家用电子密码锁设计报告概要.docx

1、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

2、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 MSP430F169 LCD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

3、. 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1-1 MSP430F169封装图 图1-2 MSPF2002封

4、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

5、，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1-5 LED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

6、等优点，所以最终选择采用LCD1602显示。图1-6 LCD1602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

7、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

8、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

9、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；(

10、6)、开锁电路： 驱动电磁锁；系统整体设计框图如下：MSP430F169 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 21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

11、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enter open_code! 输入密码时的显示input u

12、er_code!*密码是否正确？open success!open failed !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enter modify_code!输入密码时的显示input adm_code!*管理密码是否正确？若正确则输入新用户密码input new_code！*input error！再次输入新的用户密码input again！*两次密码是否一致？modify success！modify failed！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1

13、8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

14、，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

15、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