魏雅，杜云

（陕西工业职业技术学院 陕西 咸阳 712000）

基于单片机的电子密码锁设计

魏雅，杜云

（陕西工业职业技术学院 陕西 咸阳 712000）

针对安全性差的机械式锁具的改进，本系统采用多优点的单片机作为核心控制部件；通过软硬件设计、分析、调试，实现了单片机智能控制的电子密码锁。它能修改并存储锁的密码、超次报警、超次锁定、密码错误能报警防盗等。整个系统的电路结构简单，可靠性高，易操作。具有一定的实用价值。

单片机；软硬件控制；电子密码锁；超次锁定；易操作

在日常的生活和工作中，住宅、部门与金融机构的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需携带多把钥匙，使用极不方便，且钥匙丢失后安全性就大打折扣。具有防盗报警等功能的电子密码锁代替安全性差的机械式密码锁已是必然趋势。密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作、记住密码即可开锁等优点。目前使用的电子密码锁大部分是基于单片机技术，以单片机为主要器件，其编码器与解码器的生成为软件方式。

1 硬件设计

本系统由AT89S52单片机系统、4×4矩阵键盘、LCD1602显示部分和报警系统等组成，具有设置、修改六位用户密码、超次报警、超次锁定、密码错误报警等功能。此设计中采用单片机的P0口控制LCD显示，密码正确显示password ok！密码错误显示password error！超过3次输入错误自动锁定。由P1口控制矩阵键盘含有0～9数字键和A-F功能键。除上述基本的密码锁功能外，依据实际的情况还可以添加遥控功能。系统总体的设计框图如图1所示。

图1 系统结构框图

1）最小系统设计

单片机最小系统[5]如图2所示，主要由复位电路和晶振电路构成。复位电路由两个电阻、一个开关、一个电容构成。当按下复位按钮的瞬间，R1、C3电路充电，RST引脚端出现正脉冲，只要RST端保持两个时钟周期以上的高电平，就使单片机有效的复位。晶振电路由两个电容、一个晶振构成。在引脚XTAL1和XTAL2外接12 MHz晶体振荡器，就构成了内部振荡电路。XTAL1和XTAL2还分别外接了电容C1、C2。两个电容分别起稳定振荡频率、快速起振的作用，电容值选 20 pF，内部振荡方式所得到的时钟信号比较稳定，应用较多。

2）声光报警电路设计

本系统使用的蜂鸣器产生的声音是利用程序产生频率，送到输出端口控制输出的。利用LED灯表示输入密码正确与否，红色（D2）表示密码错误，蜂鸣器发出报警声，密码正确时，LED绿色（D1）灯亮，报警电路如图3所示。

3）键盘设计

设计采用行列式键盘，在4*4矩阵式键盘[4]中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口就可以控制构成4*4=16个按键。在这种行列式矩阵键盘的单片机系统中，键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。把每个键都分成水平和垂直的两端接入，比如说扫描码是从垂直的输入，那就代表那一行所接收到的扫描码是同一个bit，而读入扫描码的则是水平，扫描的动作是先输入扫描码，再去读取输入的值，经过比对之后就可知道是哪个键被按下。

比如说扫描码送入01111111，前面的0111是代表此时扫描第一行P1.0列，而后面的1111是让读取的4行接脚先设为VDD，若此时第一行的第三列按键被按下，那读取的结果就会变成01111101，其中LSB的第三个bit会由1变成0，这是因为这个按键被按下之后，会被垂直的扫描码电位短路，而把读取的LSB的bit电位拉到低电平0。

由于这种按键是机械式的开关，当按键被按下时，键会震动一小段时间才稳定，为了避免让8051误判为多次输入同一按键，必须在侦测到有按键被按下时，就Delay一小段时间，使键盘以达稳定状态，再去判读所按下的键，就可以让键盘的输入稳定。键盘控制电路如图4所示。

图2 单片机最小系统

图3 报警电路

图4 键盘电路

4）开锁机构设计

用户通过LCD[6]提示信息，用键盘输入正确密码，从而达到开锁的目的。当用户输入的密码正确并且是在按下确定键，单片机便输出开门信号，送到开锁驱动电路，然后驱动电磁锁，达到开门的目的。开锁电路由驱动和开锁两级组成。如图5所示，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可以满足要求。D5作为开锁的提示；开锁部分由D6、C4、T11组成。其中D6、C4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，基于节省材料的原则，暂时用发光二极管代替电磁锁，发光管亮，表示开锁；灭，表示没有开锁。密码锁开锁机构如图5所示。

图5 密码锁开锁机构电路图

2 软件设计

软件设计用功能较强大的C语言[2]编写，程序编写简单，调试[3]方便，具体软件的设计流程图如图6所示。

3 结论

单片机电子密码锁主要用矩阵键盘扫描技术、单片机、LCD显示器、声光报警、开锁等电路组成。结合硬件，通过C语言程序控制，用proteus仿真[7-10]调试，其可以方便的使管理员修改密码，用户可以输入密码并方便开锁，超次可以报警并锁定。结构简单，实用价值较高，有广泛的应用前景。

图6 软件设计流程图

[1]丁向荣.单片机应用系统软件中抗干扰技术的探讨[J].电脑编程技巧与维护，2012（10）:8-10.

[2]刘建清.轻松玩转51单片机：魔法入门.实例解析.开发揭秘全攻略[M].北京航空航天大学出版社，2011.

[3]熊建平.基于proteus电路及单片机仿真教程[M].西安电子科技大学出版社，2013.

[4]袁可为.单片机控制密码锁设计[J].信息通信，2012（10）:46.

[5]武红玉.电子密码锁的设计[J].机械与电子，2012（10）:185.

[6]韩团军.基于单片机的电子密码锁设计[J].国外电子测量技术，2010（29）:58-61.

[7]郑棣，徐迎春.基于单片机的电子密码锁设计[J].福建电脑，2012（28）:105-107.

[8]金桂，向国梁.基于C语言STC89C52单片机电子密码锁的设计与仿真[J].现代电子技术，2010（19）：176-178.

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[10]雪峰，李腊元，杨威棣.单片机电子密码锁加密模块的研究与设计[J].自动化仪表，2012（5）：70-72.

The design of electronic password-lock based on MCU

WEI Ya，DU Yun
（Shaanxi Polytechnic Institute，Xianyang 712000，China）

Aiming at improving the mechanical lock and poor security，the system uses the advantages of multi microcontroller as the core control unit，Through the design，analysis and debugging of the hardware and software，the electronic password lock of the single chip microcomputer intelligent control is realized.It can modify and store the password lock，super alarm，super lock，password error alarm anti-theft also.The circuit structure of the whole system is simple，eigh reliability andeasy operation.Ithas certain practical value.

single chip microcomputer；software and hardware control；electronic cipher lock；super lock；easy operation

TN47

A

1674－6236（2016）15-0165-03

2015-09-08 稿件编号：201509065

陕西省咸阳市科技局项目（2014KT-25）

魏 雅（1973—），女，陕西眉县人，硕士，副教授。研究方向：电子信息。