电子密码锁总体设计方案Word文件下载.docx

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各个模块的程序编写严格按照该总体设计的初定方案进行。

本总体设计说明书详细分析系统的各种需求，综合小组中各个成员的意见，为以后的设计规划出一个蓝图，使以后的工作做到有步骤、有计划，并且对今后出现的各种可能情况作出预测和进行初步和适当的处理，使系统工作进程得以稳步和高效地进行。

2、背景介绍

在日常的生活和工作中,住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。

若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需携带多把钥匙,使用极不方便,且钥匙丢失后安全性大打折扣。

随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。

为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。

密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。

在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。

随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的问世，出现了带微处理器的智能密码锁，它除具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化管理、专家分析系统等功能，从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性，应用日益广泛。

此外，电子密码锁还具有以下独特的特点：

（1）保密性远远大于机械锁，随机开锁成功率几乎为零；

（2）密码可变。

用户可以经常更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降；

（3）误码输入保护。

当输入密码多次错误时，报警系统自动启动；

二、功能需求设计

1、任务和目标

本项目设计一种基于AT89C51单片机控制的电子密码锁，要求达到以下任务目标：

（1）可通过键盘输入密码控制开关的开锁和闭锁；

（2）可通过扩展的LCD显示器显示输入的密码；

（3）密码可以多次改写和重置；

（4）连续三次输入密码错误，报警装置开始工作，密码锁进入锁机状态。

2、功能需求简述

功能

具体阐述

1、密码输入及核对功能

●系统启动后，通过键盘输入初始密码“111111”，按下密码输入键进行确认，密码锁开锁，之后通过点击输入新密码键，输入6位新密码，点击新密码保存键，新密码保存；

●电子密码锁具有多组密码和管理员超级密码功能；

●如果密码正确，可进行开锁动作。

若密码不正确，系统将给出提示告知用户已经输入的次数，若三次错误输入后，系统自动锁定键盘，屏蔽所有操作，并显示“waiting....”；

●系统自动锁定时间为五分钟，锁定时间过后，系统提示“inputagain”，此时可重新输入密码，进行开锁操作；

●保密功能：

每次输入的密码数字，显示的均是“*”符号；

●当按下开锁键，系统将输入与密码进行检查核对，如果正确锁打开，否则不打开，并发出报警提示。

2、多组密码设置功能

●在用户设置了一组常用密码基础之上，可以另外在设置2组备用密码，以增加多用户使用功能，满足用户的基本需求；

●在用户丢失或遗忘一组密码后，可以通过另外的几组备用密码进行开锁并并对密码进行再次修改和设定，增加了密码锁使用的灵活性；

●可以设置一组超级密码“999999”，在任何情况下，凭借超级密码都可以开锁和修改密码。

3、报警功能

●设置密码锁开锁次数为3次，当输入超过三次还未开锁成功时，蜂鸣器报警30秒，并且锁定键盘。

十分钟内不能进行任何操作，等待锁定时间过后，解除警报，密码锁恢复输入功能，提示“inputagain”；

●在每一次输入密码后，系统都会以英文字符的形式给出输入密码正确与否，若是错误系统会给予警告。

4、个人密码更改功能

●密码可以由用户自己修改设定，锁打开后才能修改密码，修改密码之前必须再次输入密码；

●先用初始密码开锁，在开锁成功后点击“输入新密码”使系统进入修改个人密码状态；

●个人可以随设置新的密码，设置完成后点击“保存新密码”按键，新密码设置成功；

此该新密码和以前的密码都可以进行开锁操作；

●此时可输入6位新的个人密码，点击新密码保存，密码更改成功。

5、时间显示和计时功能

●系统启动后会自动显示当地的即时时间，显示方式为：

时-分-秒

●在输入密码时软前后相邻的两个密码符输入时间间隔超过10分钟，则系统自动放弃本次操作，返回到重新输入密码阶段

6、通信和数据传输功能

●先用密码开锁，成功后进入系统

●显示记录：

记录开门时间、密码类别。

●系统最多可以保存最近的40条记录，当记录超过40条时，每增加一条新记录，最早的一条旧记录将被覆盖掉。

●每条记录包含如下信息：

时、分、秒以及密码类别。

第二篇设计概述

一、详细设计方案的选择及设计思路概述

1、设计方案的选择

本次设计的密码锁在理论上可以利用多种设计方法及原理进行设计，依据设计的简单、高效、易于实现等原则，主要有两种设计方案可供选择，即：

数字电路控制和以AT89C51为核心的单片机控制两种方案。

现在对其两种方案进行可行性对比分析。

方案一：

采用数字电路控制。

其原理图下图1所示。

图1数字密码锁电路方案

电路由两大部分组成：

密码锁电路和备用电源（UPS），其中设置UPS电源是为了防止因为停电造成的密码锁电路失效，使用户免遭麻烦。

采用数字密码锁电路的好处就是设计简单。

用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路作为密码锁的核心控制，共设了9个用户输入键，其中只有4个是有效的密码按键，其它的都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入的密码无效，需要重新输入。

密码锁电路包含：

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：

采用一种是用以AT89C51为核心的单片机控制方案。

利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加多组密码设置、报警提示等控制功能。

其原理如下图2所示。

图2单片机控制方案

密码锁电路包含：

键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路。

通过比较以上两种方案，单片机方案有较大的活动空间，不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能，而且还可以方便的对系统进行升级，所以我们采用一种以89C51为核心的单片机控制方案。

利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，进行密码锁的设计工作以实现基本的密码锁功能。

2、初步设计思路概述

对于本次密码锁的初步设计，首先是要有一定的大概思路。

如下图3所示，本次设计选用单片机开发系统，以AT89C51单片机为核心，辅以扩展的键盘以及LCD显示模块组成完整的系统。

通过键盘采集输入的信息，与单片机内的储存值比较，如果密码正确，则开锁电路打开；

如果密码错误，给出错误提示。

若连续三次输入密码错误，蜂鸣器产生蜂鸣音，并且系统自动锁定键盘；

在以上工作的同时显示电路工作，同步显示符号“*”代替输入的数值。

图3最初设计思路框图

二、设计方法和技术条件

1、设计原则

系统总体设计原则如下分析，应该尽可能的满足密码锁的功能要求，包括程序启动功能、锁的基本功能、个人密码更改功能、多组密码设置、报警功能。

首先，通过键盘采集输入的信息，与单片机内的储存值比较，如果密码正确，则开锁电路运行，锁被成功打开；

如果三次密码错误，则报警系统自动进行提示，蜂鸣器产生蜂鸣音；

在以上工作的同时显示电路工作，同步显示输入数值。

在输入正确密码后，密码锁开锁，按输入新密码键，输入新密码，按下新密码保存键，则修改密码成功。

要再次开锁则需要输入正确的密码。

2、应用的技术分析

本次密码锁功能的实现，需要使用到以下关键技术：

（1）基于AT89C51单片机简单设计及外围扩展电路；

（2）键盘输入及单片机间的数据传输；

（3）LCD显示技术、动态输出及单片机间的数据传输。

（4）通信传输协议

3、设计者当前已具备的技术条件

在设计密码锁之前，本组四位成员基本上已经掌握了以下技术：

（1）课题组成员都参阅过相关的51单片机开发方面的书籍，熟悉AltimDesigner电路设计，有一定的电路设计基础；

（2）课题组成员王新恒对C语言函数库的调用有一定的了解，具备C语言程序设计开发经验；

（3）课题组成员牛庆渝、黄志辉熟悉PCB板的制作过程及protuse绘图，课题组成员于秀玲有一定的文学功底，有一定的能力撰写课题报告；

（4）各个成员都可以熟练的运用仿真软件proteus以及编译软件keil进行仿真实验和调试。

（5）对通信协议和传输有一定的了解

4、设计重点难点

完成本方案设计的重点和难点有以下几点：

（1）C语言程序设计和控制函数的调用；

（2）键盘模块和动态显示工作方式的LCD显示模块的控制；

（3）报警电路的设计；

（4）用AltimDesigner软件进行电路图设计；

（5）单片机于PC机的通信传输功能的实现。

第三篇系统总体设计方案确认

此次设计基于单片机控制的电子密码锁，根据任务和相关要求，结合主要设计条件，我们的总体方案设计如下：

本系统由单片机系统、矩阵键盘、电子时钟、LCD显示和报警系统等多个模块组成。

一、单片机模块

该密码锁设计采用以AT89C51为核心的单片机控制方案。

利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，进行电子密码锁的设计。

不但能实现基本的密码锁功能，还能添加警报提示。

1主要特性

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器。

它与MCS-51兼容，寿命：

1000写/擦循环，数据保留时间为10年。

全静态工作：

0Hz-24Hz三级程序存储器锁定，128*8位内部RAM32可编程I/O线，两个16位定时器/计数器，5个中断源可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。

下图4所示为AT89C51单片机图例：

图4AT89C51单片机

2主要接口说明

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流。

此外，P3口也可作为