家用电子密码锁设计报告概要Word格式文档下载.docx
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随着人们生活水平的提高,如何实现家庭防盗这一问题也变得尤为突出,传统的机械锁由于其构造的简单,被撬的事件屡见不鲜,电子密码锁由于其保密性高,使用方便,安全系数高,受到了广大用户的青睐。
本设计除实现普通密码锁基本功能外,还增设了管理员密码,使密码锁的安全性更高,并且采用LCD实时显示或提示,使用户操作起来更方便。
二、方案的设计比较与论证
关键部分方案的设计比较与论证:
1.单片机的比较与选择
由于本次比赛规定必须采用MSP430的单片机,组委会提供两种型号MSP430F2002和MSP430F247,故单片机只在二者之间选择。
F2002和F247都是TI公司推出的新系列低功耗16位单片机,片内集成了看门狗、定时器、A/D转换模块等,两个都可以实现密码锁的基本功能,但是,由于密码锁方案中键盘和LCD显示占用I/O口较多,而F2002只有14个管脚,所以决定采用F247;
由于后期制作PCB板时出现了意外,只能临时改用F169替代247(F169与F247同为64脚封装且完全能够实现本设计要求功能)
图1-1MSP430F169封装图图1-2MSPF2002封装图
2.密码输入电路的设计比较与论证
方案一:
采用4X4行列式键盘,需占用8个I/O口。
当单片机I/O端口资源紧张时,采用行列式键盘是较好的选择,但由于行列式键盘各个按键之间容易产生干扰,并且行列式键盘要采用分行分列键扫描法读键,软件编程时比较复杂,所以不采用。
方案二:
采用独立按键,需占用12个I/O口。
采用独立键盘的好处是连接简单,各个按键互不干扰,并且软件编程相对简单。
考虑到MSP430F169的I/O口比较富余,所以决定采用此方案.
图1-3行列式键盘图1-4独立式键盘
3.显示电路的设计比较与论证
方案一:
采用普通7段LED数码管进行输出显示和提示。
LED数码管能够显示数字0-9,亮度也可以,但是消耗电能较大。
若采用LED显示,不仅会占用较多I/O口,而且密码位数会受到限制,显示也不够灵活;
图5所示为六个数码管采用串行接法连接到单片机,虽然减少了I/O口,但是增加了软件编程的难度,所以不予采用。
图1-5LED串行显示电路
采用LCD1602显示器。
采用LCD1602显示不仅硬件连接简单,只需三根控制线,八根数据线,而且可以分两行同时显示数字或者字母,因此显示更为灵活,可以利用这一点使得提示更加人性化,方便用户操作。
此外,LCD1602价格也很便宜,一块只要18元。
基于LCD1602具有显示容量大、可输出字母、占用单片机口线少、节省单片机时间、功耗低、价格便宜等优点,所以最终选择采用LCD1602显示。
图1-6LCD1602显示电路图1-7密码修改启动电路
其他部分电路的硬件设计:
4.密码修改启动电路的设计
普通密码锁通常只有一个用户密码,若用户忘记密码将会是件很麻烦的事情;
本设计中增设了一个管理员密码,当用户忘记密码而无法开锁时,用户可以输入管理员密码来开锁;
此外,用户还可以输入管理员密码,进入管理模式,进而修改用户密码。
万一用户密码被泄露了,用户只要及时修改密码,便可以防止被盗事件发生。
密码修改启动电路如图1-10所示,当开关断开时,单片机P3.3端口读入高电平,此时处于开锁模式;
当开关闭合时P3.3口读入低电平,软件控制进入管理模式。
图1-8开锁控制电路
5.开锁控制电路的设计
开锁控制电路由驱动和开锁两级组成。
由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、9018都可以满足要求。
D5作为开锁的提示;
由D6、C24、T11组成。
其中D6、C24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,由于电磁锁的价格太高,所以这部分电路未能制作,暂时用发光二极管指示开锁状态,绿灯亮,表示开锁,否则灯不亮。
6.报警控制电路的设计
由于市场上蜂鸣器种类很多,并且价格便宜,使用简单,所以报警电路直接采用3.3V驱动的蜂鸣器来完成。
当用户输入密码错误时,单片机P5.1脚输出高电平,蜂鸣器发声报警;
当P5.1脚输出低电平时,蜂鸣器不发声。
7.指示电路的设计
采用市场上最常用的发光二极管来做状态指示。
单片机的P5.0,P5.1,P5.2分别接红绿黄三个发光二极管,后接一个限流电阻,防止电流过大烧坏二极管。
当单片机管脚输出高电平时,灯亮,反之,灯灭。
红灯亮表示报警,绿灯亮表示开锁,黄灯亮表示处在进入管理模式。
图1-9报警电路图1-10指示电路
8.电源电路的设计
由于MSP430单片机工作电压为1.8-3.6V,而LCD1602工作电压为4.5-5.5V,所以电源部分采用6V干电池供电,一条支路经过一个2千欧电阻降压后供给LCD,保证其正常工作;
另一支路经过1N4001接稳压芯片AS1117-3.3,该稳压芯片属降压型稳压芯片,输出为3.3V,两旁并联的电容起滤波作用,使得输出电压更稳定,系统中除LCD外都使用3.3V电压。
图1-11电源及稳压电路
9.系统模块最终选择方案
经过上述的设计比较与论证,系统各模块采用的最终方案如下:
(1)、控制核心:
选用MSP430F169单片机;
(2)、键盘输入电路:
采用独立式键盘;
(3)、电源部分:
采用6V干电池供电,经AS1117稳压输出3.3V;
(4)、显示电路:
采用LCD1602液晶显示;
(5)、报警部分:
蜂鸣器;
(6)、开锁电路:
驱动电磁锁;
系统整体设计框图如下:
MSP430
F169
LCD显示电路
电源及稳压电路
报警控制电路
密码修改启动电路
键盘输入电路
LED指示电路
图1-12密码锁总体设计框图
三.作品功能简介和性价比评估
图1-13按键操作面板示意
1.作品功能简介:
按键的操作面板如图2-1所示,共计数字键10个,功能键2个。
键盘上还有3个指示灯和一个蜂鸣器。
10个数字键用来输入密码,另外2个功能键分别是:
删除、确认。
其中删除键的功能是当输入密码错误的时候,清除前面一位已经输入的数据,重新输入。
确认键的功能是确认输入的密码。
,当用户不小心三次输入密码都没有正确,键盘被锁定,这时可以使用管理员的密码来开门。
拨码开关是管理模式切换键,用来启动管理模式,进入修改密码的状态。
上面的3个指示灯L1报警状态指示灯,正常的情况下不亮,当用户输入密码错误时指示灯显示红色。
L2是开门指示灯,当用户正确的输入了密码后,此灯转变为绿色,表示开门,否则不显示。
L3是管理员状态指示灯,当拨码开关闭合后,指示灯自动点亮。
面板上还有一个蜂鸣器,其功能是当用户输入密码错误的次数超过了3次,鸣笛以示报警。
此外,在开锁过程或修改密码过程中LCD实时显示不同的字符串,来提示用户下一步的操作,每一步操作对应的显示见表1-1和表1-2
是
否
拨码开关断开,进入开锁模式
enteropen_code!
输入密码时的显示
inputuer_code!
******
密码是否正确?
opensuccess!
openfailed!
表1-1开锁过程显示字符表
拨码开关闭合,进入管理模式
entermodify_code!
inputadm_code!
管理密码是否正确?
若正确则输入新用户密码
inputnew_code!
inputerror!
再次输入新的用户密码
inputagain!
两次密码是否一致?
modifysuccess!
modifyfailed!
表1-2修改密码显示字符表
2.作品性价比评估:
本设计采用主要器件价格如表1-3所示
器件
单价
MSP430F169单片机一片
38元
LCD1602显示器一个
18元
按键开关12个
6元
电路板一块
8元
其他元器件
5元
总成本
75元
表1-3整体方案采用器件价目表
需要说明的是本设计方案的成本估算是以自己手工制作计算的,如果应用于大批量生产的话,成本会降到很低,估计可以到50元左右;
在以上的成本估算中未考虑到电磁锁部分,如果应用于家庭防盗的话电磁锁造价也应计算在内。
本设计方案与普通电子密码锁相比,功能更加丰富,有管理和用户两种模式实现不同的功能,另外密码位数不确定,最长可以设置16位密码,从而增强了密码的安全性和保密性,此外,采用LCD实时显示状态,进行操作提示,能够方便地与用户交互,容易被广大用户接受。
基于以上的分析,以比较低的成本实现普通密码锁不能实现的功能,并且安全性和可操作性都有很大提高,综合考虑本设计的性价比应该是比较高的。
四、程序设计
1.模块介绍
该家用智能密码锁系统的软件设计分为以下几个模块:
(1)主程序模块
主程序主要完成初始化、设置中断向量、检查拨码开关是否闭合、进入管理模式或开锁模式等等。
主程序的流程图1-14所示。
(2)键盘扫描及识别模块
键盘采用查询的方式,iskey程序用来判断是否有键按下,并完成键盘消抖功能;
scankey程序用来读取键值并返回对应键的值;
read_display_key用来将按键值存入一个数组,并在按键过程中实时显示“*”同时实现删除键和确认键的功能。
(3)显示模块
LCD1602可以同时显示两行字符,每行16个显示非常灵活。
显示部分需要用到clear_scr清屏程序,LCD_write_string显示字符串程序和LCD_write_char显示字符程序。
(4)密码比较及修改模块
Compare程序用来比较两个密码是否正确;
copy程序用来实现修改用户密码的功能。
2.程序流程图
(1)主程序流程图如图1-14所示。
五、系统测试及结果分析
1.测试的方法与仪器
仪器:
计算机、单片机、万用表
测试:
(1)万用表负极接地,正极与各键盘的正极连接测试按键是否完好。
(2)用5V电压接LCD的正负极,测试LCD是否完好。
(3)接3.0V电源,接通发光二极管,测试指示电路。
(4)将单片机与计算机、外围电路相接,输入简单程序进行软硬联
调,确保各部分电路都能实现预期功能。
(5)稳压电路的测试:
测试稳压电路的输出与理论值比较,测试数据见表1-3。
2.测试结果与分析
(1)当键未按下时,电阻无穷大;
当键按
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