孫萬麟

(昌吉學(xué)院 物理系， 新疆 昌吉 831100)

0 引言

因單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行速度快、控制系統(tǒng)穩(wěn)定以及使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，故許多學(xué)者采用單片機(jī)作為主控器，對電子密碼鎖控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)及仿真，如，田曉翠等采用AT89C51單片機(jī)對最基本的鍵盤式電子密碼鎖進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)及功能分析[1]；陳丹萍采用AT89S51單片機(jī)對一類商場使用的電子數(shù)字密碼鎖進(jìn)行了一些簡單功能設(shè)計(jì)及仿真[2]；程院蓮等也采用AT89S51單片機(jī)作為主控制器，對具有密碼修改、成功開鎖等多功能鍵盤式電子密碼鎖進(jìn)行了一系列設(shè)計(jì)及仿真[3]。鑒于此，本文也選用AT89S51單片機(jī)作為主控器，在對已有密碼鎖控制系統(tǒng)[4-7]部分功能進(jìn)一步完善的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)及仿真了一款鍵盤式多功能電子密碼鎖控制系統(tǒng)。

1 密碼鎖控制系統(tǒng)原理

本文選擇具有低功耗、高性能、非易失性及閃存等特性的AT89S51單片機(jī)作為密碼鎖系統(tǒng)主控器，主要是利用AT89S51單片機(jī)的控制準(zhǔn)確性、設(shè)計(jì)靈活性和豐富I/O接口等優(yōu)點(diǎn)，在減少錯(cuò)誤產(chǎn)生的同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)密碼鎖的多種功能。一般密碼鎖系統(tǒng)都是采用LCD液晶模塊來顯示密碼位數(shù)以及各項(xiàng)操作的信息提示，利用矩陣式鍵盤進(jìn)行密碼輸入、刪除、修改以及用戶自定義功能等操作，并配置存儲(chǔ)模塊對密碼記憶保存以及密碼輸入錯(cuò)誤的蜂鳴器報(bào)警提示等。另外，有些密碼鎖還設(shè)計(jì)管理員萬能密碼，在用戶忘記密碼時(shí)可以通過輸入萬能密碼進(jìn)行密碼重新設(shè)置。但是要有效保護(hù)管理員密碼，以防被盜。

2 密碼鎖控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的密碼鎖控制系統(tǒng)，其核心是AT89S51單片機(jī)主控器，外圍電路主要有顯示模塊、鍵盤輸入模塊、密碼存儲(chǔ)模塊以及報(bào)警電路等，其中顯示模塊采用LCD作為密碼鎖輸出顯示，鍵盤輸入模塊采用4×4矩陣式鍵盤，多鍵位按鍵可以實(shí)現(xiàn)密碼鎖多功能操作及控制。密碼存儲(chǔ)模塊采用AT24C02芯片，該系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖1所示。

圖1 密碼鎖控制系統(tǒng)框圖

根據(jù)圖1密碼鎖系統(tǒng)構(gòu)成，本文采用Protues軟件搭建的電子密碼鎖仿真電路如圖2所示。

圖2 密碼鎖控制系統(tǒng)電路圖

圖2所示的密碼鎖控制系統(tǒng)電路，可實(shí)現(xiàn)以下6大功能：

1)當(dāng)密碼輸入正確時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出“滴答”開鎖聲提示，且LED燈會(huì)閃亮一次，同時(shí)液晶屏?xí)@示開鎖信息“open”；

2)以防密碼被盜，液晶屏上輸入8位密碼顯示為“********”；

3)當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出連續(xù)報(bào)警聲提示，同時(shí)液晶屏?xí)@示錯(cuò)誤信息提示“error”；

4)用戶自主修改密碼，并增加確認(rèn)次數(shù)為3次，且當(dāng)兩次輸入新密碼一致時(shí)，新密碼才算修改成功，同時(shí)液晶屏?xí)@示“Reset Password OK”提示信息，防止用戶錯(cuò)誤操作；

5)利用4×4矩陣鍵盤，設(shè)置0-9數(shù)字輸入以及復(fù)位、清除、確認(rèn)、修改密碼、關(guān)鎖、取消以及開啟萬能密碼等功能鍵；

6)設(shè)置管理員萬能密碼，在忘記密碼時(shí)可以通過輸入萬能密碼進(jìn)行密碼重置。

3 密碼鎖控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文采用C語言編寫密碼鎖控制系統(tǒng)源程序代碼，主要包括系統(tǒng)初始化程序、LCD 液晶顯示子程序、鍵盤掃描子程序、鍵入功能子程序、設(shè)置密碼子程序、修改密碼子程序、報(bào)警子程序、EEPROM 讀寫子程序和延時(shí)子程序等，其中主程序設(shè)計(jì)流程如圖3所示，修改密碼設(shè)計(jì)流程如圖4所示[8-12]。

圖3 主程序設(shè)計(jì)流程圖

圖4 修改密碼設(shè)計(jì)流程圖

本文采用4×4矩陣式鍵盤實(shí)現(xiàn)密碼鎖多功能操作及控制，16個(gè)按鍵定義功能為：數(shù)字鍵“ 0 - 9”、確認(rèn)鍵“#”、關(guān)鎖鍵“*”、復(fù)位鍵“A”、修改密碼鍵“B”、取消鍵“C”以及開啟萬能密碼鍵“D”。圖5為16個(gè)按鍵在圖2鍵盤模塊電路中所對應(yīng)排列方式。

圖5 按鍵排列

4 仿真及其分析

采用Keil軟件對系統(tǒng)源程序進(jìn)行調(diào)試、編譯，并將編譯生成的HEX文件添加至單片機(jī)芯片AT89S51中進(jìn)行仿真。

當(dāng)密碼輸入正確時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出“滴答”開鎖聲提示，且LED燈會(huì)閃亮一次，同時(shí)液晶屏?xí)@示開鎖信息，即第二行顯示為“open”。

5 實(shí)物制作

在系統(tǒng)運(yùn)行仿真正確下，就可以制作實(shí)物。首先使用Protel軟件將圖2布線封裝成PCB板圖，如圖6所示。

圖6 PCB板圖

接著對PCB板進(jìn)行元器件測試及焊接，然后調(diào)試運(yùn)行，其中密碼輸入正確運(yùn)行結(jié)果如圖7所示。

圖7 密碼正確開鎖圖

經(jīng)測試，實(shí)物運(yùn)行和仿真結(jié)果一致，即各個(gè)器件均正常工作，證實(shí)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)正確、可行。

6 結(jié)語

本文利用Proteus軟件設(shè)計(jì)及仿真了一個(gè)以8位數(shù)字為密碼，具有密碼保護(hù)、密碼修改、成功開鎖、輸入錯(cuò)誤報(bào)警及配設(shè)管理員萬能密碼等多功能電子密碼鎖控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)從軟件設(shè)計(jì)、仿真到實(shí)物成功運(yùn)行，可為類似其他控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及制作提供一些參考。