基于单片机控制的简易电子密码锁

1? 引言 目前，最常用的锁是20 世纪50 年代意大利人设计的机械锁，其机构简单、使用方便、价格便宜。但在使用中暴露了很多缺点：一是机械锁是靠金属制成的钥匙上的不同齿形与锁芯的配合来工作的。据统计，每4000 把锁中就有两把锁的钥匙齿牙相同或类似，故安全性低。根据国外的统计资料 ，装有电子防盗装置的商业区或居民区盗窃犯罪率平均下降30%左右。二是钥匙一旦丢失，无论谁捡到都可以将锁打开。三是机械锁的材料大多为黄铜，质地较软，容易损坏。四是机械锁钥匙易于复制，不适于诸如宾馆等公共场所使用。 出于安全、方便等方面的需要，许多智能锁（如指纹辨别、IC 卡识别）已相继问世，但这类产品的特点是针对特定指纹或有效卡，只能适用于保密要求高且仅供个别人使用的箱、柜、房间等。另外，卡片式的IC卡易丢失，加上其成本一般较高，在一定程度上限制了这类产品的普及和推广。 随着人们生活水平的提高，电子密码防盗锁作为防盗卫士的作用日趋重要。电子密码防盗锁用密码代替钥匙，不但省去了佩戴钥匙的烦恼，也从根本上解决了普通门锁保密性差的缺点。如果采用8位密码，则密码组合可达到10的8次方，每增加1位，密码组合就增加10 倍；同时可设多组密码，其中有一组是管理员密码，可以增加用户密码又清除所有用户密码。笔者设计的电子密码防盗锁利用具有掉电保护功能和用户RAM的时钟芯片DS12887，将设置的密码存入具有掉电保护的用户RAM中，从而克服了旧式电子密码锁电路断电后所设置密码丢失的缺点。另外，该锁还具有报警、时钟、管制等辅助功能，是典型的机电一体化产品。 机电一体化的电子密码锁，其功能大大超过机械锁，且性能更稳定、更安全。其特点：首先保密性好；其次编码可变；其三误码输入保护；其四掉电不掉码。由于自身的优势，电子密码锁会越来越受到欢迎，使用会越来越广泛，必将为社会所接受。 本从介绍简易电子密码锁电路开始，从而延伸到使用各种功能键控制的电子密码锁电路，对其电路的工作过程，工作原理，以及硬件电路和软件进行详细的说明。 2 ?单片机概述 ??? 单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。 ??? 通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。 单片机经过1、2、3、4代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引脚的多功能化，以及低电压低功耗。 3 ?系统设计方案论证 该密码锁主要是设计以实现如下功能。 （1）密级<108，每位的取值范围为0～9，初始密码为：12345678 （2）用户可以自行设定和修改密码，只有输入原设定的正确密码后才能修改密码。 （3）开锁密码错３次要报警，并死锁30分钟。报警期间若输入密码正确，则停止报警。 （4）系统上电显示当前时间，并可设置当前时间。 （5）可设置管制时间区。在管制时间区内，执行开锁操作和修改密码的操作均非法，并出发报警。 （6）掉电后密码和时钟信息不丢失。 （7）成本要比较低，硬件和软件都尽可能简洁可靠，易于批量生产。 基于以上功能要求，我提出两种设计方案： 方案一：将密码锁要实现的功能用软件编程，用89C51的定时/计数器来实现时钟功能，并将密码信息和时间信息都写入EEPROM芯片，即24C02芯片以防掉电丢失。 方案二：将密码锁要实现的功能用软件编程，用89C51的定时/计数器来实现时钟功能，并给整个系统加备用电源以防掉电丢失。 方案三：将密码锁要实现的功能用软件编程，用具有内置锂电池的DS12887芯片代替24C02芯片来保存所有信息。 比较三方案： 方案一存在三个不缺陷，第一，虽然能保护密码信息掉电不丢失，但是一旦掉电，时间即停止运行，每次上电都必须重新设置时间；第二，时间部分需要用软件来实现，增加了编程的难度，同时加长了程序的长度；第三，EEPOOM芯片的擦除次数有限。 方案二可以解决方案一的部分缺陷，但是给整个系统加备用电源，成本增加，体积增大，可靠性降低。 方案三使用具有内置锂电池的DS12887时钟芯片，该芯片不但可以保护时间信息掉电不丢失，同时还可以保护用户RAM的信息不丢失，将密码信息存入DS12887的用户RAM中即安全又可靠；DS12887芯片能自动产生时间信息，免去了编写时钟程序的麻烦。因此，选择方案三进行设计。 4 ?器件选择与简介 本系统是基于AT89C51单片机的简易电子密码锁，由于本系统需要键盘和显示电路，考虑到AT89C51的I/O口不够，扩展一片可编程I/O芯片8255A，别外本系统需要时钟功能和掉电不丢失的功能，因此使用内置锂电池的时钟芯片DS12887，同时，DS12887配合一块廉价的