电子密码锁的设计与实现.docx
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电子密码锁的设计与实现
本科毕业设计（论文）
电子密码锁的设计与实现
Designandimplementationofelectronicpasswordlock
摘要
本文的密码锁系统的设计与制作是以现代控制技术与控制理念为基础，利用单片机这种智能控制器对门禁密码输入进行调节以及反馈设计，由于密码输入数据回传过程中的时效性，所以设计一款密码锁系统十分必要。
本系统主要是是使用单片机控制器接受键盘输入密码模块设备传入当前用户请求数据的数据，然后再根据用户的实际输入密码数据进行系统判断是否正确进行密码锁的打开关闭，当超过一定错误输入后也要进行硬件反馈，也可以通过按键模块进行通过密码的设置，驱动集成芯片进行和主控器之间的数据交换，液晶显示器进行相关输入密码以及提示数据的显示以便于能够有效的实现对应的过程操作。
由此可以给用户带来很大的便利，本文所设计的密码锁系统和传统的密码锁还是有不同的，它利用现代社会十分流行的智能控制器单片机作为控制核心，通过密码限定输入进行数据反馈，控制器内嵌智能算法，利用数据传输实现了处理段和监控端的分离操控，是一种物联网的体现。
关键字：
单片机密码锁硬件报警智能安全
Abstract
Inthispaper,thedesignandmanufactureofthepasswordlocksystembasedonthesinglechipmicrocomputerisbasedonthemoderncontroltechnologyandcontrolconcept.Theintelligentcontrollerofthesinglechipmicrocomputerisusedtoadjustandfeedbackthepasswordinput.Becauseofthetimelinessintheprocessofpasswordinputdatareturn,itisnecessarytodesignapasswordlocksystembasedonthesinglechipmicrocomputer.Thissystemmainlyusesthesingle-chipmicrocomputercontrollertoacceptthedatafromthekeyboardinputpasswordmoduleequipmenttothecurrentuser'srequestdata,andthenaccordingtotheuser'sactualinputpassworddata,thesystemjudgeswhetherthepasswordlockisopenedandclosedcorrectly.Whenitexceedsacertainerrorinput,italsoneedshardwarefeedback,oritcansetthepasswordthroughthekeymodule,Drivingtheintegratedchiptoexchangedatawiththemastercontroller,LCDtodisplayrelevantinputpasswordandpromptdatasoastoeffectivelyimplementthecorrespondingprocessoperation.Soitcanbringgreatconveniencetousers.Thedesignofthepasswordlocksystembasedonsinglechipmicrocomputerisdifferentfromthetraditionalpasswordlock.Itusestheverypopularintelligentcontrollersinglechipmicrocomputerinmodernsocietyasthecontrolcore,carriesonthedatafeedbackthroughthepasswordlimitedinput,thecontrollerembedstheintelligentalgorithm,andrealizesthedivisionoftheprocessingsectionandthemonitoringterminalbythedatatransmissionFromthecontrol,isamanifestationoftheInternetofthings.
Keywords:
SCMpasswordlockhardwarealarmintelligentsecurity
1.绪论
1.1研究背景及其意义
由于人们对安全质量的高要求。
密码判断数据检测系统应运而生。
日常生活中的硬件检测设备使人们的工作更加方便。
同时，单片机密码锁监测也起着重要作用。
今天，我们使用硬件传输数据来监视用户密码的输入状态以及输入数据的检测。
传统的密码系统没有密码输入次数限制功能，用户无法通过硬件检测模块实时监控密码锁系统的相关数据。
如果用户根据密码锁中的特定密码值设置警报峰值，则可以合理地执行密码锁的智能控制和监视管理。
这样不仅可以节省用户的时间，而且可以方便用户进行相应的处理措施，提高环境质量。
在网络环境中，及时访问实时信息是必然的要求。
因此，有必要找到一种方法，使用户能够通过硬件设备获得密码锁中的当前密码数据信息。
拥有智能硬件控制设备对提高效率非常重要，它将促进整个行业的数据监控发展。
随着各种指标检测技术、数据传输模块以及数据监测技术的快速发展，采集系统运用于社会各界的不同行业，多种采集模式以及采集环境多种的变化，能够对于人们不同的要求说明进行完美结合，各种硬件检测产品已经在我们生活中变得更加的重要。
不管底至身边的生活需要还是高到航天技术，硬件通信技术以及环境数据检测已经广泛的在工作中运用，例如智能硬件数据传输系统和基于智能通讯技术系统。
以至于之前没有的硬件通信地位变得也越来越突出。
从近几年来看，越来越多的硬件检测模块已经发展得到一定的水平，但是其中相对来说能够具有代表性的作品还是很少量。
本文密码锁系统的设计与制作运用单片机技术、数据传输技术以传感器检测技术，主要以社会用户为对象。
本系统的目的是能够实施对环境中的用户密码进行检测，并通过硬件设备进行用户提示给予提示。
能够在充分利用硬件检测设备以及数据传输实现对于家庭安保的智能高效检测管理，能够有效方便的对于用户人员提供相对应的保护，本文的硬件管理模块不但使得生物的基本生活能够得到稳定的保护，而且对于外部环境中的有效数据监测提供了坚实的依据。
综上所述。
本文密码锁系统的设计与制作能够促进环境的改善、人性化管理和处理效率方面，实现密码安保监控测必要且必须。
1.2研究现状
20世纪80年代后，随着电子锁专用集成电路的出现，电子锁的体积缩小，可靠性提高，成本较高，是适合使用在安全性要求较高的场合，且需要有电源提供能量，使用还局限在一定范围，难以普及，所以对它的研究一直没有明显进展。
目前，在西方发达国家，电子密码锁技术相对先进，种类齐全，电子密码锁已被广泛应用于智能门禁系统中，通过多种更加安全，更加可靠的技术实现大门的管理。
在我国电子锁整体水平尚处于国际上70年代左右，电子密码锁的成本还很高，市场上仍以按键电子锁为主，按键式和卡片钥匙式电子锁已引进国际先进水平，现国内有几个厂生产供应市场。
但国内自行研制开发的电子锁，其市场结构尚未形成，应用还不广泛。
国内的不少企业也引进了世界上先进的技术，发展前景非常可观。
希望通过不断的努力，使电子密码锁在我国也能得到广泛应用。
电子密码锁应用于金融业，其根本的作用是“授权”，即被“授权”的人才可以存取钱、物。
广义上讲，金融业的“授权”主要包括以下三种层次的内容：
①授予保管权，如使用保管箱、保险箱和保险柜；②授予出入权，如出入金库、运钞车和保管室；③授予流通权，如自动存取款。
目前，金融行业电子密码锁的应用主要集中在前两个层面上。
报警的前提是具备探测功能，根据电子密码锁的使用场所和防护要求，可选择多种多样的探测手段。
在中国的城市金融业中，实现联网报警已经成为对各金融网点的基本要求，根据国内外的实践经验，金融业实行安全防范风险等级很有必要，即依据使用的防盗报警器材的性能、安装布局和人员值守状况等，可以评估被防护物或区域的防护能力，得出风险等级，其中，电子密码锁的性能至关重要。
1.3研究工作安排
本次设计的密码锁系统不但要实现基本的检测要求而且我们要学习相关硬件开发技术。
要在软硬件系统相结合下实现其整个密码锁系统环境自动控制系统的要求，相关资料的查询要实现主要通过以下方式完成：
（1）相关文献资料学习：
通过知网相关论文的学术阅读以及相关开发技术的学习。
举例：
综合网上的相关研究资料以及图书馆的类似技术技术进行开发所需要的学习研究，也为后续的开发打下基础。
（2）硬件模块对照：
通过相似硬件模块的数据性能对比以及结合前期了解到本次系统所需要的硬件要求，再进行相关技术性能元器件的对比，进行最合适的检测模块的选择。
（3）模块实验验证：
进行硬件以及对应模块数据检测选择后，然后再通过不同模块的软件编程然后进行各个模块的初始化工作，完成对应的检测工作，确定各规格的硬件模块工作正常。
2.方案设计
2.1总设计方案设计
本次密码锁系统的设计与制作是通过硬件主机系统处理矩阵键盘回传的用户输入信号，通过显示器模块模块进行用户提示，当检测到多次密码输入的时候就会进声光报警。
为了方便系统的开发和研究，主要的研究内容可以分为以下几个方面：
（一）选择密码输入传感器，实时监测环境中的用户的密码数。
（二）围绕单片机进行相关逻辑模块衔接处理，完成本系统的主要工作。
（三）以单片机传输技术为核心，设计发送和接收电路，将监测的数据和控制数据发送给显示器。
（四）通过代码编程实现输入次数限制功能以及控制的实现。
2.2主控模块的选择
在此设计中，有两个选项可以选择主控制模块：
解决方案1：
使用STM32系列微控制器。
该内核使用由ARM生产和开发的Cortex-M3内核，并且属于ARM系列，能够与要的进行各种微信号的处理，由于其特殊的处理芯片选择，能够对于各模块的具体操作进行高效的回应。
高效干扰保护和高稳定性是本芯片最主要的特点。
由于具有占据很高市场份额，快速发展和很高利用率的一系列优点，并且此设计可能需要控制功耗，但是它的要求不是很高，因此不使用此解决方案。
解决方案2：
使用STC89C52微控制器，STC89C52微控制器是基于51核心设计的微控制器。
STC89C52微控制器还具有丰富的内部资源和异步串行通信接口，可用于本设计中.STC89C52微控制器的功耗较低，适用于智能家居设备。
STC89C52单片机可以存储8,000个字节的程序，该单片机具有大量数据，非常适合开发人员。
上述两种类型的微控制器相比，两种类型的微控制器都具有设计优势，但是STC89C52微控制器具有更高的成本效益，并且STC89C52微控制器的处理能更适合本次系统的开发。
因此在多种因素以及我们系统开发出来的健壮性以及高效性我们选择通过STC89C52作为主逻辑处理系统。
2.3键盘模块选择
本次设计对于键盘的选择，有以下两种方案：
一、采用独立按键。
独立按键为直接连接单片机I/O口的单个的电路,每个独立按键需要占用一个I/O,而按键之间为独立式的，独立按键在操作方面非常灵活，如果在不需要多个按键时，可采用独立按键进行设置，但是如果需要的按键较多，则会造成I/O资源的浪费。
二、采用矩阵按键。
矩阵按键有多种规格，一般为4*4或者2*3等规格，矩阵按键通过行扫描和列扫描的方式对按键进行读取，因此也可称为行列键盘。
因此如果需要的按键较多，例如输入数字、密码等，矩阵按键是一个非常好的选择。
通过以上对比，矩阵按键在需要按键较多时是很好的选择，可节省大量的I/O资源，由于本次本次设计需要的按键也比较多进行密码输入，矩阵按键相对来说更适合本次的要求。
因此本设计选择采用的是矩阵按键。
2.4交互模块的选择
几种常见的显示方案如下：
（一）选择LCD数码管，其数码管是用于显示比较少的系统，编程简单实现方便考虑到效率等因素，在进行相对应数据更快速以及显示要求低级的情况下使用数字电子管显示。
（二）使用LCD液晶屏,由于其模块的显示能够有效以及解放相关复杂的编程条件下,以及相关封装函数的成熟性下，它已经为人们所普遍接受并满足了公众的口味，用户不用考虑相对应的具体细节链接只要对应的相管脚相连接然后进行相对应的编程京能轻松实现目标的数据显示。
通过对以上两种方案的分析，本次需要提示的数据比较复杂。
可以得出结论，LCD液晶屏的操作更方便，因此本次设计的显示电路选择的是LCD液晶屏。
2.5总原理框架图
本次密码锁系统以52单片机为主控板，当键盘录入模块检测到输入数据进行储存器储存，然后通过单片机处理数据进行数据传输，也就是把检测的数据用来和于数据进行显示屏传输用于人机交互。
控制着通知用户进行检测工作，以及实现智能蜂鸣器报警工作。
功能模块图如下图所示：
2.6系统基本原则要求
（一）反应迅速：
由于当今社会的快速发展，各种办公场所和工作环境都需要提高硬件测试设备的便利性。
该系统设计的密码锁系统必须首先反馈模块测得的数据。
当检测到相应的监控数据时，将立即将相应的数据发送给用户，用户可以继续执行相关的后续处理，达到相应的逻辑控制要求。
硬件检测模块的反应性可以准确地影响用户体验的效果，实现其相应的硬件反应性非常重要。
（二）依赖可靠:
为了实现系统功能，整个系统不仅可以在前期工作中准确地达到设计目标，而且不能在后续开发中达到相应的设计要求。
这样的设计是我们所有人所期待的，因此在整个开发过程中，我们应该基于系统可靠的功能，以便用户可以依靠我们长期开发的设备来实现其特定目标要求。
在整个硬件测试和开发过程中，可靠的性能也很重要。
（三）方便后期排查:
在整个硬件测试过程中，我们必须将用户体验放在该项目的开发过程中，然后使用简单的模块技巧贯穿整个系统，让它可以进行友好的反馈和交互工作。
对于软件系统编程，必须对各种功能进行模块化和封装。
因为只有这样，它的功能实现才能在以后的错误故障排除和系统功能添加工作中反映出特定的完整性。
（四）性价指数达标：
在整个硬件控制模块的迅速发展下，令郎满目的产品已占领整个市场。
为了提高竞争力，可以在节省成本的前提下选择最合适的开发，避免了繁琐的硬件连接，简单而合适的编程语言，编程环境的选择，这次开发的测试系统上可能会有类似的产品，因此只有在完善的性能和成本选择方面才具有比较优势。
反映我们整个产品的优势。
达到我们设计密码锁系统的目的。
3.硬件设计
3.1主控模块
主处理芯片用过STC89C52和相应的外电路组成，由于频率稳定并且可以抵抗外部干扰，因此通常用于生成参考频率。
使用它来确保电路的频率精度。
晶体振荡频率为1.2至12MHz。
电容值会影响振荡器的稳定性和振荡器电路的频率。
为了加快微控制器的操作，增加晶振频率会增加系统时钟频率。
此外，晶体和电容器必须靠近微控制器，以使振荡器可靠地工作。
该系统选择了STC89C52最经典的11.0592MHz晶体振荡器。
对于上电复位电路，它必须位于每台单芯片计算机中。
用于初始化微控制器，等效于再次打开微控制器电源。
除正常的初始操作外，由于操作错误，系统会锁定。
增加此模块的RST可使您从当前状态恢复。
如果程序运行不正确，则可以使用相同的方法。
因此，本部分非常重要。
具体的电路图如下图所示。
3.2显示模块
本文选择用的是能够同一时刻显示两行多字节的LCD1602液晶显示屏，其显示屏能够实现多数据的同时提示以及对于用户能够实现简单的逻辑编程，而不用基于实现其硬件多个连接口的设置，更能够让用户集中思绪处理整体的逻辑交互提示工作，而不至于忽视系统的着重点。
通过各种电信号的处理以及总芯片的逻辑处理进行各种不同字符的输出控制，可以显示不同的字符。
原理图如图所示。
本次字符液晶可以显示32个字符，位置地址显示地址如下表所示：
显示字符
1
2
3
4
5
6
7
第一行地址
00H
01H
02H
03H
04H
05H
06H
第二行地址
40H
41H
42H
43H
44H
45H
46H
显示字符
8
9
10
11
12
···
第一行地址
07H
08H
09H
0AH
BH
···
第二行地址
47H
48H
49H
4AH
4BH
···
3.3蜂鸣器报警模块
声音报警模块的主要工作目的是当数据达到设定的阈值进行用户提示工作，具体的模块通过蜂鸣器以及各种外围设备实现，当到达相关报警阶段，相关模块的数据胡通过电平的高低数据来实现数据的传输，这样可以根据系统要求在监测数据值到达设定阈值进行声音提示，已达到报警的要求。
具体电路图如下图所示。
3.4矩阵模块
本次密码锁系统制作采用的是矩阵按键。
矩阵按键有多种规格，一般为4*4或者2*3等规格，矩阵按键通过行扫描和列扫描的方式对按键进行读取。
其在使用按键校多的时候，可以很好的节省I/O资源，因此如果需要的按键较多，例如输入数字、密码等，矩阵按键是一个非常好的选择。
所以本次设计选择矩阵按键不仅可以节省不少的I/O口，同时也让设计显得更加美观，因此设计选用矩阵按键作为本次设计的按键模块。
按键不同于其他操作，是否按下，是需要程序能否感应到有电流变化的，按键按下后，会发送一个电平，这里常见的情况就是，按下的时候，会由于人的手指抖动，产生多个电平，所以键盘扫描函数都有一个去抖动的函数，只有在送手的那一刻，才表示按键按下，也就是说，这里按键按下的检测标准是手指按下后松开的一瞬间，电平会产生变化，而不是按下的瞬间。
用4X4矩阵按键作为数字0-9的输入按钮和确认和修改密码的按钮。
具体电路图如下图所示。
3.5晶振电路模块
微型处理器其内部是不带时钟模块的，想要电路的正常运行，必须要添加晶体振荡模块，依次来产生单片机运行的原始信号，但是外部发生的信号是需要单片机去处理，比如线性放大，或者线性缩小，以此能够诞生单片机所需要的各种频率信号。
例如，声卡是我们最为常见的一种物体，它需要对信号进行采样，为此当要采样这么高的频率是频率发生器就需要给一个对应的时钟。
当想要该声卡模块对这两种信号都能够采样是，则需要两种不同的频率产生器，目前市面上的娱乐机声卡在面临成本与技术的问题上都没有很好的解决这样的问题。
目前市面上使用的震荡器模块最为常见的是石英晶体振荡器。
石英晶体振荡器具有高精度到稳定性的特点，石英晶体振荡器又被称为谐振器，是一种能够完全替换掉电感的晶体谐振元器件，该晶体振荡器普遍应用与泛的应用于手机，手表，冰箱，空调等一系列电子设备中，为其梳理数据能够产生基准信号。
在使用时，将晶体振子板上施加上一个交变的电压，这样会对就会长生一个晶体的变形，这种现象我们把它称为逆压电效应，当外界的电压的评率能够与晶体震动的频率一样时，会导致压电谐振，机械形变程度会变得很大。
具体电路图如图所示。
3.6电源模块
密码锁系统的研究与应用管理主要是通过5V直流进行整个模块正常工作的供电提供。
电源的整体电压提供通过USB或者简单的电池盒进行逻辑正常工作的供电，当按下相关开关按钮就能实现整个系统的通电以及整体回路的完成。
系统的稳定供电工作是需要5V的电压，电源模块的主要工作就是进行不稳的电压的过滤，让其电压再通过本模块的时候就必须是稳固的5V电压，而这一基本功能是通过电容的滤波实现的，因为本系统的整体工作电压的要求以及各个模块正常工作的要求，5V稳定的工作能够完全升任本次系统目标的实现。
供电原理图如下图所示。
4.软件流程设计
4.1设计思路
密码锁系统的研究与应用要实现多种模块数据传输以处理工作，如果在整体的软件编程工作时实现整体工作的编写，那么在后期的性能排错工作中大量的逻辑代码很难找出问题出现的地方，并且需要大量的人力物力，这样并不是我们系统开发想要遇到的，在整个系统的实现过程中，我们分块进行模块数据的处理，在整个小模块实现功能后就可以就在整个逻辑判断的过程中进行相关模块的调用，整体的总流程主要是实现其各个模块逻辑的调用，这样在我们后期找问题就非常的方便。
能够达到事半功倍的作用。
模块编程的好处如下:
（1）每个模块数据能够方便快捷的获取，并且可以单独调用处理排错;
（2）当出现相关数据问题时候，可以直接找对应的的子函数处理，减小排错范围提高办公效率;
（3）各个模块的数据回传非常方便，封装的函数也能减小整体内存的使用，提高整体系统的效能。
4.2硬件编程工具KEIL介绍
KEIL是微软公司推出的专门用于硬件变成调试的工作软件，能够给开发人员一个统一的开发病平台，便于各部门的统一调用，本平台所编成以及生成的代码能够快速的变成对应的文件，在整个系统的调用以及调试工程中也能够在友好快捷的界面提示系完成，这个平台在系统完成调试编码后就能够把整个代码转化为让硬件系统识别的机器代码格式。
然后通过硬件数据进行上位的代码烧录工作，整个过程能够方便快捷的实现。
由于当代计算机操控的发展，多种编程代码的能够使得用户任意选择，但是对于主流以及当代快速变成的是实现最好的还是能够架构C语言的KEIL平台的选择，本平台主要的优点不光是友好的界面方便用户实现相关的操作。
而且其中软件还集成了多种编译器以及多种函数库的本地下载，能够快速的是实现相应的函数库调用。
让我们在整个软硬件变成流程工作的是实现工作中，能够快速实现对应的无线网络搭建以及对应模块数据得获取以及判断。
用简单易学的C语言进行软件开发，能够大幅度提高开发速率，缩短开发周期。
因为MDK开发环境的高效，简单易用，这也是我选择KeiluVision5作为此次设计编程软件的原因。
软件的安装包可以通过网络获取资源，然后双击mdk514.exe开始安装。
安装路径可以根据自身情况进行修改，但是需要注意的是安装的路径不能包含有中文。
我本人将其安装到了D盘，在文件夹下需要设置安装的路径，点击Next，然后安装成功。
安装完成后就能实现编程工作。
4.3逻辑实现语言的选择
本次系统在硬件功能实现的基础上以及编程选择后就能进行相关的逻辑实现。
再整个硬件系统领域的变编程选择过程中，一般就是C语言或者汇编语言的选择，然是相对于汇编语言来说，枯燥麻木的代码以及数据处理工作，能够让其用户以及开发人员望而止步。
其对应的逻辑数据传输不便于用户的理解，可能整个或称对于相同的处理就会有多种不同方式的表达。
二而且在后期的排错过程中有十分大量的数据进行选择，对于用户来说有相当大的工作量要进行。
C语言在编写相应的逻辑来说，起就有通俗易懂的用户关键字提示，有利于用户的代码编写以及数据流的观察，并且C语言的融合性以及跨平台的特点能够让用户在不同的环境下进行系统调试工作，不仅在满足系统工作的前提下也能实现逻辑的工作选择，能够方便快捷的整体开发以及在后提取的代码检测以及错误排查过程中有非同小可的作用。
4.4工作流程设计
在整个数据的处理过程中，首先通过单片机、
升级会员 