xiàng)遠(yuǎn)輝 林健誼 朱尚勝 孫薇 張昊 紀(jì)娟娟

摘要：該文利用單片機(jī)最小系統(tǒng)、液晶顯示電路、矩陣鍵盤模塊、蜂鳴器模塊、繼電器模塊、AT24C02C模塊以及電源模塊等七個(gè)模塊對(duì)智能電子密碼鎖進(jìn)行了設(shè)計(jì)。單片機(jī)最小系統(tǒng)是由STC89C52單片機(jī)、電阻以及晶體等元器件構(gòu)成，STC89C52單片機(jī)是本設(shè)計(jì)的核心器件。基于該系統(tǒng)的硬件電路，利用單片機(jī)C語言對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的開鎖、修改密碼以及管理員解密等功能的仿真。最后，進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)試，對(duì)系統(tǒng)整體功能進(jìn)行了驗(yàn)證。該設(shè)計(jì)方案可行，對(duì)智能電子密碼鎖設(shè)計(jì)的研究具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：STC89C52單片機(jī)；密碼鎖；AT24C02C；矩陣鍵盤

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）12-0176-05

在以往的生活中，只能在一些比較特殊的場(chǎng)所看到智能電子密碼鎖的使用，例如：機(jī)關(guān)辦公室、國(guó)家機(jī)密局、銀行等。但隨著生活質(zhì)量的提升，人們逐步走向智能化時(shí)代的生活，對(duì)于各種鎖的需求也不再是局限于傳統(tǒng)的機(jī)械鎖。傳統(tǒng)的機(jī)械鎖只能通過鑰匙開鎖且容易被撬開，而智能電子密碼鎖的開鎖方式有很多，例如：指紋、按鍵、面部識(shí)別、聲控等開鎖方式。因此，人們開始圍繞怎么樣提高鎖的安全系數(shù)、怎么樣讓鎖變得智能化等問題展開研究。由于計(jì)算機(jī)占據(jù)的面積比較大，所以研究以單片機(jī)為核心的智能電子密碼鎖是非常必要的。單片機(jī)不僅體積小，相對(duì)計(jì)算機(jī)來說它的成本很低、精度高以及容易升級(jí)完善[1-10]。智能電子密碼鎖是由矩陣鍵盤輸入的密碼通過單片機(jī)去支配系統(tǒng)工作，最后實(shí)現(xiàn)智能電子密碼鎖開鎖、閉鎖等一系列工作的智能電子產(chǎn)品[11]。自智能電子密碼鎖發(fā)明以來，它開始逐漸地占領(lǐng)人們生活中的各個(gè)領(lǐng)域?yàn)槿藗兊纳顜肀憷?、安全[12]，智能電子密碼鎖已成為我們的生活中非常重要的智能電子產(chǎn)品。

1 設(shè)計(jì)思路

智能電子密碼鎖設(shè)計(jì)的核心是單片機(jī)最小系統(tǒng)，以矩陣鍵盤模塊和電源模塊作為它的輸入部分，以LCD模塊、蜂鳴器模塊和繼電器模塊作為它的輸出部分，而密碼存儲(chǔ)模塊既作為它的輸入部分又作為它的輸出部分。系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

基于系統(tǒng)框圖，文將要完成以下功能：

（1） 在4×4的矩陣鍵盤上輸入6位數(shù)的密碼，如果密碼正確智能電子密碼鎖將會(huì)被打開且指示燈點(diǎn)亮；反之，蜂鳴器將發(fā)出報(bào)警。

（2） 用戶可以根據(jù)自己的需求重新設(shè)置新的密碼。首先，輸入正確密碼把智能電子密碼鎖打開；其次，進(jìn)入重新設(shè)置新的密碼的界面，并且要求輸入兩次密碼完全一致時(shí)新密碼才設(shè)置成功；反之，新密碼設(shè)置失敗。

（3） 當(dāng)連續(xù)輸入的密碼錯(cuò)誤三次時(shí)，智能電子密碼鎖將會(huì)報(bào)警并鎖死矩陣鍵盤一段時(shí)間用戶將無法輸入密碼。

（4） 當(dāng)用戶忘記電子鎖密碼時(shí)，可以通過管理員密碼來恢復(fù)電子鎖的初始密碼“123456”。管理員密碼不能用于修改電子鎖密碼，只能幫助用戶恢復(fù)初始密碼。

（5） 在掉電的情況下，智能電子密碼鎖能保存密碼數(shù)據(jù)并且支持復(fù)位保存。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)最小系統(tǒng)、液晶顯示電路、矩陣鍵盤模塊、蜂鳴器模塊、繼電器模塊、AT24C02C模塊以及電源模塊構(gòu)成整體的硬件電路，系統(tǒng)整體電路原理圖如圖2所示。

3 軟件程序設(shè)計(jì)

3.1 程序設(shè)計(jì)思路

當(dāng)輸入密碼連續(xù)錯(cuò)誤三次時(shí)，蜂鳴器將會(huì)報(bào)警并且鎖定矩陣鍵盤鎖；當(dāng)需要重新設(shè)置智能電子密碼鎖的密碼時(shí)，先將電子鎖打開，然后按下修改密碼的按鍵進(jìn)入重新設(shè)置新密碼的界面，最后需要輸入兩次新密碼且輸入的完全一致新密碼修改成功；當(dāng)忘記智能電子密碼鎖的密碼時(shí)，通過管理員密碼去恢復(fù)電子鎖的初始密碼“123456”。

3.2 程序設(shè)計(jì)流程圖

基于前文的程序設(shè)計(jì)思路，本系統(tǒng)的流程圖如圖3所示。

4 系統(tǒng)仿真

5 系統(tǒng)測(cè)試實(shí)物圖

5.1 輸入正確密碼

當(dāng)上電時(shí)如圖15示，輸入正確密碼時(shí)如圖16所示，輸入正確密碼后如圖17所示，液晶顯示器呈現(xiàn)的電子智能密碼鎖狀態(tài)為“open”并且開鎖指示燈亮。

5.2 修改密碼

當(dāng)修改密碼時(shí)，先將智能電子密碼鎖打開，開鎖以后按下修改密碼的按鍵進(jìn)入設(shè)置新密碼的界面要輸入兩次新設(shè)置的密碼如圖18所示。輸入兩次密碼完全一致時(shí)，新密碼設(shè)置成功如圖19所示。

5.3 輸入密碼錯(cuò)誤3次

當(dāng)?shù)谝淮屋斎朊艽a錯(cuò)誤時(shí)，液晶顯示器如圖20所示；當(dāng)?shù)诙屋斎朊艽a錯(cuò)誤時(shí)，液晶顯示器如圖21所示；當(dāng)輸入密碼錯(cuò)誤次數(shù)達(dá)到第三次時(shí)，液晶顯示器如圖22所示，此后智能電子密碼鎖報(bào)警、矩陣鍵盤被鎖定如圖23所示。

5.4 管理員密碼

當(dāng)忘記電子智能密碼鎖的密碼時(shí)，可以通過管理員密碼“123123”來恢復(fù)智能電子密碼鎖的初始密碼“123456”。首先，在輸入密碼的界面輸入管理員密碼“123123”如圖24所示；然后，按下管理員密碼鍵；最后，恢復(fù)智能電子密碼鎖的初始密碼“123456”成功，此時(shí)LCD1602液晶顯示器的顯示狀態(tài)為“Into OK”如圖25所示。

6 總結(jié)

本文以單片機(jī)最小系統(tǒng)為核心，以液晶顯示器、矩陣鍵盤模塊、蜂鳴器模塊、繼電器模塊、AT24C02C模塊以及電源模塊這幾個(gè)部分作為輔助模塊，完成了智能電子密碼鎖設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)主要從硬件電路設(shè)計(jì)、軟件程序編寫以及系統(tǒng)仿真、調(diào)試三個(gè)方面去實(shí)現(xiàn)。最后進(jìn)行電路的焊接實(shí)現(xiàn)智能電子密碼鎖的解鎖、修改密碼、管理員恢復(fù)初始密碼以及輸入密碼次數(shù)超過三次報(bào)警并鎖定矩陣鍵盤等功能。

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【通聯(lián)編輯：朱寶貴】