摘? 要：科技的飛速發(fā)展雖然為我們的生活帶來了各方面的便利，但是對人們的信息安全、隱私安全也提出了挑戰(zhàn)，以往的門鎖已經不能夠滿足人們現在的需求，為了更好地維護人們的安全和隱私，越來越多類型的鎖具被研制出來。電子密碼鎖的出現，改變了以往鎖具開鎖流程簡單、安全性能差的缺點，進入市場后被廣泛應用于家庭、超市等場所。電子安全密碼鎖是由電子電路控制的，采用觸摸鍵盤的方式開鎖，在保密性、靈活性和操作便捷性上都要優(yōu)于傳統(tǒng)的鎖具。文章就單片機電子安全密碼鎖的總設計流程及各個部件的設計思路與電路進行了簡單的闡述，并對單片機電子安全密碼的軟件與硬件的調控進行了簡單的講述。

關鍵詞：單片機;電子安全密碼鎖;電子密碼鎖設計

中圖分類號：TP368.1? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）02-0045-03

Abstract：Although the rapid development of science and technology brings convenience to our life，it also challenges peoples information security and privacy security. The previous door locks cant meet peoples current needs. In order to better maintain peoples security and privacy，more and more types of locks have been developed. The emergence of electronic password lock has changed the shortcomings of simple lock opening process and poor security performance in the past. After entering the market，it is widely used in families，supermarkets and other places. Electronic security code lock is controlled by electronic circuit. It is better than traditional lock in security，flexibility and operation convenience by using touch keyboard. In this paper，the general design process of the electronic security code lock of single chip microcomputer and the design ideas and circuits of each component are simply described，and the regulation of the software and hardware of the electronic security code of single chip microcomputer is simply described.

Keywords：MCU;electronic security combination lock;electronic combination lock design

0? 引? 言

鎖具的研制既要操作簡單，還需要達到保密性良好這一點要求，這是所有鎖具在研制時的兩大要素。傳統(tǒng)的鎖具易因鑰匙丟失造成無法開鎖的現象，而靠IC卡控制的鎖具雖然方便了不少，但IC卡在一些磁性較強的地區(qū)會失去磁性，也有可能導致出現無法開鎖的情況。這兩類鎖具都沒有達到真正意義上的方便和安全。計算機行業(yè)的發(fā)展影響了許多行業(yè)，電子鎖的出現很大程度上是由于計算機行業(yè)的發(fā)展及其與各個領域的融合與應用。電子密碼鎖在保證傳統(tǒng)鎖具普遍具有的性能外，因其自身的特性，具有密碼重置的功能，更加人性化，又因其操作方法簡單，成本低且安全性高等優(yōu)點，其應用價值與發(fā)展前景都十分良好。基于這個思路，本文以本校主要研究和學習的單片機型號，設計了一款以AT89S51單片機為主要單元的電子鎖。除開鎖功能外還包含密碼修改功能、報警功能等，并通過軟件、硬件的調試完成本次設計。

1? 單片機電子安全密碼鎖的總設計思路

1.1? 總體設計思路

對電子密碼鎖的選擇，雙JK觸發(fā)器為主的電路控制系統(tǒng)的操作相對復雜，因此在本次設計中不選用。而相對于雙JK觸發(fā)器為主的電路控制器，由單片機為核心的電子密碼安全鎖能夠更加準確地進行控制，其豐富的I/O端口還能添加其他功能，使膽前級電子密碼鎖在實際應用中能帶來更好的使用體驗。在進行單片機的電子安全密碼鎖的設計上，選用AT89S51為主要單元，結合其他控制程序設計了一款包含修改密碼、報警裝置及提示燈等功能的電子密碼鎖。在進行電子密碼鎖的總設計時，要先確定總體構思，如輸入設施、電路及各種構件的大體設計內容。單片機電子安全密碼鎖需要包括以下幾個部分：輸入密碼的鍵盤部分、顯示屏部分、輸入錯誤密碼后的警示部分，以及密碼重置和密碼輸入的次數限制部分等。因此，整個電路的設計要涵蓋報警、開鎖、光提示、鍵盤、復位等多個電路，對各個構件的電路設計應當將這些充分考慮在內。此外，因電子密碼鎖的特殊性，為了預防停電、電路故障等導致無法供電的現象發(fā)生，需要在設計時添加掉電存儲設計，以保證單片機電子密碼鎖在停電狀態(tài)下依然能夠投入使用。

1.2? 軟件設計

在進行初始設計時，單片機電子密碼鎖通過功能鍵盤的掃描來檢測子程序，人為地的選擇密碼的輸入或者修改。選擇開鎖后則執(zhí)行相應的指令，根據提示輸入開鎖密碼時，液晶顯示屏同步顯示輸入的密碼，并通過相應的程序實行密碼保密措施，即通過顯示*來表明輸入的字符數。密碼輸入完成后，與密碼存儲模塊的密碼比對，一致則執(zhí)行開鎖指令，操作完成，不一致則重新進入密碼輸入位。若選擇密碼修改操作，根據提示選擇輸入舊密碼進入判斷位，若正確進入下一步操作，錯誤則重新進入舊密碼的輸入模塊。舊密碼輸入正確后可選擇是否清除舊密碼，選擇返回后重回上一步操作，選擇確認則根據提示輸入新密碼，再次確認新密碼后完成密碼的修改，返回密碼鎖的初始狀態(tài)。以上為單片機電子密碼鎖的主函數模塊的設計。

2? 單片機的選擇

AT89S51是一種低功耗、高性能的8位單片機，它含有40個引腳，其輸出引腳和指令系統(tǒng)能夠和51系列的單片機兼容。AT89S51單片機具有的三級程序存儲保密的性能，在開發(fā)時更加簡單快速等優(yōu)點都增加了它的實用性。AT89S51單片機內配置了CPU和可在線編寫的Flash存儲單元，片內帶有4 KB的可反復擦寫的只讀存儲器和12bytes的隨機存儲器，32個外部雙向輸入/輸出端口以及兩個16位的可編程定時計數器，且在設計需要時能夠通過在串行口上接移位寄存器來實現I/O口的擴展。功能強大且靈活性高的AT89S51單片機是此次單片機電子安全密碼鎖設計中的主框架。

3? 各部件的設計原理

3.1? 鍵盤的設計

對于鍵盤的設計，首先需要保證鍵盤涵蓋輸入密碼的數字按鍵和確認、修正密碼的功能按鍵。在鍵盤的選取上有獨立按鍵式鍵盤和行列式鍵盤兩類，由于本次設計包含除輸入密碼外的其他功能，因此在鍵盤的設計上選用了行列式鍵盤。在此次設計中采用的4*4鍵盤能夠完美滿足除密碼輸入外還包含其他功能的設計，并且使用的I/O線數目較獨立式按鍵鍵盤要少很多，更加簡潔。在鍵盤的電路組成上，其行線與列線都含有四條，行線與列線的交叉處并不相通，而是通過按鍵進行連通。矩形鍵盤上共含有十六個按鍵，按鍵的設置需要設置于行列的交叉點上。在按鍵是否按下的判別上，需要通過控制電平進行實驗。

3.2? 開鎖模塊

在開鎖電路的設計上，在用戶輸入密碼時，輸入的數值將直接進入密碼存儲區(qū)，通過密碼存儲模塊進行識別，當用戶按下確認鍵后，若密碼正確，密碼鎖執(zhí)行對應的程序，由單片機發(fā)出信號來使電磁鎖吸合，通過電磁鎖的吸合達到開鎖的效果。密碼輸入的正確與否可通過顯示器和指示燈進行辨別。只有在用戶操作鍵盤時，單片機電子密碼鎖才能夠鏈接較高功率的電源，否則密碼鎖將處于節(jié)電狀態(tài)。

3.3? 復位模塊

復位模塊是為了防止在密碼輸入或密碼鎖在使用過程中遇見無法開鎖的情況而設置，因此需要復位鍵來對單片機電子密碼鎖的設置進行復位，使所有部件處于初始狀態(tài)，對這一狀態(tài)進行記錄并以這個狀態(tài)重新開始工作。本次設計采用的是簡單的手動復位鍵，操作起來較為簡單，也能有效避免死機狀態(tài)下為開鎖和復位造成的影響。在按下復位鍵時，相應的電容及高電平有效時間都會有所增加，以確保CPU能夠進行準確的復位。

3.4? 顯示模塊

顯示部分由液晶顯示器來完成，其包括在密碼輸入狀態(tài)、開鎖狀態(tài)、關閉狀態(tài)、修改狀態(tài)和密碼輸入錯誤后的警示狀態(tài)的子程序。在關閉狀態(tài)下，顯示器不顯示任何內容，開鎖時，點擊開鎖按鈕后，在按下鍵盤按鈕上的數值后，每按下一個數字按鈕都會在顯示器上增加或減少字符，當密碼輸入完成后，經確認密碼正確后，則顯示正確狀態(tài)，執(zhí)行開鎖程序。如密碼輸入錯誤，則顯示錯誤狀態(tài)，如wrong，無后續(xù)操作后則直接進入初始的開鎖狀態(tài)。密碼連續(xù)輸入錯誤的次數應當是有限制的，當密碼輸入次數超過限值后，將會進入鎖定狀態(tài)，單片機電子密碼鎖將會進入管理模式，只有輸入管理員設定的密碼才能夠對電子密碼鎖執(zhí)行更改密碼的操作。

3.5? 報警模塊

報警模塊在程序的設計上處于選擇條件位，當密碼輸入正確時，則不觸發(fā)報警裝置，直接執(zhí)行開鎖操作。當密碼輸入錯誤時，則執(zhí)行另一指令，除顯示器、指示燈能夠顯示錯誤狀態(tài)外，還可通過相應引腳的低電平來觸發(fā)蜂鳴報警裝置發(fā)出噪聲，達到錯誤操作的報警效果。

4? 單片機電子安全密碼鎖的程序調試及掉電存儲設計

4.1? 程序調試

單片機的電子安全密碼鎖的程序通常由主程序和中斷服務子程序構成，在單片機的安裝完成后，需要進行調試來對密碼鎖進行檢查。單片機電子密碼鎖的主程序包括對輸入密碼的讀取和判斷，以及顯示模塊的顯示功能，而子程序則包含報警、開鎖等裝置。在進行程序調試時，首先需要根據設計要求來搭建正確的電路，對電力的線路、銜接進行充分的盤查，確保電路搭建正確后，再對電子密碼鎖進行調試，在調試時可通過示波器在進行ALE管腳的檢查時輸出的是否為2 MHz的方波來對單片機電子安全密碼鎖的硬件進行測試。除利用示波器對電子鎖的硬件設計進行調試外，還需對其開鎖功能進行調試。輸入密碼后檢測顯示器與指示燈是否準確運轉，即密碼正確或不正確，顯示器會出現對應的指示，指示燈的顏色是否正確，還有就是開鎖功能是否對應。對于單片機電子密碼鎖的復位功能，密碼修改功能也需根據設計流程進行相應的調試，確保設計的準確性。

4.2? 掉電存儲設計

單片機電子密碼鎖與其他所有密碼鎖都有一個通病，就是需要依靠電量來維持基礎的操作?；谶@一特性，在進行單片機電子安全密碼鎖的設計時，需要考慮電量不足時的備用方案。掉電存儲設計為了避免無法為單片機電子安全密碼鎖供電的現象發(fā)生，因此在初始的電源設計時，除最基礎的電路供電外，還配備了停電的檢測系統(tǒng)和電路切換系統(tǒng)，以及在停電時供電的蓄電池。當無法為密碼鎖供電時，停電檢測系統(tǒng)能夠對這一現象進行識別，并下達指令，切換蓄電池供電電路，保證電子安全密碼鎖的穩(wěn)定使用，在使用中增加密碼鎖的可靠性。

5? 結? 論

通過此次對單片機電子密碼鎖的設計可以看出，其具有制作成本低廉、操作簡單、安全靈動等特性，使它在市場中得到了廣泛的應用，單片機電子密碼鎖的廣泛應用是未來鎖具發(fā)展的必然趨勢。這次設計采用的是單片機電子密碼鎖，需要人為輸入密碼，但在計算機技術飛快發(fā)展的今天，這種技術可以進行很大程度的改革。如市面上已經出現的指紋解鎖器、指紋密碼解鎖器等，無論在操作上還是安全性能上都有了更大的提高。而將來必然會出現更加智能、安全的鎖具，如遠程控制、聲音識別等，將會使開鎖時間大大縮短，開鎖流程更加方便、智能，鎖具將更加人性化、科技化。這一次的設計能夠結合以往的學習來發(fā)現問題并加以解決，就學習來說也是受益良多。

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作者簡介：賈書香（1984.09-），女，漢族，山東聊城人，講師，研究生，研究方向：電子通信。