馬寧 郭月萌

【摘 ?要】當(dāng)今世界，人們?cè)絹?lái)越注重個(gè)人隱私的保護(hù)，更在意生命財(cái)產(chǎn)安全。所自古以來(lái)就是人們深刻研究的工具，既要求能夠?qū)崿F(xiàn)安全可靠又要求輕便簡(jiǎn)易。所以集安全性與便捷性于一體的電子鎖應(yīng)運(yùn)而生。電子鎖種類繁多，如指紋鎖、密碼鎖、此電子密碼鎖選取了80C51單片機(jī)為核心。通過(guò)輸入六位密碼進(jìn)行開(kāi)鎖，本設(shè)計(jì)具有設(shè)置密碼、修改密碼、報(bào)警鎖定、報(bào)警提示等功能。

【關(guān)鍵詞】電子密碼鎖;單片機(jī);安全

引言

電子密碼鎖不僅能起到安全的作用并且免于用戶關(guān)于鑰匙的困擾。電子密碼鎖常用于家庭安裝，在很多高端社區(qū)都可以看到電子門(mén)鎖的身影。電子密碼鎖是一種通過(guò)密碼輸入來(lái)工作的電子產(chǎn)品。利用內(nèi)在芯片控制機(jī)械開(kāi)關(guān)的閉合，實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖、關(guān)鎖的任務(wù)。它的種類繁多，既有僅靠電路實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單產(chǎn)品，也有核心為芯片的高價(jià)位高端產(chǎn)品。電子密碼鎖大多是以芯片為核心的，在經(jīng)過(guò)人工編程實(shí)現(xiàn)密保安全。

1 硬件描述

1.1所需硬件

單片機(jī)、矩陣鍵盤(pán)、液晶顯示器和密碼存儲(chǔ)等。

1.2單片機(jī)80C51

80C51單片機(jī)屬于MCS-51系列單片機(jī)。該系列單片機(jī)由Intel公司開(kāi)發(fā)。8048結(jié)構(gòu)的發(fā)展促進(jìn)了8051單片機(jī)的誕生。該系列改進(jìn)了8048的缺點(diǎn)，增加了如乘、除、減、比較、16位數(shù)據(jù)指針、布爾代數(shù)運(yùn)算等指令，以及串行通信能力和5個(gè)中斷源。8051屬于片內(nèi)帶型單片機(jī)，這類芯片在生產(chǎn)過(guò)程中將用戶的應(yīng)用代碼通過(guò)掩模工藝制作到ROM中。應(yīng)用程序只能由廠家寫(xiě)入，一旦寫(xiě)寫(xiě)入無(wú)法修改，適合大量使用。并且它具有低功耗的特點(diǎn)。相對(duì)于HMOS器件所消耗的電流更小，并且多了掉電方式和待機(jī)方式兩種工作方式，這些都是該芯片功耗更低的原因。

（1）時(shí)鐘電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)的正常工作需要晶振給CPU提供頻率支持。晶振頻率就是由時(shí)鐘電路所提供的。單片機(jī)有兩種時(shí)序電路。內(nèi)部時(shí)序電路和外部時(shí)序電路。

（2）復(fù)位電路：復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行和重啟，復(fù)位時(shí)CPU和其他部件處于一個(gè)開(kāi)始狀態(tài)。當(dāng)單片機(jī)RST引腳處于高電平時(shí)，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)位。復(fù)位電路也有兩種方式，一個(gè)是上電自動(dòng)復(fù)位，一個(gè)是按鈕手動(dòng)復(fù)位。實(shí)現(xiàn)復(fù)位后，程序從0000H地址單位開(kāi)始執(zhí)行，但不會(huì)改變RAM中的內(nèi)容。

1.3 蜂鳴器報(bào)警模塊

本文設(shè)計(jì)的電子鎖具有報(bào)警裝置。當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤三次以上，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出警報(bào)聲。蜂鳴器的形式為壓電式，三極管處于外接51單片機(jī)的p1.7端口處。模塊通過(guò)電流放大的方式，促使蜂鳴器發(fā)出聲音，實(shí)現(xiàn)報(bào)警。[1]

1.4 74LS245

74LS245是常用來(lái)驅(qū)動(dòng)LED或者其他的設(shè)備的數(shù)字芯片。該芯片可以實(shí)現(xiàn)雙向傳輸數(shù)據(jù)，具有雙向三態(tài)功能。74LS245的作用就是當(dāng)8051單片機(jī)的P0口總線不能負(fù)擔(dān)P0口相應(yīng)的承載負(fù)擔(dān)時(shí)接等總線驅(qū)動(dòng)器，以此來(lái)提高單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力。P0口與74LS245輸入端相連，E端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。單片機(jī)的P0口的輸出經(jīng)過(guò)提高驅(qū)動(dòng)后，輸出到數(shù)碼管顯示電路。

2.軟件描述

2.1主流程

接電源后，顯示器顯示“HELLO”字樣，此時(shí)程序進(jìn)行初始化階段。此時(shí)利用鍵盤(pán)矩陣輸入密碼。密碼輸入后系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行掃描鍵盤(pán)，它的目的就是判斷密碼輸入是否正確。若密碼正確顯示器顯示“OPENED”字樣表示電子鎖被打開(kāi)，若密碼輸入錯(cuò)誤則顯示“ERROR”字樣。當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤三次以上，顯示器顯示“CODE”表示鎖定，無(wú)法輸入。

2.2 矩陣鍵盤(pán)設(shè)計(jì)

一組鍵盤(pán)想要使用就需要利用接口與CPU相連接。連接后通過(guò)查詢接口或者中斷CPU就可以確定某個(gè)按鍵是否被按下。想要將鍵盤(pán)和CPU相連就需要利用到單片機(jī)的I/O接口。往往系統(tǒng)使用的按鍵多于單片機(jī)I/O口，為了能夠更好地利用I/O接口實(shí)現(xiàn)多鍵盤(pán)，設(shè)計(jì)常用矩陣鍵盤(pán)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。矩陣鍵盤(pán)就是將按鍵設(shè)置在行、列線的交點(diǎn)上，行、列分別連接著按鍵開(kāi)關(guān)的兩端。行線處于高電平，列線處于低電平，平時(shí)無(wú)鍵按下時(shí)，表示沒(méi)有按鍵被按下。當(dāng)行線、列線都處于低點(diǎn)平時(shí)，表示有按鍵被按下。接下來(lái)就利用行列掃描法排查出確認(rèn)按下的按鍵。明確有按鍵被按下后，延時(shí)10ms消除機(jī)械抖動(dòng)，再次讀取行值，如果行線狀態(tài)發(fā)生改變就返回上一步重新判定;如果這條行線狀態(tài)不變，就進(jìn)行逐行掃描，分別拉低每一列。把掃描到的行、列值儲(chǔ)存在寄存器里。矩陣鍵盤(pán)具體如圖2.2。

3仿真與調(diào)試

仿真步驟如下：

（1）在KEIL中建立工程文件，并將將提前編寫(xiě)好的程序添加到工程中。

（2）在KEIL中為工程設(shè)置選項(xiàng)。

（3）PROTEUS設(shè)置。

（4）單片機(jī)中添加將可執(zhí)行文件。打開(kāi)PROTEUS仿真圖，點(diǎn)擊單片機(jī)器件兩次，將KEIL產(chǎn)生的“*.HEX”文件添加到單片機(jī)中。

（5）KEIL與PROTEUS連接進(jìn)行仿真調(diào)試。點(diǎn)擊PROTEUS的開(kāi)始仿真按鈕即可開(kāi)始KEIL與PROTEUS的聯(lián)合仿真圖如圖3.1

4結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)鎖在安全方面有很多隱患，提高鎖的安全性很有必要。[2]。因此安全所的發(fā)展也會(huì)受到各界人士的重視，不論是家用還是企業(yè)用，安全鎖都是保障生命財(cái)產(chǎn)安全的一道防線。利用單片機(jī)為主要芯片設(shè)計(jì)的電子密碼鎖具有使用簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，這也是使它相對(duì)于傳統(tǒng)鎖更具有競(jìng)爭(zhēng)力的原因之一。雖然此設(shè)計(jì)只是設(shè)計(jì)了一款較為簡(jiǎn)單的電子鎖，但是它也是其他更加復(fù)雜的密碼鎖的基礎(chǔ)，以此為基礎(chǔ)發(fā)展更加安全高效的密碼鎖是未來(lái)會(huì)更受重視的一項(xiàng)產(chǎn)品。我對(duì)于單片機(jī)的學(xué)習(xí)也是較為淺顯的，所以設(shè)計(jì)的電子鎖也略顯簡(jiǎn)陋。雖然實(shí)現(xiàn)了基本的安全鎖要求，但是仍然存在密碼安全性較低的缺點(diǎn)。這只是最簡(jiǎn)單的安全鎖。安全系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到所預(yù)期的程度，仍然需要更加努力。

參考文獻(xiàn)：

[1]張崇銘.基于51單片機(jī)電子密碼鎖的Proteus仿真設(shè)計(jì)[J].電腦迷，2016（01）：41

[2]李凱麗，樊建強(qiáng).基于51單片機(jī)電子密碼鎖設(shè)計(jì)[J].中國(guó)新通信，2016（22）

（作者單位：1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué);2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)）