八位数字电子密码锁设计论文与单片机程序

电子密码锁 

一、引言

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的尤其的突出，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，受到了广大用户的亲呢。

设计本课题时构思了两种方案：一种是用以AT89C2051为核心的单片机控制方案；另一种是用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路控制方案。考虑到单片机方案原理复杂，而且调试较为繁琐，所以本文采用后一种方案。

二、总体方案设计

1、设计思路

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；如果用户输入密码的时间超过40秒（一般情况下，用户不会超过40秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警80秒，若电路连续报警三次，电路将锁定键盘5分钟，防止他人的非法操作。

2、总体方框图

三、设计原理分析

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。

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、键盘输次数锁定电路。

1、键盘输入、密码修改、密码检测、开锁及执行电路 .  

其电路如下图3-1-1所示：

图3-1-1键盘输入、密码修改、密码检测、开锁、执行电路

开关K1~K9是用户的输入密码的键盘，用户可以通过开关输入密码，开关两端的电容是为了提高开关速度，电路先自动将IC1~IC4清零，由报警电路送来的清零信号经C25送到T11基极，使T11导通，其集电极输出低电平，送往IC1~IC4，实现清零。                                                                                       

密码修改电路由双刀双掷开关S1~S4组成（如图3-1-2所示）, 它是利用开关切换的原理实现密码的修改。例如要设定密码为1458，可以拨动开关S1向左，S2向右，S3向左，S4向右，即可实现密码的修改，由于输入的密码要经过S1~S4的选择，也就实现了密码的校验。本电路有16组的密码可供修改。

图3-1-2密码修改电路                                                

由两块74LS112（双JK触发器，包含IC1~IC4）组成密码检测电路。由于IC1处于计数状态，当用户按下第一个正确的密码后，CLK端出现了一个负的下降沿，IC1计数，Q端输出为高电平，用户依次按下有效的密码，IC2~IC3也依次输出高电平，送入与门IC5，使其输出开锁的高电平信号送往IC13的2脚，执行电路动作，实现开锁。

执行电路是由一块555单稳态电路（IC13），以及由T10、T11组成的达林顿管构成。若IC13的2脚输入一高电平，则3脚输出高电平，使T10导通，T11导通，电磁阀开启，实现开门，同时T10集电极上接的D5（绿色发光二极管）发亮，表示开门，20秒后，555电路状态翻转，电磁阀停止工作，以节电。其中电磁阀并联的电容C24使为了提高电磁阀的力矩。

2、报警电路

报警电路实现的功能是：当输入密码的时间超过40秒（一般情况下用户输入不会超过），电路报警80秒，防止他人恶意开锁。

电路包含两大部分，2分钟延时和40秒延时电路。其工作原理是当用户开始输入密码时，电路开始2分钟计时，超出40秒，电路开始80秒的报警。图如下3-2-1所示

图3-2-1报警电路

                                                                                有人走近门时，触摸了TP端(TP端固定在键盘上，其灵敏度非常高，保证电路可靠的触发)，由于人体自身带的电，使IC10的2脚出现低电平，使IC10的状态发生翻转，其3脚输出高电平，T5导通(可以通过R12控制T1的基极电流)，其集电极接的黄色发光二极管D3发光，表示现在电子锁处于待命状态,T6截止，C4开始通过R14充电(充电时间是40秒,此时为用户输入密码的时间，即用户输入密码的时间不能超过40秒，否则电路就开始报警, 由于用户经常输入密码，而且知道密码，一般输入密码的时间不会超过40秒)，IC2开始进入延时40秒的状态。

开始报警:当用户输入的密码不正确或输入密码的时间超过40秒，IC11的2脚电位随着C4的充电而下降,当电位下降到1/3Vcc时(即40秒延时结束时候),3脚变成高电位(延时时是低电平),通过R15使(R15的作用是为了限制T7的导通电流防止电流过大烧毁三极管)T7导通,其集电极上面接的红色发光二极管D4发亮,表示当前处于报警状态,T8也随之而导通,使蜂鸣器发声,令贼人生怯,实现报警.

停止报警:当达到了80秒的报警时间，IC10的6,7脚接的电容C5放电结束,IC10的3脚变成低电平,T5截止,T6导通,强制使强制电路处于稳态，IC11的3脚输出低电平,使T7,T8截止,蜂鸣器停止报警；或者用户输入的密码正确，则有开锁电路中的T10集电极输出清除报警信号，送至T12（PNP），T12导通，强制使T7基极至低电位，解除报警信号。

3、报警次数检测及锁定电路

若用户操作连续失误超过3次，电路将锁定5分钟。其工作原理如下：当电路报警的次数超过3次，由IC9（74161）构成的3位计数器将产生进位，通过IC7，输出清零信号送往74161的清零端，以实现重新计数。经过IC8（与门），送到IC12（555）的2脚，使3脚产生5分钟的高电平锁定脉冲（其脉冲可由公式T=1.1RC计算得出），经T9倒相，送IC6输入端，使IC6输出低电平，使IC13不能开锁，到锁定的目的。电路图如下3-3-1所示：

图3-3-1报警次数检测及锁定电路

4、备用电源电路

为了防止停电情况的发生，本电路后备了UPS电源，它包括市电供电电路，停电检测电路，电子开关切换电路，蓄电池充电电路和蓄电池组成。其电路图如下3-4-1所示：

220V市电通过变压器B降压成12V的交流电,再经过整流桥整流,7805稳压到5V送往电子切换电路，由于本电路功耗较少，所以选用10W的小型变压器。

图3-4-1电源电路

由R8，R9，R6，R7及IC14构成电压比较器，正常情况下，V+V- IC14输出高电平，由T3，T4构成的达林顿管使继电器J开启，将其常开触电将蓄电池和电路相连，实现市电和蓄电池供电的切换，保证电子密码锁的正常工作（视电池容量而定持续时间）。其电路图如下3-4-2所示：

图3-4-2停电检测及电子开关切换电路

T1，T2构成的蓄电池自动充电电路，它在电池充满后自动停止充电，其中D1亮为正在充电，D2为工作指示。由R4，R5，T1构成电压检测电路，蓄电池电压低，则T1，T2导通，实现对其充电；充满后，T1，T2截止，停止充电，同时D1熄灭，电路中C4的作用是滤除干扰信号。其电路图如3-4-3所示：

图3-4-3  蓄电池自动充电电路

五、总结与体会

以上为实习期间所设计的电子密码锁电路，它经过多次修改和整理，以是一个比较不错的设计，可以满足人们的基本要求，但因为水平有限，此电路中也存在一定的问题，譬如说电路的密码不能遗忘，一旦遗忘，就很难打开，这可以通过增加电路解决，但过于复杂，本次设计未其中；用开关作74LS112的CLK脉冲，不是很稳定，可以调换其它高速开关或计数脉冲；电路密码只有16种可供修改，但由于他人不知道密码的位数，而且还要求在规定的时间内按一定的顺序开锁，所以他人开锁的几率很小；电路中未加显示电路，但可通过其它数字模块实现这一功能。这需要一段时间的进一步改进，如果有好的意见，希望老师给以支持。

通过这三周的学习，我感觉有很大的收获：首先，通过学习使自己对课本上的知识可以应用于实际，使的理论与实际相结合，加深自己对课本知识的更好理解，同时实习也段练了我个人的动手能力：能够充分利用图书馆去查阅资料，增加了许多课本以外的知识。能对protel 99、和EWB等仿真软件操作，能达到学以致用。对我们学生来说，理论与实际同样重要，这是我们以后在工作中说明自己能力的一个重要标准。

在实习中，我感受到了老师对学生的那种悔人不卷的精神，每天的固定时间，老师都来给我们指导，使我们少走弯路，顺利完成实习任务，请允许我向你们致意崇高的敬意，感谢你们，老师！

单片机源程序如下：

#include             

#include                

#include              

#define        uchar unsigned char      

#define        uint unsigned int

#define         data_IO P2

sbit     rs=P3^0;        //指令和数据寄存器 “1是数据，” “0是指令”

sbit     rw=P3^1;//读写控制，“1读” “0写”

sbit          e=P3^2; //片选信号

sbit      p=P2^7;

sbit   deng=P3^3;///响音乐的端口

sbit   md=P3^4;///修改密码时的灯

uchar  pwflag;//密码是否正确的标志位

uchar  count;//

uchar  gg=0 ;//只有输入正确的密码才能修改密码

uchar  cs=3 ;//输入密码的错误次数

uchar m[]={1,2,3,4,5,6}; ///初始密码

static uchar mbuf[6];///输入的密码

char d[32]={' ','I','M','P','O','R','T',' ','C','I','P','H','E','R',':',' ',

             ' ',' ','_',' ',' ','_','_','_','_','_','_',' ',' ',' ',' ',' '};//输入密码

code  char ks[32]={'C','O','N','G','R','A','T','U','L','A','T','E',' ','Y','O','U',

                          ' ','O','P','E','N','I','N','G',' ',' ','L','O','C','K','!',' '};////开锁

code char cw[32]={' ','C','I','P','H','E','R',' ',' ','E','R','R','O','R',' ',' ',

                              '~','~','~','~','~','~','~','~','~','~','~','~','~','~','~','~' };////错误          

code char xc[32]={' ',' ','A','M','E','N','D',' ','S','U','C','C','E','E','D',' ',

                  ' ',' ',' ',' ',' ','!','!','!','!','!','!',' ',' ',' ',' ',' '};//修改成功  

code char xg[32]={' ','A','M','E','N','D',' ',' ','C','I','P','H','E','R',':',' ',

                  ' ',' ',' ',' ',' ','_','_','_','_','_','_',' ',' ',' ',' ',' '};///修改密码*/

void yanshi(uint n)///////////////延时函数///////////////////////////////////

{

uint i;

  for(i=0;i}

void delay(uint n)///////////////延时函数///////////////////////////////////

{

uint i,j;

  for(i=0;i<1000;i++)

   {for(j=0;j   

}

void busy() ////////////////////判断是否忙////////////////////////////////////////

{data_IO=0xff;

rs=0; //写指令        ////////////////////

rw=1; //表示读状态    // 三个的状态表示 //

e=1;  //下降延//      // 判忙状态       //

while(!p);         ////////////////////

// e=0;

} 

void xiezl(uchar shuju) /////////////////////*写指令*/////////////////////////////

{

busy();/*yanshi(6500);*/

data_IO=shuju;

rs=0; //写指令        ////////////////////

rw=0; //表示写状态    // 三个的状态表示 //

e=1;  //下降延//      // 写指令         //

e=0;  /////////       ////////////////////

}

void w_dat(uint n)//////////////////写数据//////////////////////////

{

busy(); /*yanshi(6500) ;*/

  data_IO=n;

   rs=1; //写数据       ////////////////////

   rw=0; //表示写状态    // 三个的状态表示 //

   e=1;  //下降延//      //写数据         //

   e=0;  /////////       ////////////////////

  // return;

}

void xianshi(uchar js[]) //////////////////显示函数///////////////////////////////

{

  uchar h,v;

  xiezl(0x01); //清屏显示

  yanshi(2000) ;

  xiezl(0x80); // DDRAM地址的设置

for(h=0;h<16;h++)

   {w_dat(js[h]);  ///n表示有写几位数据

   yanshi(100) ;

   }

   xiezl(0xc0);//换行

for(v=(16);v<32;v++)

   {w_dat(js[v]);  ///n表示有写几位数据

   yanshi(100) ;

   }

}

void chushihua(void)///////////////////*液晶模块初始化*/

{ uchar i;

   rs=0; //写指令

   rw=0; //表示写状态

   e=0;  //使能

   for(i=0;i<3;i++)

   {

    xiezl(0x38);  //功能设置,8位,一行显示,5*7点阵

    yanshi(1000);

   }

    xiezl(0x38); //两行显示

    xiezl(0x0f); //显示开关控制位

    xiezl(0x18); //移位控制,光标和显示一起左移  

    xiezl(0x06); //设置输入模式

    xiezl(0x01); //清屏显示

    xiezl(0x80); // DDRAM地址的设置

    }

bit pwcmp(void)

{

        bit flag;

        uchar i;