基于单片机的电子密码锁的实现
摘 要：电子密码锁电路设计选用AT89C51单片机作为主控芯片，数据寄存器的选择是功率损耗较低的场效应管为单元电路的EEPROM AT24C02单片系统，同时配合输入、复位、显示、报警、开锁等电子电路，用C程序高级语言编写主控控制程序，设计出了一种能N次修密且有报警功能的密码锁电路。
关键词：单片机；密码锁；报警
引言
本设计是一种基于单片机设计的电子密码锁，不用实体的钥匙，用户只需要记住自己已经设置好的6位密码，通过键盘输入密码后，单片机控制程序验证通过便开锁，提高了安全性，同时由于可以无限次修改密码，大大提高了密码锁的可靠性。
1 设计方案的选择
本设计选用了AT89C51作为密码电子锁的主控元器件。具体思路如下：在主控元器件外，加用于输入密码的输入键盘，用于显示密码作用的LCD1602显示器，以及用于密码储存用的AT24C02芯片。开锁的时候密码输入正确则开锁，不正确则显示密码错误并发出报警。如果在一定时间内输入密码连续错误三次则系统自动死机一段时间。当用户需要更改密码时，选择修改密码后系统会提示输入原始密码，在正确输入原始密码之后，连续两次输入新密码并确定，则新密码设置成功。这种方案对密码锁的控制比较灵活，而且其安全性能较高。
2 工作原理
本设计是以单片机AT89C51为核心，由三大主要部分构成：接口电路采用四的平方阵列式键盘、八段式输出显示电路和控制电路。接口电路（4的平方阵列式键盘）含键盘式译码电子电路、时序信号产生电子电路、键盘扫描电路和弹跳消除电子电路。控制电路的设计含按键的数字输入、消除和存储；功能键设计、移位寄存器的控制与设计、密码的寄存、退位、消除与更改，警示信号的生成，解锁及核对密码。显示功能电路含选擇数据的电路、八段式显示电子电路。单片机通过比较输入密码与原来存储的密码来判断输入的密码正确与否，系统根据这个结果来控制密码电子锁是报警还是开锁，其电路是通过控制电磁感应线圈来控制开锁的。
2.1 主控芯片AT89C51的工作原理
AT89C51单片机是采用40条引脚双列直插式的器件，它有4k内存储器，一百二十八字节的RAM，外部有三十二个双向输入与输出口，优先级的五个中断和两层式嵌套中断电路，两组十六位可编译的定时计数电路，时钟振荡电路和两个串行通信口（全双工）[1]。此外，AT89C51可以通过软件编辑进行设置掉电和省电模式。掉电模式下单片机停止工作并保存数据，省电模式下，CPU可以在空闲时候暂停工作，而其他需要工作的系统则继续工作。
2.2 存储集成块AT24C02的电路原理
AT24C02集成块采用较低功耗的场效应管电路，内有256×8位的存储单元，且有体积较小、抗干扰能力较强、数据不易丢失、擦写次数多、写入速度快、工作电压宽等优点[2]。为了减少占用资源，AT24C02用I2C总线进行读写数据，I2C总线通过SCL以及SDA两根线把信息传输给连接在总线上的各个部件。由于对AT24C02片内程序的编写比较灵活，因此对于数据的读写存储很是方便。AT24C02存储器一次读写的数据最多为8个字节，大大的增加了读写速度。存储器AT24C02利用I2C的双向传输信息的特点令单片机与各个部件之间可以同时处于发送器和接收器工作状态，井井有条毫不紊乱。单片机通过振荡器发出控制命令来控制系统信息的传送方相，控制着密码锁的工作状态。单片机与其他工作部件之间每次接受指令之后都会发出已接受指令的信息。
2.3 液晶显示器1602LCD
此次电子密码锁的设计采用的是当下较为常用的液晶显示器。其选用的是1602型液晶显示器。具有显示内容多，耗能少等优点。1602型LCD液晶显示模块最多每行能显示16个字符，有EN，RS，R/W三个控制端口和8位数据总线，正常工作电压为5V，还能调节显示字符的对比度。
2.4 晶体振荡器
晶体振荡器可以产生控制系统工作的指令的初始频率，它是利用石英晶体的逆压电效应制作的，它可以通过系统电路改变其频率大小来适应各个工作阶段对时钟频率的要求。本设计选用其为密码电子锁提供时钟信号。
3 硬件系统的设计
在选定单片机AT89C51之后，根据单片机要正确设计与其相连的其他电路，外围电路一般包括：接口电路采用四的平方阵列式键盘、八段式输出显示电路和控制电路。接口电路（4的平方阵列式键盘）含键盘式译码电子电路、时序信号产生电子电路、键盘扫描电路和弹跳消除电子电路。控制电路的设计含按键的数字输入、消除和存储；功能键设计、移位寄存器的控制与设计、密码的寄存、退位、消除与更改，警示信号的生成，解锁及核对密码。显示功能电路含选择数据的电路、八段式显示电子电路。
3.1 键盘输入部分
键盘选择了4×4结构有16个按键的键盘。这种键盘功能多，而且相对较为节省端口。这种键盘把按键设置在行列线交点上，为了避免按键之间相互影响致使传输信息错误，各个行列线之间的信号要做恰当的处理以此来确定哪个按键被按下。
3.2 密码储存部分
AT24C02存储器存储空间大，耗能低，并且它体积相对较小、安全性能高、能有效抵抗外界干扰、可以多次擦写存储数据、读写速度快、工作电压宽等优点。为了减少资源占用，AT24C02用I2C总线进行读写数据，I2C总线通过SCL以及SDA两根线把信息传输给各个部件。由于对AT24C02片内程序的编写比较灵活，因此对于数据的读写存储很是方便。AT24C02存储器的所有字节都是以单一的操作方式读取，大大的提升了读写速度。单片机通过振荡器发出控制命令来控制系统信息的传送方相，并且控制着密码锁的工作状态。单片机与其他工作部件之间每次接受指令之后都会发出已接受指令的信息。
3.3 复位电子电路
复位指的是：让中央处理器与系统中的其余功能式电路都形成一个确定的起始状态，且从起始状态开始运行，举例：复位后起始状态为0000H，使电路在首个单元调命令。不论单片机是否开始接上VCC时候，或是停电后，还是故障后都要为变为起始状态。在回复原位中，P0口为对外呈现高组态，P1-P3口则输出“1”电压；系统外程序ROM PSEN选通信号无效。ALE（地址锁存信号）也为“1”电压。电路如图1所示，其在增加了手动式复位按钮，在VCC开通时，其C1上的电量教小，复位下拉电阻的电量接近VCC（RST 为“1”电压）。复位端的电量在C充电的过程中逐渐减小，当复位端的电量减小到某一数量后，则中央处理器则会离开复位态，因为C1较大，其确保了RST 高电压有效时间大于二十四个振荡周期，中央处理器能够确保复位。增添手动的复位按钮是为了避免死机时无法可靠复位。当复位钮按下后，C1通过R5放电。当C1放电完后，RST端子的电压通过R6与R5分压比值来确定。因R5< 3.4 报警电路部分 报警电路以蜂鸣器为核心元件，蜂鸣器在通电之后如果没有按键按下并不会发出声音。当用户在进行电子密码锁的功能操作时，每按下一次键蜂鸣器都会发出“嘀”的一声。在解锁过程中，用户输入密码若正确，报警器则会发出“嘀”的一声开锁；若输入密码错误并且错误，而且在一定时间内错误次数小于三次时，报警系统就会发出长鸣告警；若连续错误三次，报警器就会发出警报声并且系统会锁死键盘一段时间，从而可以有效的防止别人盗取密码，大大的提高了密码电子锁的安全性可靠性。 4 结束语 经实验验证，该电路设计可行，性價比较高等特点，符合住宅、办公室用锁要求，具有推广价值。 参考文献 [1]王千.使用电子电路大全[M].北京：电子工业出版社，2001. [2]李明喜.新型电子密码锁的设计[J].机电产品开发与创新，2004，12（3）：66-68. [3]叶启明.单片机制作的新型安全密码锁[J].家庭电子，2005，6（10）：34-38. 作者简介：刘彦甲（1984-），男，汉族，河南柘城人，硕士研究生，讲师，主要研究方向为电子信息技术应用。
