基于单片机的电子锁设计毕业设计.docx
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基于单片机的电子锁设计毕业设计
重庆信息技术职业学院
毕业设计
题目基于单片机的电子锁设计
选题性质：
☑设计□报告□其他
院系电子工程学院
专业电子信息工程技术
班级11级
（2）班
学号45
学生姓名蔡韬
指导教师王芳莉
教务处制
年月日
2021届电子工程学院
毕业设计选题审批单
年级2020专业电子信息工程技术班级2班
学生姓名
蔡韬
学号
45
选题
基于单片机的电子锁
选题性质
☑设计□报告□其他
选题论证：
电子锁具，它也是以51系列单片机（AT89C51）为核心，配以相应硬件电路，完成密码的设置、存贮、识别和显示、驱动电磁执行器并检测其驱动电流值、接收传感器送来的报警信号、发送数据等功能。
单片机接收键入的代码，并与存贮在EEPROM中的密码进行比较，如果密码正确，则驱动电磁执行器开锁;如果密码不正确，则允许操作人员重新输入密码，最多可输入三次;如果三次都不正确，则单片机通过通信线路向智能监控器报警。
单片机将每次开锁操作和此时电磁执行器的驱动电流值作为状态信息发送给智能监控器，同时将接收来自传感器接口的报警信息也发送给智能监控器，作为智能化分析的依据。
指导教师初审意见：
签名：
年月日
毕业设计工作领导小组审批意见：
签名：
年月日
2021届电子工程学院
毕业设计开题报告及进度要求
年级2020班级2班
学生姓名
蔡韬
学号
45
指导教师
王芳莉
选题性质
☑设计□报告□其他
选题
基于单片机的电子锁设计
选题的目的和意义：
单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。
单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。
由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。
这次毕业设计通过对它的学习、应用，以AT89C51芯片为核心，辅以必要的电路，设计了一个简易的电子锁。
电子钟已成为人们日常生活中必不可少的物品，广泛用于个人家庭以及很多的公共场所，为人们生活，财产安全提供的方便，但随着时代的发展，人们已不能满足电子锁单纯的锁的功能，希望出现一些新的功能，例如防盗报警等。
而这些都是以基于单片机为基础的电子锁实现的。
因此，研究实用电子锁及其扩展应用，有着非常现实的意义，具有很大的实用价值。
在此项目的设计过程中需要综合运用所学的模拟电子技术、数字电子技术、单片机原理及应用等课程的知识。
掌握实用电子锁的设计、组装与调试方法，利用现代的单片机等新电子技术以及现代的设计手段，系统地培养了综合设计、操作调试、故障处理的能力，达到综合素质以及创新能力的提高。
选题研究的主要内容和技术方案：
一、主要内容
1.设计要求
2.方案论证
3.系统设计
⑴硬件设计
⑵软件设计
二、主要技术方案
1.收集、查阅相关技术资料，消化吸收，融会贯通，形成多种方案，设想、并分析选择出较合理的方案
2.对方案进行分析对比作出选择，选择最优的进行设计。
3.用protel绘出工作原理图，设计出程序流程框图。
4.运用软件工程设计理论及面向对象软件设计方法进行需求分析和详细设计。
采用标准化程度高、程序可移植性好的语言，以使所开发的软件将来能够移植到不同的硬件环境下运行。
并在仿真软件下进行仿真调试。
5.用统一标准的格式书写源程序清单，改进程序的可读性。
毕业设计工作时间
2013年7月8日至2013年9月15日
毕业设计工作日程安排
时间段
工作内容
选题、制定任务、开题
下达任务书、收集所需资料
基本完成初稿
完成二稿
完成三稿
定稿
指导教师意见：
成果要求：
签字：
年月日
摘要
随着科技和人们的生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统机械锁由于构造简单，被撬事件不足为奇；电子锁由于其保密性高，利用灵活性好，平安系数高，受到了广大用户的青睐。
本设计以单片机AT89C51作为密码锁监控装置的检测和操纵核心，分为主机操纵和从机执行机构（本设重点介绍主机设计），实现钥匙信息在主机上的初步认证注册、密码信息的加密、钥匙丢失报废等功能。
依照51单片机之间的串行通信原理，这便于对密码信息的随机加密和爱惜。
而且采纳键盘输入的电子密码锁具有较高的优势。
采纳数字信号编码和二次调制方式，不仅能够实现多路信息的操纵，提高信号传输的抗干扰性，减少错误动作，而且功率消耗低；反映速度快、传输效率高、工作稳固靠得住等。
软件设计采纳自上而下的模块化设计思想，以使系统朝着散布式、小型化方向进展，增强系统的可扩展性和运行的稳固性。
测试结果说明，本系统各项功能已达到本设计的所有要求。
本密码锁具有设计方式合理，简单易行，本钱低，平安有效，保密性强，灵活性高等特点，具有必然的推行价值。
关键字:
单片机、密码锁、单片机设计、电子锁
绪论
随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件不足为奇，电子锁由于其保密性高，利用灵活性好，平安系数高，受到了广大用户的喜爱。
锁是置于可启闭的器物上,用以关住某个确信的空间范围或某种器具的,必需以或密码打开的扣件。
锁具进展到此刻已有假设干年的历史了，人们对它的结构、机理也研究得很透彻，因此，不用钥匙就能够打开的方式和工具也层出不穷。
现代人类文明社会里，由于社会中各类矛盾冲突十分猛烈，人们的思想道德观念，价值观念，文化修养水平等不同，群众中良莠不齐，仁慈的人们能够自觉标准自已的行为，“非礼不为”，虽无钥匙亦可不能乱闯。
但是，那些毫无道德观念的盗贼却想方设法利用高科技手腕撬门开锁，使广大居民防不胜防。
什么缘故会显现这种情形呢？
因为传统锁具都存在致命的弱点：
（1）锁芯采纳常见的铜、铝、锌等材料，抗击不了强力破坏；
（2）锁具制作工艺，技术掉队，无法阻止技术手腕的开启。
目前，市场上很多国内外的锁具，实际上都不具备真正的防盗功能。
在惯偷面前，两根钢丝或几件简单的工具就可以把这些锁打开，有的惯偷甚至公开扬言：
“没有我打不开的锁。
”其实，不是他们多高明，而是一般锁具技术原理太过简单。
面对这一残酷的现状，新时代提出了锁具必须革命的迫切的要求。
单片机，它是把中央处置器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等要紧运算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型运算机。
运算机的产生加速了人类改造世界的步伐，可是它毕竟体积大。
微运算机（单片机）在这种情形下诞生了，它为咱们改变了什么？
纵观咱们此刻生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各类仪表的操纵，从运算机的网络通信与数据传输，到工业自动化进程的实时操纵和数据处置，和咱们生活中普遍利用的各类智能IC卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。
以前没有单片机时，这些东西也能做，可是只能利用复杂的模拟电路，但是如此做出来的产品不仅体积大，而且本钱高，而且由于长期利用，元器件不断老化，操纵的精度自然也会达不到标准。
在单片机产生后，咱们就将操纵这些东西变成智能化了，咱们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部份只是由人为的写入程序来完成。
如此产品的体积变小了，本钱也降低了，长期利用也可不能担忧精度达不到了，且容易升级改善。
一样，本次在电子锁的设计进程中也用到了单片机。
本文从经济有效的角度动身，采纳AT89C51单机，研制了一款具有防盗自动报警功能的电子密码锁。
该密码锁设计方式合理，简单易行，本钱低，符合住宅、办公室用锁要求，具有必然的推行价值。
（1）系统设置4位密码，密码通过键盘输入，假设密码正确，那么将锁打开。
（2）密码由用户自己设定，在开锁状态下，用户可自行修改密码。
（3）具有自动报警功能。
自动报警分现场报警和远程报警两种。
现场报警由扬声器发出报警声。
（4）两种情形下可报警：
一是密码输入错误3次，那么报警；二是非正常开门，如破门而入的情形，可通过系统的红外监视装置监测，同时报警，保证了系统的平安性。
系统工作时，用户通过按键输入4位密码，单片机将输入密码与设定密码进行比较，假设密码正确，那么发出开锁信号，将门打开，系统不报警；假设密码不正确，那么有相应的指示灯闪动，并要求从头输入密码，从头输入密码的次数不能超过3次，假设3次输入的密码都不正确，那么发出报警信号。
第1章密码锁设计方案
系统功能
（1）系统设置4位密码，密码通过键盘输入，假设密码正确，那么将锁打开。
（2）密码由用户自己设定，在开锁状态下，用户可自行修改密码。
（3）具有自动报警功能。
自动报警分现场报警和远程报警两种。
现场报警由扬声器发出报警声。
（4）两种情形下可报警：
一是密码输入错误3次，那么报警；二是非正常开门，如破门而入的情形，可通过系统的红外监视装置监测，同时报警，保证了系统的平安性。
系统工作时，用户通过按键输入4位密码，单片机将输入密码与设定密码进行比较，假设密码正确，那么发出开锁信号，将门打开，系统不报警；假设密码不正确，那么有相应的指示灯闪动，并要求从头输入密码，从头输入密码的次数不能超过3次，假设3次输入的密码都不正确，那么发出报警信号。
方案选择
方案一
数字密码锁电路方案一方框图如下图
图数字密码锁电路方案
用以74LS112双JK触发器组成的数字逻辑电路作为密码锁的核心操纵，共设9个用户输入键，其中只有4个是有效的密码输入键，其他都是干扰按键，假设按下干扰按键，键盘输入电路自动清零，原输入密码无效，需从头输入；若是用户输入密码的时刻超过10秒（一样可不能超过10秒，特殊情形客户可自行修改时刻），电路将报警80秒，假设电路持续报警3次，键盘锁定5分钟，避免他人非法操作电路由两大部份组成：
密码锁电路和备用电源（UPS），其中设置UPS电源是为了避免因为停电造成的密码锁电路失效，利用户免遭麻烦。
密码锁电路包括：
键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输入次数锁定电路。
方案二
采纳以单片机为核心的操纵方案二如下图：
采纳以AT89C51为核心的单片机操纵方案。
利用单片机灵活的编程设计和丰硕的IO端口，及其操纵的准确性，不但能实现大体的密码锁功能，还能添加调电存储、声光提示乃至添加遥控操纵功能[1]。
其原理如下图。
89C51
单片机
矩阵
键盘
控制
输入错误锁定键盘
延时报警控制电路
AT24C02掉电存储
开锁控制电路
指示电路
串口显示电路
图单片机操纵方案
比较以上两种设计方案，单片机方案有较大的活动空间，依照生活所需，其能实现所要求的功能而且能在专门大的程度上扩展功能，而且还能够方便的对系统进行升级，保密性能也好，因此咱们采纳后一种方案。
设计思路
本方案采纳的是以AT89C51为核心的单片机操纵方案。
利用单片机灵活的编程设计和丰硕的I/O端口，及其操纵的准确性，实现大体的密码锁功能[2]。
设计思路如下：
输入密码用矩形键盘，包括数字键和功能键。
LED数码管显示输入密码，用74JS247驱动数码管发光显示数码，用74LS138操纵列位显示器分时进行显示。
用发光二极管代替开锁的电路，发光表示开锁。
输入密码错误次数超过3次，系统报警。
打开电源后，显示器显示“000000”，设原始密码为“123456”，只要输入此密码便了开门。
如此可预防停电后再来电时无密码可用。
按“C”键，清除显示器为“000000”。
欲从头设定密码，先输入密码在案“*”。
输入密码，再按“D”键。
假设密码与设定密码相同，那么开门。
不然显示器清为“000000”。
软件的设计要紧包括键盘键值的读取，LED显示程序，密码比较程序和报警程序。
第2章硬件电路设计
键盘电路设计
利用矩阵键盘，因此本设计就采纳行列式键盘，同时也能减少键盘与单片机接口时所占用的I/O线的数量，在按键比较多的时候，通常采纳如此方式[3]。
其原理如下图
图矩阵键盘
每一条水平（行线）与垂直线（列线）的交叉处不相通，而是通过一个按键来连通，利用这种行列式矩阵结构只需要N条行线和M条列线，即可组成具有N×M个按键的键盘。
在这种行列式矩阵键盘非键盘编码的单片机系统中，键盘处置程序第一执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。
当确认有按键按下后，下一步就要识别哪个按键按下。
对键的识别通常有两种方式：
一种是经常使用的逐行扫描查询法；另一种是速度较快的线反转法。
对照图所示的4×4键盘，说明线反转个工作原理[5]。
第一分辨键盘中有无键按下，有单片机I/O口向键盘送全扫描字，然后读入行线状态来判定。
方式是：
向行线输出全扫描字00H，把全数列线置为低电平，然后将列线的电平状态读入累加器A中。
若是有按键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为1。
判定键盘中哪个键被按下使通过将列线逐列置低电平后，检查行输入状态来实现的。
方式是：
依次给列线送低电平，然后查所有行线状态，若是全为1，那么所按下的键不在此列；若是不全为1，那么所按下的键必在此列，而且是在与零电平行线相交的交点上的那个键。
具体的功能设计如表
表按键说明
按键
键名
功能说明
1－9键
数字键
输入密码
*键
重设密码键
设定新密码
D键
确定键
比较密码
#键
清除键
使显示器清零
LED显示电路
本系统设计的显示电路是为了给利用者以提示而设置的。
本系统的显示采纳串行显示的方式，只利用单片机的一个串行口，利用74LS247驱动数码管发光显示数码和74LS138操纵位选信号，就能够够完成单片机的显示功能[4]。
显示电路的电路原理图如下图。
用—接74LS247的A，B，C，D四端口，74LS247的输出口接LED的七段显示；而—接74LS138的A，B，C三个输入口，74LS138的输出口接LED的位显示。
通过软件实现数字和位操纵。
图LED显示电路
用74LS247能够操纵输出什么字型。
74LS247的逻辑功能表如表
表74LS247的逻辑功能表
用74LS138操纵位循环显示，其逻辑功能表如表
表74LS138逻辑功能表
C
B
A
Y1
Y2
Y0
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
开锁电路
在本次设计中，基于节省材料的原那么，临时用发光二极管代替电磁锁，发光管亮，表示开锁；灭，表示没有开锁。
电路图如所示。
当口输出低电平常，二极管发光，表示开锁[6]。
如下图
图开锁电路
报警电路
图报警电路
报警模块由蜂鸣器和单片机组成。
选择一只压电式蜂鸣器，压电式蜂鸣器工作时约需要100mA驱动电流。
蜂鸣器电路如下图。
当89C51的口输出为低电平常，蜂鸣器产生蜂鸣音，89C51输出为电平常，蜂鸣器那么不发声。
第3章软件设计
软件设计思路
电子密码锁工作的要紧进程是LED数码管提示开始输入密码，通过键盘输入密码，同时LED显示密码输入情形，按下确认键后判定密码的正确性，作出开锁或报警处置。
当输入密码持续输入错误3次时，系统报警。
密码的设定，在此程序中密码是固定40H—45H中，假设预设的密码为"123456"共6位密码。
由于采纳两个按键来完成密码的输入，那么其中一个按键为功能键，另一个按键为数字键。
在输入进程中，第一输入密码的长度，接着依照密码的长度输入密码的位数，直到所有长度的密码都已经输入完毕；或输入确认功能键以后，才能完成密码的输入进程。
进入密码的判定比较处置状态并给出相应的处置进程。
各子程序设计
键盘扫描子程序
键盘扫描流程图如图
图键盘扫描流程图
键盘扫描子程序如下：
L2:
MOVR3,#0F7H
MOVR1,#00H
L3:
MOVA,R3
MOVP1,A
MOVA,P1
MOVR4,A
SETBC
MOVR5,#04H
L4:
RLCA
JNCKEYIN
INCR1
DJNZR5,L4
CALLDISP
MOVA,R3
SETBC
RRCA
MOVR3,A
JCL3
JMPL2
LED显示子程序
LED显示流程图如图
图LED显示流程图
LED显示子程序如下：
DISP:
MOVR0,#45H
DISP1:
MOVA,@R0
ADDA,#50H
MOVP0,A
CALLDELAY
DECR0
MOVA,@R0
ADDA,#40H
MOVP0,A
CALLDELAY
DECR0
MOVA,@R0
ADDA,#30H
MOVP0,A
CALLDELAY
DECR0
MOVA,@R0
ADDA,#20H
MOVP0,A
CALLDELAY
DECR0
MOVA,@R0
ADDA,#10H
MOVP0,A
CALLDELAY
DECR0
MOVA,@R0
ADDA,#00H
MOVP0,A
CALLDELAY
RET
密码比较和报警程序
密码比较和报警流程图如
图密码比较和报警流程
密码比较和报警程序如下：
COMP:
MOVR1,#45H
MOVR0,#35H
MOVR2,#06H
C1:
MOVA,@R1
XRLA,@R0
JNZC3
DECR1
DECR0
DJNZR2,C1
CLR
MOVR2,#200
C2:
MOVR6,#248
DJNZR6,$
DJNZR2,C2
C3:
INCR5
MOVA,R5
MOVR5,A
CJNER5,#03H,C4
CLR
MOVR5,#00H
C4:
JMPSTART
第4章系统调试
仿真成效
本次调试采纳Protues软件仿真。
第一设计电子密码锁的源程序，源程序通过汇编后，生成的目标文件通过仿真调试[7]。
依次按下1，2，3，4，5，6后，LED显示如图:
图LED显示
密码验证
按下确信键后，二极管灯亮，表示正确开门密码，身份验证通过，打开门锁。
如图:
图密码验证电路
总结
毕业设计是培育学生综合运用所学知识，对所学知识的一种查验，也是对自己能力的提高。
通过这次毕业设计使我明白了自己原先知识还比较欠缺。
自己要学习的东西还太多，我明白了学习是一个长期积存的进程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，尽力提高自己知识和综合素养。
回忆做毕业设计的进程，至今我仍感慨颇多，真是万事开头难，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在这段日子里，能够说得是苦多于甜，可是能够学到很多很多的的东西，也让同窗之间的情感更进了一步，于此同时还能够巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次毕业设计使我知道了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会效劳，从而提高自己的实际动手能力和独立试探的能力。
在设计的进程中碰到问题，能够说得是困难重重，这毕竟第一次做的，不免会碰到过各类各样的问题，同时在设计的进程中发觉了自己的不足的地方，对以前所学过的知识明白得得不够深刻，把握得不够牢固，对单片机汇编语言把握得不行，通过这次毕业设计以后，使我收成颇丰，必然把以前所学过的知识从头温故。
这次毕业设计终于顺利完成了，对我而言，知识上的收成，精神上的丰收，让我很快乐。
让我明白了学无止境的道理。
咱们每一个人永久不能知足于现有的成绩，人一辈子就像在登山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。
挫折是一份财富，经历是一份拥有。
参考文献
[1]王迎旭主编·《单片机原理及应用》·北京·机械工业出版社·2001
[2]周慈航主编·《单片机应用程序设计技术》·北京·航空航天大学出版社·2001
[3]刘进峰主编·《电子制作实训》·中国劳动社会保障出版社·2006
[4]张洪润主编·《单片机应用技术教程》·北京·清华大学出版社·1997
[5]张友汉主编·《电子线路设计应用手册子》·福建·科学技术出版社版社
[6]董孝昌主编·《单片机原理与应用》·大连·东北财经大学出版社·2004
[7]陈爱弟主编·《Protues有效培训教程》·北京·人民邮电出版社·2000
附录1源程序清单
ORG00H
MOVR5,#00H
MOVR7,#00H
DJNZR7,$
MOVR7,#10H
MOVR6,#06H
MOVR1,#35H
L1:
MOVA,R7
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR
MOV@R1,A
DECR1
INCR7
DJNZR6,L1
START:
ORLP2,#0FFH
MOVR4,#06H
MOVR0,#40H
CLEAR:
MOV@R0,#00H
INCR0
DJNZR4,CLEAR
L2:
MOVR3,#0F7H
MOVR1,#00H
L3:
MOVA,R3
MOVP1,A
MOVA,P1
MOVR4,A
SETBC
MOVR5,#04H
L4:
RLCA
JNCKEYIN
INCR1
DJNZR5,L4
CALLDISP
MOVA,R3
SETBC
RRCA
MOVR3,A
JCL3
JMPL2
KEYIN:
MOVA,R1
XRLA,#0BH
JZX3
MOVA,R1
XRLA,#0FH
JZX4
MOVR7,#10
D1:
MOVR6,#24
DJNZR6,$
DJNZR7,D1
D2:
MOVA,P1
XRLA,R4
JZD2
MOVA,R1
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR
MOVR7,A
XRLA,#0AH
JZSET0
MOVA,R7
XRLA,#0BH
JZSTART
MOVA,R7
XRLA,#0CH
JZL2
MOVA,R7
XRLA,#0DH
J
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