基于单片机的电子密码锁设计(保险柜).docx
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1、课程设计基于 51 单片机设计的密码保险柜摘 要本 文 以 AT89 C52 单 片 机 为 核 心 器 件 , 结 合 按 键 电 路 、 LED 显 示 电 路 、 报 警 指 示 电 路 和 电 机 驱 动 电 路 构 成 , 利 用 单 片 机 灵 活 的 编 程 设 计 和 丰 富 的 I/O 端 口 , 及 其 控 制 的 准 确 性 通 过 软 件 程 序 来 控 制 整 个 系 统 实 现 电 子 密 码 保 险 柜 的 基 本 功 能 ,其 主 要 具 有 的 功 能 : 密 码 通 过 键 盘 输 入 ,若 密 码 正 确 ,则 将 电 机 转 动 ;密 码 输 入 错 误
2、 ,蜂 鸣 器 将 报 警 提 示 ;用 户 可 以 自 由 设 定 密 码 ,密 码 保 险 柜 具 有 设 计 方 法 合 理 ,简 单 易 行 成 本 低 ,安 全 实 用 等 特 点 ,具 有 一 定 的 推 广 价 值 。关 键 词 : AT8 9 C52 单 片 机 ; 报 警 电 路 ; 直 流 电 机 ; 数 码 管目 录第 1 章 绪 论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 错 误 ! 未 定 义 书 签 。1
3、 . 1 系 统 的 开 发 背 景 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 错 误 ! 未 定 义 书 签 。1 . 2 系 统 的 开 发 意 义 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 错 误 ! 未 定 义 书 签 。1 . 3 系 统 开 发 目 标 . . . . . . . . . . . . . . . . .
4、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 错 误 ! 未 定 义 书 签 。1 . 4 本 章 小 结2第 2 章 方 案 选 择 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 错 误 ! 未 定 义 书 签 。2 . 1 总 体 方 案 论 证 选 择32 . 2 显 示 模 块 的 选 择32 . 3 键 盘 模 块 的 选 择32 . 4 直 流 电 机 模 块 的 选 择
5、42 . 5 本 章 小 结4第 3 章 硬 件 设 计53 . 1 系 统 硬 件 设 计 与 组 成53 . 1 . 1 主 控 模 块63 . 1 . 2 指 示 报 警 模 块73 . 1 . 3 光 电 报 警 模 块 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 错 误 ! 未 定 义 书 签 。3 . 1 . 4 直 流 电 机 模 块113 . 1 . 5 键 盘 接 口 模 块113 . 1 . 6 数 码 管 显 示 模 块113 . 2 设 计
6、 程 序123 . 3 硬 件 明 细 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 错 误 ! 未 定 义 书 签 。第 4 章 软 件 设 计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 错 误 ! 未 定 义 书 签 。4 . 1 模 块 规 划 . . . . . . . . . . . .
7、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 错 误 ! 未 定 义 书 签 。4 . 2 系 统 程 序 设 计 流 程 图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 错 误 ! 未 定 义 书 签 。4 . 3 设 计 程 序 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8、. . . . . . . . . . . . . . 错 误 ! 未 定 义 书 签 。第 5 章 系 统 调 试165 . 1 PROTEUS 仿 真 调 试165 . 2 调 试 结 果175 . 3 结 果 分 析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 错 误 ! 未 定 义 书 签 。5 . 4 本 章 小 结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 错 误 ! 未 定 义 书 签 。结 论 与 体 会18参 考 文 献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 错 误 ! 未 定 义 书 签 。附 录 120附 录 221第 一 章绪 论1. 1 系统的开发背景据有关资料介绍,电子密码保险柜的研究从 20 世纪 30 年代就开始了,在 一些特殊场所早就有所应用。但当时多半是配合机械锁
10、一起作用且存在着诸如体 积较大,成本较高,可靠性较低等缺点一时难以普及。20 世纪 80 年代后,随 着信息技术、集成电路、半导体技术的发展,电子密码保险柜的设计也取得了快 速的进步。目前,在西方发达国家,电子密码保险柜技术相对先进,种类齐全,电子密 码柜已被广泛应用于安全处所,而我国在此点上这稍有落后。现今常见的密码锁设计主要有两种方案,一种是中规模集成电路控制的方 案,另一种是单片机控制的方案。对于采用集成电路控制的方案,其中的编码电 子保险柜电路分为编码电路、控制电路、复位电路、解码电路、防盗报警电路、 门铃电路,而电子保险柜主要由输入元件、电路(包括电源)以及锁体三部分组成。 显然此种
11、方案的物理实现结构较为复杂且重新设置密码、输入密码的操作过程也 会给用户带来一定的不方便;而利用单片机控制的方案,由于单片机灵活的编程 设计和丰富的 I/O 端口,及其控制的准确性,不但能实现基本的密码锁功能, 还能添加掉电存储、声光提示甚至添加遥控控制功能,但其也有一定的局限性, 就在于其控制原理的复杂以及要求设计人员具有更加良好的程序设计能力,调试 较为繁琐,否则程序一旦跑飞将造成意想不到的损失1. 2 系统开发的意义随着人们生活水平的提高,日常生活和工作中的住宅与部门的安全防范、单 位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存等一系列安全防盗问题变的尤 其突出。传统的机械由于其构造的简单
12、,被撬的事件屡见不鲜,且人们常需携带 多把钥匙, 使用极不方便, 一旦钥匙丢失安全性即大打折扣。随着科学技术的不 断发展,人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。为满足人们对锁的1使用要求,增加其安全性,用密码代替钥匙的密码锁应运而生。密码保险柜因具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点,受到了广大用户的青睐。1. 3 系统开发的目标本课题的主要任务是熟悉掌握 51 系列单片机的编程方法,学习应用 Proteus 软件进行单片机应用系统设计与仿真。设计一款简易电子密码保险柜, 设计以单片机为主控芯片,结合外围电路,组成电子密码锁,用户想要打开锁, 必须通过键盘输入正确的密码才能打开,密
13、码输入错误会有报警。密码可以由用 户自己设定,锁打开后才能修改密码。修改密码时会有小灯提示。1. 4 本章小结在日常生活和工作中,住宅与部门的安全防范,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解决。在以前科技不发达的年代,只能用 传统的机械锁,使用极其不方便。随着科技的不断发展,人们需要防盗的东西越 来越多,因此人们对安全性的要求越来越高。电子保险柜的出现,满足了人们对 安全性的要求,同时对于机械保险柜更方便,灵活。2第 二 章方 案 选 择2. 1 总体方案论证与选择 密码锁可以采用数字电路来实现,也可以采用单片机来完成。 方案一:采用数字电路来实现,所设计的电路相当复杂
14、,大概需要十几片数字集 成块,其功能主要依赖于数字电路的各功能模块的组合来实现,焊接的过 程比较复杂,成本也非常高。方案二:采用单片机来实现,由于其功能的实现主要通过软件编程来完成, 不仅降低了硬件电路的复杂性,而且成本也降低不少。 最终方案:采用单片机的方式来实现密码锁2. 2显示模块的选择方案一:采用数码管显示。数码管亮度高、体积小、重量轻,非常适合显示数字坚固耐用LED 是被完全的封装在环氧树脂里面,它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也 没有松动的部分,这些特点使得 LED 可以说是不易损坏的。高节能节能能源无污染即为环保。直流驱动,超低功耗(单管 0 .03 -0 .06 瓦)电光功率
15、转换接近 100 %,相同照明效果比传统光源节能 80 % 以上。寿命长LED 光源有人称它为长寿灯,意为永不熄灭的灯。固体冷光源,环氧树脂封装, 灯体内也没有松动的部分,不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点,使用寿 命可达 6 万到 10 万小时,比传统光源寿命长 10 倍以上。 方案二:者点阵式液晶显示器来实现显示功能,液晶显示具有功耗低、轻便防震, 不而且液晶显示有功耗低、体积小、重量轻、寿命长、不产生电磁辐射污染等优 点。界面友好清晰,操作方便。但是亮度低,价格相对你叫贵,本着节省成本的 原则。最终方案:设计选用数码管。2. 3键盘模块的选择3方案一:采用独立式按键电路,每个键单独占
16、有一根 I/O 接口线,每个 I/O口的工作状态互不影响,此类键盘采用端口直接扫描方式。但是当按键较多时占 用单片机的 I/O 口数目较多。方案二:采用阵列式键盘,此类键盘是采用行列扫描方式,当按键较多时可 以降低占用单片机的 I/O 口数目。最终方案:由于用的按键比较多,并且需要按键提供数字信息,所以选用带 有数值的薄膜 4* 4 按键模块。2. 4 直流电机模块的选择方案一:步进电机步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控 制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率 和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个 步距角。方案二
17、 普通直流驱动电机起动和调速性能好,调速范围广平滑,过载能力 较强,受电磁干扰影响小。而且价格便宜,成本底。最终方案:普通直流电机。2. 5 本章小结综上所述,本章目的主要根据题目要求来选取了该设计所需要的硬件设 备,以及设计方式的选择,它追求技术较为成熟、完备、可靠,因此本系统具有 一定的开发前景。4第 三 章硬 件 设 计3. 1 系统硬件设计及组成硬件设计是整个系统的基础,要考虑的方面很多,除了实现此设计的基本功 能以外,主要还要考虑如下几个因素:系统稳定度;器件的通用性或易选购 性;软件编程的易实现性;系统其它功能及性能指标;因此硬件设计至关重 要。现从各功能模块的实现逐个进行分析探讨
18、。在本设计中用户通过键盘输入密 码,确认后系统调用密码比较判断函数,如果密码在规定的时间内输入正确,单 片机输出开门信号开锁。如果在规定的时间内没完成密码的输入,系统则自动清 除所输入的密码,并提示重新输入。用户发现错误时,可以清除重输。密码输入 后,通过校验后了,如果密码错误则启动报警系统,初始密码由系统设定,用户 可根据自己的要求设定密码,修改密码时首先需要与旧密码匹配,如果输入旧密 码错误则系统报警并自动退出密码修改系统。启动报警,旧密码正确,则可以输 入新密码,系统设定密码为 6 位,当输入密码不为 6 位或输入的新密码不一致时密码修改失败,系统报警并自动退出密码修改状态。如果输入的新
19、密码为 6 位 并且两次输入的新密码一致则修改密码成功。键 盘 输 入复 位 电 路显 示 电 路AT8 9 C5 2报 警 电 路晶 振 电 路电 机 电 路图 31 系统设计框图53. 1. 1 主控模块AT89C52 是一个低功耗,高性能 CMOS 8 位单片机,片内含 4k Bytes 的可 反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器,器件采用 ATMEL 公司的高密度、 非易失性存储技术制造,兼容标准 MCS51 指令系统及 AT80C52 引脚结构,芯 片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元,功能强大的微型计算机 的 AT89C52 可为许多嵌入
20、式控制应用系统提供高性价比的解决方案。图 32 AT89C52 引脚图VCC:电源电压 5V GND:接地P0:是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口,也即地址/数据总线复用总线,作 为输出口用时,每位能驱动 8 个 TTL 逻辑门电路,对端口写“1”可作为高阻 抗输入端口。在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址和 数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。在 Flash 编程时,P0 口接收指 令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。P1:是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P1 的输出缓冲级可驱动 46个 TTL 逻辑门电路。对端口写
21、“1”, 通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻, 7 个引脚被外部 信号校验期间 P1 接收低 8 位地址。P2:是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I /O 口,即地址总线。P2 的输 出缓冲级可驱动 4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”, 通过内部的上拉电阻把 端口拉到高电平,此时可作输入口,作输入口使用,因为内部存在上拉电阻,某 个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 I 。在访问 8 位地址的外部数据存储器 时,P2 口线上的内阻在整个访问期间不改变。Fl a s h 编程或校验时,P2 也接收 高位地址和其它控制信号。P3:是
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- 基于 单片机 电子 密码锁 设计 保险柜
