家用电子密码锁设计报告概要.docx

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家用电子密码锁设计报告概要

设计报告

学校：

长安大学

参赛题目:

家用智能密码锁

学生姓名：

指导老师：

家用智能密码锁

摘要：

本作品以TI公司提供的MSP430F169单片机为核心，采用独立式键盘进行密码输入，利用单片机内部程序控制LCD显示，完成开锁、超次锁定、管理员解密、修改用户密码等基本密码锁功能，其间用LED进行状态指示。

该锁采用6v干电池供电，用户可通过拨码开关进入开锁模式或管理模式；用户选择开锁模式后，通过键盘输入密码，密码正确即可开锁，否则报警。

用户有3次机会输入密码，3次输入错误键盘被锁定，此时可以输入管理密码开锁；若用户进入管理模式，输入管理员密码正确，即可修改用户密码。

该作品通过设置管理员密码，并且不限定密码位数增强了密码的安全性，特别适用于家庭密码锁防盗，而且采用LCD1602实时显示状态，人性化的界面与提示特别符合家庭使用。

关键词：

密码锁独立键盘MSP430F169LCD显示

一、选题意义

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得尤为突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，电子密码锁由于其保密性高，使用方便，安全系数高，受到了广大用户的青睐。

本设计除实现普通密码锁基本功能外，还增设了管理员密码，使密码锁的安全性更高，并且采用LCD实时显示或提示，使用户操作起来更方便。

二、方案的设计比较与论证

关键部分方案的设计比较与论证：

1.单片机的比较与选择

由于本次比赛规定必须采用MSP430的单片机，组委会提供两种型号MSP430F2002和MSP430F247，故单片机只在二者之间选择。

F2002和F247都是TI公司推出的新系列低功耗16位单片机，片内集成了看门狗、定时器、A/D转换模块等，两个都可以实现密码锁的基本功能，但是，由于密码锁方案中键盘和LCD显示占用I/O口较多，而F2002只有14个管脚，所以决定采用F247；由于后期制作PCB板时出现了意外，只能临时改用F169替代247（F169与F247同为64脚封装且完全能够实现本设计要求功能）

图1-1MSP430F169封装图图1-2MSPF2002封装图

2.密码输入电路的设计比较与论证

方案一:

采用4X4行列式键盘，需占用8个I/O口。

当单片机I/O端口资源紧张时，采用行列式键盘是较好的选择，但由于行列式键盘各个按键之间容易产生干扰，并且行列式键盘要采用分行分列键扫描法读键，软件编程时比较复杂，所以不采用。

方案二：

采用独立按键，需占用12个I/O口。

采用独立键盘的好处是连接简单，各个按键互不干扰，并且软件编程相对简单。

考虑到MSP430F169的I/O口比较富余，所以决定采用此方案.

图1-3行列式键盘图1-4独立式键盘

3.显示电路的设计比较与论证

方案一：

采用普通7段LED数码管进行输出显示和提示。

LED数码管能够显示数字0-9，亮度也可以，但是消耗电能较大。

若采用LED显示，不仅会占用较多I/O口，而且密码位数会受到限制，显示也不够灵活；图5所示为六个数码管采用串行接法连接到单片机，虽然减少了I/O口，但是增加了软件编程的难度，所以不予采用。

图1-5LED串行显示电路

方案二：

采用LCD1602显示器。

采用LCD1602显示不仅硬件连接简单，只需三根控制线，八根数据线，而且可以分两行同时显示数字或者字母，因此显示更为灵活，可以利用这一点使得提示更加人性化，方便用户操作。

此外，LCD1602价格也很便宜，一块只要18元。

基于LCD1602具有显示容量大、可输出字母、占用单片机口线少、节省单片机时间、功耗低、价格便宜等优点，所以最终选择采用LCD1602显示。

图1-6LCD1602显示电路图1-7密码修改启动电路

其他部分电路的硬件设计：

4.密码修改启动电路的设计

普通密码锁通常只有一个用户密码，若用户忘记密码将会是件很麻烦的事情；本设计中增设了一个管理员密码，当用户忘记密码而无法开锁时，用户可以输入管理员密码来开锁；此外，用户还可以输入管理员密码，进入管理模式，进而修改用户密码。

万一用户密码被泄露了，用户只要及时修改密码，便可以防止被盗事件发生。

密码修改启动电路如图1-10所示，当开关断开时，单片机P3.3端口读入高电平，此时处于开锁模式；当开关闭合时P3.3口读入低电平，软件控制进入管理模式。

图1-8开锁控制电路

5.开锁控制电路的设计

开锁控制电路由驱动和开锁两级组成。

由D5、R1、T10组成驱动电路，其中T10可以选择普通的小功率三极管如9014、9018都可以满足要求。

D5作为开锁的提示；由D6、C24、T11组成。

其中D6、C24是为了消除电磁锁可能产生的反向高电压以及可能产生的电磁干扰。

T11可选用中功率的三极管如8050，电磁锁的选用要视情况而定，但是吸合力要足够且由一定的余量。

在本次设计中，由于电磁锁的价格太高，所以这部分电路未能制作，暂时用发光二极管指示开锁状态，绿灯亮，表示开锁，否则灯不亮。

6.报警控制电路的设计

由于市场上蜂鸣器种类很多，并且价格便宜，使用简单，所以报警电路直接采用3.3V驱动的蜂鸣器来完成。

当用户输入密码错误时，单片机P5.1脚输出高电平，蜂鸣器发声报警；当P5.1脚输出低电平时，蜂鸣器不发声。

7.指示电路的设计

采用市场上最常用的发光二极管来做状态指示。

单片机的P5.0,P5.1,P5.2分别接红绿黄三个发光二极管，后接一个限流电阻，防止电流过大烧坏二极管。

当单片机管脚输出高电平时，灯亮，反之，灯灭。

红灯亮表示报警，绿灯亮表示开锁，黄灯亮表示处在进入管理模式。

图1-9报警电路图1-10指示电路

8.电源电路的设计

由于MSP430单片机工作电压为1.8-3.6V，而LCD1602工作电压为4.5-5.5V，所以电源部分采用6V干电池供电，一条支路经过一个2千欧电阻降压后供给LCD，保证其正常工作；另一支路经过1N4001接稳压芯片AS1117-3.3,该稳压芯片属降压型稳压芯片，输出为3.3V，两旁并联的电容起滤波作用，使得输出电压更稳定，系统中除LCD外都使用3.3V电压。

图1-11电源及稳压电路

9.系统模块最终选择方案

经过上述的设计比较与论证，系统各模块采用的最终方案如下：

（1）、控制核心：

选用MSP430F169单片机；

（2）、键盘输入电路:

采用独立式键盘;

（3）、电源部分:

采用6V干电池供电，经AS1117稳压输出3.3V;

（4）、显示电路：

采用LCD1602液晶显示；

（5）、报警部分：

蜂鸣器；

（6）、开锁电路：

驱动电磁锁；

系统整体设计框图如下：

MSP430

F169

LCD显示电路

电源及稳压电路

报警控制电路

密码修改启动电路

键盘输入电路

LED指示电路

图1-12密码锁总体设计框图

三．作品功能简介和性价比评估

图1-13按键操作面板示意

1.作品功能简介：

按键的操作面板如图2－1所示，共计数字键10个，功能键2个。

键盘上还有3个指示灯和一个蜂鸣器。

10个数字键用来输入密码，另外2个功能键分别是：

删除、确认。

其中删除键的功能是当输入密码错误的时候，清除前面一位已经输入的数据，重新输入。

确认键的功能是确认输入的密码。

，当用户不小心三次输入密码都没有正确，键盘被锁定，这时可以使用管理员的密码来开门。

拨码开关是管理模式切换键，用来启动管理模式，进入修改密码的状态。

上面的3个指示灯L1报警状态指示灯，正常的情况下不亮，当用户输入密码错误时指示灯显示红色。

L2是开门指示灯，当用户正确的输入了密码后，此灯转变为绿色，表示开门，否则不显示。

L3是管理员状态指示灯，当拨码开关闭合后，指示灯自动点亮。

面板上还有一个蜂鸣器，其功能是当用户输入密码错误的次数超过了3次，鸣笛以示报警。

此外，在开锁过程或修改密码过程中LCD实时显示不同的字符串，来提示用户下一步的操作,每一步操作对应的显示见表1-1和表1-2

是

否

拨码开关断开，进入开锁模式

enteropen_code!

输入密码时的显示

inputuer_code!

******

密码是否正确？

opensuccess!

openfailed!

表1-1开锁过程显示字符表

是

否

拨码开关闭合，进入管理模式

entermodify_code!

输入密码时的显示

inputadm_code!

******

管理密码是否正确？

若正确则输入新用户密码

inputnew_code！

******

inputerror！

再次输入新的用户密码

inputagain！

******

两次密码是否一致？

modifysuccess！

modifyfailed！

表1-2修改密码显示字符表

2.作品性价比评估：

本设计采用主要器件价格如表1-3所示

器件

单价

MSP430F169单片机一片

38元

LCD1602显示器一个

18元

按键开关12个

6元

电路板一块

8元

其他元器件

5元

总成本

75元

表1-3整体方案采用器件价目表

需要说明的是本设计方案的成本估算是以自己手工制作计算的，如果应用于大批量生产的话，成本会降到很低，估计可以到50元左右；在以上的成本估算中未考虑到电磁锁部分，如果应用于家庭防盗的话电磁锁造价也应计算在内。

本设计方案与普通电子密码锁相比，功能更加丰富，有管理和用户两种模式实现不同的功能，另外密码位数不确定，最长可以设置16位密码，从而增强了密码的安全性和保密性，此外，采用LCD实时显示状态，进行操作提示，能够方便地与用户交互，容易被广大用户接受。

基于以上的分析，以比较低的成本实现普通密码锁不能实现的功能，并且安全性和可操作性都有很大提高，综合考虑本设计的性价比应该是比较高的。

四、程序设计

1．模块介绍

该家用智能密码锁系统的软件设计分为以下几个模块：

（1）主程序模块

主程序主要完成初始化、设置中断向量、检查拨码开关是否闭合、进入管理模式或开锁模式等等。

主程序的流程图1-14所示。

（2）键盘扫描及识别模块

键盘采用查询的方式，iskey程序用来判断是否有键按下，并完成键盘消抖功能；scankey程序用来读取键值并返回对应键的值；read_display_key用来将按键值存入一个数组，并在按键过程中实时显示“*”同时实现删除键和确认键的功能。

（3）显示模块

LCD1602可以同时显示两行字符，每行16个显示非常灵活。

显示部分需要用到clear_scr清屏程序，LCD_write_string显示字符串程序和LCD_write_char显示字符程序。

（4）密码比较及修改模块

Compare程序用来比较两个密码是否正确；copy程序用来实现修改用户密码的功能。

2.程序流程图

（1）主程序流程图如图1-14所示。

五、系统测试及结果分析

1.测试的方法与仪器

仪器：

计算机、单片机、万用表

测试：

（1）万用表负极接地，正极与各键盘的正极连接测试按键是否完好。

（2）用5V电压接LCD的正负极，测试LCD是否完好。

（3）接3.0V电源，接通发光二极管，测试指示电路。

（4）将单片机与计算机、外围电路相接，输入简单程序进行软硬联

调，确保各部分电路都能实现预期功能。

（5）稳压电路的测试：

测试稳压电路的输出与理论值比较，测试数据见表1-3。

2.测试结果与分析

（1）当键未按下时，电阻无穷大；当键按