多功能电子密码锁的设计与实现

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摘 要：本文设计了一种以AT89S51单片机为控制核心，以矩阵键盘为密码输入器件的多功能电子密码锁，从设计思路、硬件电路设计、软件程序设计等方面进行了介绍，该设计的密码锁实现了预期的目标，具有自动开锁、报警提示、信息显示等功能。符合民用场合的要求，按此设计思路可以量产推广应用。

关键词：电子密码锁 单片机 AT89S51 自动开锁

中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（c）-0003-02

随着社会的不断发展和人民生活水平的不断提高，人们对日常生活中的安全防护越来越重视，电子密码锁是基于这一需求而产生出来。本文从使用便利、性价比高等方面介绍了一款以51单片机为控制核心，具有数码管显示、提示报警等功能的多功能电子密码锁。本文设计的密码锁控制方法简单，成本低廉，非常适用于家庭、商场、办公室等公共场所。其具体功能如下：用户通过键盘输入正确密码，之后按下确认按键结束密码输入，系统自动开锁，使用退格键可以删除前面所输入的密码，使用闭锁键可以使密码锁重新闭锁；当每按下一个密码键发出一次短提示音，当密码输入正确发出1s长提示音，当密码输入错误发出5s长提示音；用六位数码管显示密码锁信息，第一位显示P时为等待用户输入开锁密码，显示H时为已经开锁，显示E时为密码输入报警；通过继电器模拟锁具，密码输入正确继电器断开，通过闭锁按键可以使继电器闭合。

1 设计思路及流程

根据上面所提到的功能，多功能电子密码锁要完成用户密码输入，显示，提示及报警，自动开锁等功能，依次可以将此系统分为单片机模块，键盘模块，数码管显示模块，发声模块，电子锁控制模块。系统功能结构图如图1所示。

各模块设计思路如下。

单片机模块：采用教学中经常使用的AT89S51作为核心芯片，此芯片使用率高，价格便宜，开发成本低，适用于一些控制简单，要求运算速率不高的场合。此模块以单片机为核心，并配以复位电路和晶振电路，可以采用电池供电或采用简单方便的开关电源供电。

键盘模块：键盘采用4×4行列矩阵键盘，一共有16个按键。按键采用的是微动开关，也可以采用抖动小且稳定的薄膜按键或硅胶按键。密码键有10个，从0～9，功能键有3个，一共需要13个按键。

显示模块：系统只是显示0～9共10个数字和若干个英文字母，所以不需要采用液晶等汉字显示工具，采用6位数码管显示。第一位数码管显示功能字母，其余5位数码管用于显示密码。为了简化硬件电路设计，采用动态显示方式。

发声模块：提示音和报警声音采用蜂鸣器发声，用一个IO口进行控制，并用三极管进行驱动。

电子锁控制模块：系统采用继电器控制电子锁的开关与闭合，用一个IO口进行控制，并用三极管进行驱动，为了方便观察开关闭合状态，可以将发光二极管连接到电路上，闭合时二极管点亮，断开时二极管熄灭。

2 硬件电路设计

根据上文介绍的各个模块，选择合适的芯片，然后设计硬件电路。按照功能模块划分为单片机电路，键盘电路，数码管显示电路，发声电路，电子锁控制电路。

单片机电路包括两个基本电路，复位电路和晶振电路。复位电路采用阻容复位方式，采用按键复位模式，晶振电路中选择的晶振一般采用12 MHz或11.0592 MHz，以方便计算时间。AT89S51单片机是高性能8位单片机，兼容标准的MCS-51指令系统。P1口的8个引脚用于构成行列矩阵键盘，P0口用于输出数码管的段码，P2口用于输出数码管的位码，P3口中有两个引脚用来控制蜂鸣器，和继电器。

键盘电路采用4×4行列矩阵结构，由4条行线和4条列线组成，行线和列线共有16个交叉点，每个交叉点可以放一个按键，这样可以放置16个按键。采用程序控制，行扫描列判断的方式判断出哪一个按键按下，按键电路图如图2所示。

数码管显示电路用六个数码管动态扫描显示，P2口用6个IO口控制6个PNP三极管，继而通过它们控制数码管的位选端，使数码管可以轮流点亮，三极管的基极电阻一般选择4.7 kΩ。P0口输出数码管的段码信息，硬件上还需连接220 Ω的限流电阻。

发声电路由PNP三极管和蜂鸣器组成，当控制引脚输出低电平时，三极管饱和导通，蜂鸣器发声，当控制引脚输出高电平时，三极管截止，蜂鸣器停止鸣叫，同时通过程序还可控制发声时间的长短。

电子锁控制电路主要由继电器、三极管、二极管组成，其中控制引脚通过控制三极管的导通和截止，使得继电器线圈得电和失电，继而控制触电的闭合和释放，同时继电器线圈还要并联上续流二极管，为感应电动势提供回路，防止损坏三极管。

3 软件程序设计

软件设计主要包括按键扫描子程序，动态扫描显示子程序，发声子程序，电子锁控制子程序及最终集成的主程序。

按键扫描子程序设计是系统程序中最难的，其思路是先要判断是否有键按下，如果有键按下再判断哪一个键按下，最后返回按键值，这其中可以采用多分支结构进行按键处理。不能出现死循环，无论是否有按键按下，都要尽快返回。显示子程序要求在主程序中不间断地调用，使数码管能够稳定显示。发声与电子锁控制子程序由于只是对几个引脚进行简单控制，所以程序不是很复杂。主程序主要是按照定时、显示刷新、发声报警、按键扫描、按键处理循环操作，其流程图如图3所示。

4 结语

本文设计的多功能电子密码锁具有方便实用的操作模式，简单的硬件设计电路，低廉的软件开发成本，具有一定的推广价值。系统还可以增加密码修改功能，这样用户可以动态修改密码，还可以增加通信功能，当发生报警时还可以向主机或用户发出信息以便及时处理。

参考文献

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[2] 韩团军.基于单片机的电子密码锁设计[J].研究与开发，2010（7）：58-61.

[3] 高海.基于AT89S51的密码锁设计[J].现代电子技术，2010（18）：12-15.