电子密码锁的设计与制作.docx
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电子密码锁的设计与制作
淮安信息职业技术学院
毕业论文
题目
电子密码锁的设计与制作
学生姓名
张山峰
学号
110121
院系
电子工程系
专业
电子信息
班级
110121
指导教师
徐传顺
顾问教师
摘要
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，被撬事件屡见不鲜；电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的青睐。
为了提高个人资料、部门文件档案的保密性和安全性，介绍了一种应用AT89C51中单片机设计的密码锁。
用户可以自行设置密码，并可以随时改密、多次改写和保存密码。
在宾馆、办公大楼、仓库、保险柜和家庭普遍适用。
经实验验证该密码锁具有安全实用成木低等特点，符合住宅用锁的要求，可作为产品进行开发。
关键词:
单片机;密码锁;AT24C02;液晶显示屏
Designofelectronictricklockbasedonsinglechipdevice
HanTuanjun
（ShannxiUniversityof"hechnology，Hanzhong723000，China）
Abstract;Withtheimprovementofscienceandtechnologyandthelivingstandardsofpeople,howtorealizethefamilyanti-theftthisproblemisparticularlyprominent,thetraditionalmechanicallockbecauseofitssimplestructure,brokeniscommon;Electroniclockbecauseofitshighconfidentiality,usegoodflexibility,highsafetycoefficient,gotthefavourofthemassesofusers.
Inordertoimprovethesecurityandsafetyofpersonaldata，thispaperintroducedanewdesigningmethodofelectroniccipherlocksbytheuseofAT89C51single-chipprocessor.Itcanbesetupsomeciphercode>changedmanytimesandkeptciphercode.Itissuitabletohotel，officesofbuilding,storehouses，safesandfamilies.Experimentsshowthatthedesignedcipherlockischaracterizedbyitslowcostandhighdegreeofsafetyandpracticality.Besides，itworks
wellasaresidencelockandhasgreatpotentialforcommercialdevelopment.
Keywords:
singlechipdevice;tricklock;AT24C02;LCD
第一章绪论
1.1国内外现状
目前，最常用的锁是20世纪50年代意大利人设计的机械锁，其机构简单、使用方便、价格便宜。
但在使用中暴露了很多缺点：
一是机械锁是靠金属制成的钥匙上的不同齿形与锁芯的配合来工作的。
据统计，每4000把锁中就有两把锁的钥匙齿牙相同或类似，故安全性低。
二是钥匙一旦丢失，无论谁捡到都可以将锁打开。
三是机械锁的材料大多为黄铜，质地较软，容易损坏。
四是机械锁钥匙易于复制，不适于诸如宾馆等公共场所使用。
由于人们对锁的安全性，方便性等性能有更高的要求，许多智能锁（如指纹辨别、IC卡识别）也相继问世，但这类产品的特点是针对特定指纹或有效卡，但能适用于保密要求高且仅供个别人使用的箱、柜、房间，其成本一般较高，在一定程度上限制了这类产品的普及和推广。
随着人们生活水平的提高，电子密码防盗锁作为防盗卫士的作用日趋重要。
电子密码防盗锁用密码代替钥匙，不但省去了佩戴钥匙的烦恼，也从根本上解决了普通门锁保密性差的缺点。
根据国外的统计资料显示,装有电子防盗装置的商业区或居民区盗窃犯罪率平均下降30%左右。
目前西方发达国家已经大量地应用这种智能门禁系统，但在我国的应用还不广泛，成本还很高。
1.2课题背景和意义
目前门锁主要用弹子锁，其钥匙容易丢失；保险箱主要用机械密码锁，其结构较为复杂，制造精度要求高，成本高，且钥匙丢失后安全性即大打折扣。
由于电子器件所限，以前开发的电子密码锁，其种类不多，保密性差，最基本的就是只依靠最简单的模拟电子开关来实现的，制作简单但很不安全，后为多是基于EDA来实现的，其电路结构复杂，电子元件繁多，但密码简单易破解。
随着电子元件的进一步发展，电子密码锁也出现了很多的种类，功能日益强大，使用更加方便，安全保密性更强，由以前的单密码输入发展到现在的，密码加感应元件，实现了真正的电子加密，用户只有密码或电子钥匙中的一样，是打不开锁的，随着电子元件的发展及人们对保密性需求的提高出现了越来越多的电子密码锁。
1.3电子密码锁
电子锁是采取电子电路控制，以电磁铁或者卫星电机和锁体作为执行装置的机电一体化锁具，相比传统的机械锁具，电子锁不使用金属钥匙，保密性、精度都有很大提高。
电子锁的发明思路，源自古代发明的自动机械，例如古希腊数学家赫伦的液压自动门，中国古代诸葛亮的木牛流马，它们以重力或蒸汽压力驱动，最广泛的用途乃是用在古代墓道的地下机关。
电子工业的诞生，使得以微小电量驱动机械成为可能，于是有了电子锁一日千里的跃进
1.4电子密码锁的特点
电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。
它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。
现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。
其性能和安全性已大大超过了机械锁，主要特点如下：
（1）保密性好，编码量多，远远大于弹子锁。
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，防止试探密码。
1.5电子密码锁的发展趋势
由于数字、字符、图形图像、人体生物特征和时间等要素均可成为钥匙的电子信息，组合使用这些信息能够使电子防盗锁获得高度的保密性，如防范森严的金库，需要使用复合信息密码的电子防盗锁，这样对盗贼而言是“道高一尺、魔高一丈”。
组合使用信息也能够使电子防盗锁获得无穷扩展的可能，使产品多样化，对用户而言是“千挑百选、自得其所”。
电子防盗锁应用于金融业，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，金融行业电子防盗锁的应用主要集中在前两个层面上。
下面将介绍几种在金融行业中使用较多的电子防盗锁以及它们的技术发展方向。
当然，以上所说的授权技术再高超，都必须由精良的“锁具”担当承载结构部件，实现开启、闭锁的功能，而且承担实体防护作用，抵抗住或尽量延迟破坏行为，让电子防盗锁“软、硬不吃”。
一般情况下，锁具防盗的关键是锁身外壳、闭锁的部件（如伸缩的锁舌或锁栓、锁扣盒锁扣板以及依靠电磁力直接闭锁的电磁部件等）的强度（应有足够的机械强度和刚度，能够承受一定数值、一定方向的静压力和冲击力以及力矩）、锁止型式（能承受某些方式和工具的作用）、配合间隙（防止采用机械的、电子的方法探入锁具内部而被开启）和布局（将薄弱的、与锁的开启直接相关的零部件和电路置于壳体保护之下，并且不易被识别出来）。
提高电子防盗锁之防护能力的必然途径是报警，在金融业的许多场所有人值守、有电视监控，具有报警功能，可以综合物理防范和人力防范两种作用。
报警的前提是具备探测功能，根据电子防盗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，电子防盗锁的性能至关重要。
第二章基于单片机的电子密码锁设计
2.1电子密码锁的设计原理
电子密码锁是一种通过密码输进来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。
它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品，适合做手机铃声的歌曲现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。
本文介绍的电子锁是以51系列单片机（AT89s1）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。
单片机接收键进的代码，并与存贮在EEPROM中的密码进行比较，假如密码正确，则驱动电磁执行器开锁；假如密码不正确，则答应操纵职员重新输进密码，最多可输进三次；假如三次都不正确，则单片机通过通讯线路向智能监控器报警。
单片机将每次开锁操纵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。
2.2电子密码锁的硬件设计
电子密码锁的硬件由核心处理模块#电源管理模块，执行模块组成，其电路结构如图2-1所示
图2-1电子密码锁结构图
2.2.1核心处理模块
核心处理模块是电子密码锁工作的核心，它不仅要对密码锁的信息进行处理，还要负责调度各种程序稳定的运行并控制其他模块，其模块主要由单片机，键盘，存储器，显示电路组成。
2.2.2电源管理模块
该设计需要使用+5V直流电源为整个电路供电。
电路中采用一个稳压器将输入的直流电源电压转换成+5V的电压。
电源自动切换电路选用LTC-4414器件。
通过LTC-4414对2个P沟道绝缘栅场效应管控制，实现2个电源高效“或”操作的自动切换电路。
2.2.3执行模块
执行电路通过单片机其中1个引脚线发出信号，经三极管放大后。
由继电器驱动电磁阀动作将锁打开的方案。
另外，报警电路采用时基集成电路555及其辅助元件构成，在联网的情况下，报警信号可通过串口扩展网络发给主控制器，提醒管理人员注意。
2.3电子密码锁的软件设计
电子密码锁的软件设计是整个电子密码锁可靠安全运行的关键，为了提高电子密码锁的安全性能，该设计引入安全体系概念，即在设计时建立一般的指导原则和约束条件，为电子密码锁提供了安全服务和安全机制，使其软件程序构成一个完整的安全体系结构。
安全体系主要是由4种安全服务和4种安全机制构成，其中安全服务包括：
鉴别、访问控制、信息机密性、信息完整性；安全机制包括：
鉴别交互机制、访问控制机制、加密、信息完整性。
安全体系主要是通过软件设计来实现的。
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharshow_val[4];
uinta[2][4];
ucharinit_val[4]={3,4,5,6};
ucharcodesum_k[4]={0x7f,0xbf,0xdf,0xef};
sbitfengm=P3^2;
uintaa,ss=0;
uinti=0,j;
sbitxiug=P3^4;
sbitled=P3^5;
ucharkey;
unsignedcharcodedisp_code[]={
0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,
0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xbf};
unsignedcharcodekey_code[]={
0XEE,0XDE,0XbE,0XED,0XDD,0XBD,0XEB,0XDB,0XBB,0XE7,0XD7,0XB7,0xbb,0x7b,0xe7,0xd7,0xb7,0x77};
voiddelayms（uintms）
{
uchart;
while（ms--）
{
for（t=0;t<120;t++）;
}
}
uintcheck_input_pw（）
{uinti,k;
k=0;
for（i=0;i<4;i++）
{if（show_val[i]!
=init_val[i]）k=1;}
returnk;
}
voiddelay0（ucharx）
{
uchari;
while（x--）
{
for（i=0;i<13;i++）{;}
}
}
ucharkeyscan（）
{
ucharscan1,scan2,keycode,j;
P2=0xf0;
scan1=P2;
if（（scan1&0xf0）!
=0xf0）//判键是否按下
{
delayms（30）;//延时30ms
scan1=P2;
if（（scan1&0xf0）!
=0xf0）//二次判键是否按下
{
P2=0x0f;
scan2=P2;
keycode=scan1|scan2;//组合成键编码
for（j=0;j<=15;j++）
{
if（keycode==key_code[j]）
{
key=j;return（key）;
}P2=0xf0;
scan1=P2;
while（（scan1&0xf0）!
=0xf0）
{
delayms（30）;P2=0xf0;scan1=P2;
}
}
}
}
elseP2=0xff;
return（16）;
}
voidkeydown（）
{uintfinish=0;
P2=0xf0;
if（（P2&0xf0）!
=0xf0）
{
keyscan（）;
if（key<10）
{
P1=sum_k[i];led=1;
P0=disp_code[key];
show_val[i]=key;
i++;
if（i==4）i=0;
}
if（key==10）
{
P1=0XFF;led=0;
if（check_input_pw（）==0）
{
led=0;P0=0xf0;aa=0;
while
（1）
{P2=0xf0;
if（（P2&0xf0）!
=0xf0）
{
keyscan（）;
if（key==11）
{led=0;P0=0x70;i=0;
while
（1）{P2=0xf0;
if（（P2&0xf0）!
=0xf0）
{keyscan（）;
if（key<10）
{P1=sum_k[ss];led=1;
init_val[ss]=key;
P0=disp_code[init_val[ss]];
ss++;
if（ss==4）
ss=0;}
if（key==10）{P1=0XFF;break;}
}
}
}
}
if（xiug==0）{led=0;P0=0x0f;P1=0Xff;break;}
}
}
else
{
led=0;P0=0x00;aa++;
if（aa==3）{aa=0;fengm=0;i=0;}
}
}
if（key==11）
{fengm=1;led=0;P0=0x0f;P1=0Xff;i=0;}
}
}
main（）
{
while
（1）
{
keydown（）;
}
}
第三章电子密码锁的系统原理、设计程序及流程图
3.1系统原理简介
电子密码锁由电路和机械两部分组成。
本实验设计的电子密码锁可以完成密码的修改、设定及非法人侵报警、驱动外围电路等功能。
从硬件上看，它由六部分组成，它们分别是:
LED显示器，显示亮度均匀，显示管各段不随显示数据的变化而变化且价格低廉，它用于显示键盘输人的相应信息;无须再加外部EEPROM存储器，且外围扩展器件较少的AT89C52单片机，它是整个电路的核心部分;振荡电路如图1所示，
它为CPU产生赖以工作的时序;复位电路如图2所示，
它使CPU与系统中的其他部件处于一个确定的初始状态;还有键盘与外围设备等部分。
键盘有16个按键，现
用到了其中的14个，如图3所示。
0~9十个数字键，开、关门控制键，密码修改键与确定键。
现设汁的电子密码锁具有3位密码.它们分别是“0,0,0，一开始就被分别保存在三个地址中。
当输人密码正确时，按开门键。
LED显示‘，A,.,显示灯绿灯亮，开门电机工作。
显示灯是通过CPU输出的一个高电平，通过三极管放大，驱动继电器吸合，使外加电压与发光二极管导通，从而使绿灯发光，电机工作。
按下关门键后，LED显示“9",
显示灯黄、灯亮，关门电机工作。
现在来进行修改密码操作。
修改密码实质就是输人的新密码去取代原来的旧密码密码的存储用存储一位地址加1,密码位数减1.当三个地址均存人一位密码，即密码位数减为零时，密码输入完毕，此时按下确认键，新密码产生，跳出子程序。
为防止非管理员任意的进行密码修改，必须输人正确密码后，按修改密码键（此刻显示管均处于熄灭状态）才能重新设置密码密码输人值的比较主耍有两部分，密码位数与内容，任何一个条件不满足，都将会产生出错信息当连续三次输入密码出错时，就会出现报替信息，LED显示出错信息“一”，蜂鸣器鸣叫、红灯亮提醒管理员。
3.2程序与流程图
电子密码锁软件采用51系列单片机汇编语言对智能报警和电子锁具进行编程。
包括了键盘扫描程序、LED显示程序、延时程序、智能化分析程序等
.3.2.1延时程序
快速运转的CPU与反应速度较慢的芯片之间存在着很大的矛盾为了解决这个矛盾，就要使用延时时间怡当的延时程序。
在进行密码锁调试时，经常遇到密码输人出错的现象，产生这种现象的根本原因就是，按下一个键时CPU已经读人了几百回，它与实际所需的要求出现了偏差，这时就需要用延时的方法来解决这个问题。
下面是为了实现较长时间的延时子程序，而采用的多重循环子程序来实现。
本研究所采用的双重循环的子程序如下。
源程序机器周期数
DELAY:
MOVk5，#OFFH1
LAYO:
MOVk6，#03H1
.LAY1:
NOP1
NOP1
DJNZR6.LAY12
DJNZR5.LAY02
此程序内循环一次所需机器周期数一1+1+2=}个
内循环总的机器周期数=4}3+1--13个
外循环一次所需机器周期数二4+13=17个
外循环总的机器周期数二17}255+1+2=4338个
所以该子程序最长的延时时间t=总的机器周期数人*12/fosc
3.2.2键盘扫描流程图
要让按键键人正确的键盘信息就要处理好按键开关的抖动问题。
为了消除抖动采用了延时程序与按键按下、释放判别。
对于键的各程序采用不断查询的方法，检测是否有键按下若有键闭合则去除键抖动，判断键号并转人相应的健处理。
流程图如图4所示。
3.2.3密码修改流程图
为了让电子密码锁实现修改密码功能，本研究进行了多次尝试，最后确定了如上方案。
流程图如图5所示。
3.2.4总结
该电子密码锁充分利用了51系统单片机软、硬件资源，引入了智能化分析功能，提高了系统的可靠性和安全性。
它的各种优势相信定会受到广大用户的欢迎。
另外，电子密码锁若与串行通信结合在一起将会成为宾馆、工厂、学校等需要进行统一管理的建筑群不可缺的商品，它将具广泛的应用领域，总电路图如图6所示
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