基于单片机的电子密码锁

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  【摘  要】当今世界,人们越来越注重个人隐私的保护,更在意生命财产安全。所自古以来就是人们深刻研究的工具,既要求能够实现安全可靠又要求轻便简易。所以集安全性与便捷性于一体的电子锁应运而生。电子锁种类繁多,如指纹锁、密码锁、此电子密码锁选取了80C51单片机为核心。通过输入六位密码进行开锁,本设计具有设置密码、修改密码、报警锁定、报警提示等功能。
  【关键词】电子密码锁;单片机;安全
  引言
  电子密码锁不仅能起到安全的作用并且免于用户关于钥匙的困扰。电子密码锁常用于家庭安装,在很多高端社区都可以看到电子门锁的身影。电子密码锁是一种通过密码输入来工作的电子产品。利用内在芯片控制机械开关的闭合,实现开锁、关锁的任务。它的种类繁多,既有仅靠电路实现的结构简单产品,也有核心为芯片的高价位高端产品。电子密码锁大多是以芯片为核心的,在经过人工编程实现密保安全。
  1 硬件描述
  1.1所需硬件
  单片机、矩阵键盘、液晶显示器和密码存储等。
  1.2单片机80C51
  80C51单片机属于MCS-51系列单片机。该系列单片机由Intel公司开发。8048结构的发展促进了8051单片机的诞生。该系列改进了8048的缺点,增加了如乘、除、减、比较、16位数据指针、布尔代数运算等指令,以及串行通信能力和5个中断源。8051属于片内带型单片机,这类芯片在生产过程中将用户的应用代码通过掩模工艺制作到ROM中。应用程序只能由厂家写入,一旦写写入无法修改,适合大量使用。并且它具有低功耗的特点。相对于HMOS器件所消耗的电流更小,并且多了掉电方式和待机方式两种工作方式,这些都是该芯片功耗更低的原因。
  (1)时钟电路:单片机的正常工作需要晶振给CPU提供频率支持。晶振频率就是由时钟电路所提供的。单片机有两种时序电路。内部时序电路和外部时序电路。
  (2)复位电路:复位电路实现系统的运行和重启,复位时CPU和其他部件处于一个开始状态。当单片机RST引脚处于高电平时,单片机实现复位。复位电路也有两种方式,一个是上电自动复位,一个是按钮手动复位。实现复位后,程序从0000H地址单位开始执行,但不会改变RAM中的内容。
  1.3 蜂鸣器报警模块
  本文设计的电子锁具有报警装置。当密码输入错误三次以上,蜂鸣器就会发出警报声。蜂鸣器的形式为压电式,三极管处于外接51單片机的p1.7端口处。模块通过电流放大的方式,促使蜂鸣器发出声音,实现报警。[1]
  1.4 74LS245
  74LS245是常用来驱动LED或者其他的设备的数字芯片。该芯片可以实现双向传输数据,具有双向三态功能。74LS245的作用就是当8051单片机的P0口总线不能负担P0口相应的承载负担时接等总线驱动器,以此来提高单片机的驱动能力。P0口与74LS245输入端相连,E端接地,保证数据线畅通。单片机的P0口的输出经过提高驱动后,输出到数码管显示电路。
  2.软件描述
  2.1主流程
  接电源后,显示器显示“HELLO”字样,此时程序进行初始化阶段。此时利用键盘矩阵输入密码。密码输入后系统会进行扫描键盘,它的目的就是判断密码输入是否正确。若密码正确显示器显示“OPENED”字样表示电子锁被打开,若密码输入错误则显示“ERROR”字样。当密码输入错误三次以上,显示器显示“CODE”表示锁定,无法输入。
  2.2 矩阵键盘设计
  一组键盘想要使用就需要利用接口与CPU相连接。连接后通过查询接口或者中断CPU就可以确定某个按键是否被按下。想要将键盘和CPU相连就需要利用到单片机的I/O接口。往往系统使用的按键多于单片机I/O口,为了能够更好地利用I/O接口实现多键盘,设计常用矩阵键盘来解决这个问题。矩阵键盘就是将按键设置在行、列线的交点上,行、列分别连接着按键开关的两端。行线处于高电平,列线处于低电平,平时无键按下时,表示没有按键被按下。当行线、列线都处于低点平时,表示有按键被按下。接下来就利用行列扫描法排查出确认按下的按键。明确有按键被按下后,延时10ms消除机械抖动,再次读取行值,如果行线状态发生改变就返回上一步重新判定;如果这条行线状态不变,就进行逐行扫描,分别拉低每一列。把扫描到的行、列值储存在寄存器里。矩阵键盘具体如图2.2。
  3仿真与调试
  仿真步骤如下:
  (1)在KEIL中建立工程文件,并将将提前编写好的程序添加到工程中。
  (2)在KEIL中为工程设置选项。
  (3)PROTEUS设置。
  (4)单片机中添加将可执行文件。打开PROTEUS仿真图,点击单片机器件两次,将KEIL产生的“*.HEX”文件添加到单片机中。
  (5)KEIL与PROTEUS连接进行仿真调试。点击PROTEUS的开始仿真按钮即可开始KEIL与PROTEUS的联合仿真图如图3.1
  4结语
  传统锁在安全方面有很多隐患,提高锁的安全性很有必要。[2]。因此安全所的发展也会受到各界人士的重视,不论是家用还是企业用,安全锁都是保障生命财产安全的一道防线。利用单片机为主要芯片设计的电子密码锁具有使用简单、价格低廉的优点,这也是使它相对于传统锁更具有竞争力的原因之一。虽然此设计只是设计了一款较为简单的电子锁,但是它也是其他更加复杂的密码锁的基础,以此为基础发展更加安全高效的密码锁是未来会更受重视的一项产品。我对于单片机的学习也是较为浅显的,所以设计的电子锁也略显简陋。虽然实现了基本的安全锁要求,但是仍然存在密码安全性较低的缺点。这只是最简单的安全锁。安全系数远远不能达到所预期的程度,仍然需要更加努力。
  参考文献:
  [1]张崇铭.基于51单片机电子密码锁的Proteus仿真设计[J].电脑迷,2016(01):41
  [2]李凯丽,樊建强.基于51单片机电子密码锁设计[J].中国新通信,2016(22)
  (作者单位:1.河北农业大学;2.河北农业大学)
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