编码键盘式电子密码锁设计.docx
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编码键盘式电子密码锁设计.docx
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编码键盘式电子密码锁设计
南京工程学院
毕业设计说明书(论文)
专业:
电子信息工程
题目:
编码键盘式电子密码锁
CodedElectronicLocksKeyboard
ADissertationSubmittedto
NanjingInstituteofTechnology
FortheAcademicDegreeofBachelorofScience
By
YongYang
Supervisedby
LecturerWei-yeXu
SchoolofKongNi
NanjingInstituteofTechnology
June2009
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺:
所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名:
日 期:
指导教师签名:
日 期:
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:
按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名:
日 期:
学位论文原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
日期:
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名:
日期:
年月日
导师签名:
日期:
年月日
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
摘要
随着大规模集成电路技术的发展,特别是单片机的问世,出现了带微处理器的智能密码锁,它除具有电子密码锁的功能外,还引入了智能化管理、专家分析系统等功能,从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性,应用日益广泛。
本文从经济实用的角度出发,采用美国Atmel公司的单片机AT89C51,结合外围的键盘输入、显示、报警等电路,用汇编语言编写主控芯片的控制程序,设计了一款设置6位密码,密码通过键盘输入,若密码正确,则将锁打开,具有报警功能的电子密码锁。
本设计是基于单片机的密码锁设计方案,根据要求,给出了该单片机密码锁的硬件电路和软件程序,在Protues上实现了功能的仿真,通过调试软硬件实现了密码的正确输入则显示绿灯,密码输入错误则亮红灯,蜂鸣器响的功能。
关键字:
4×4矩阵键盘;AT89C51;LED显示;报警系统
Abstract
Withthedevelopmentoflarge-scaleintegratedcircuittechnology,especiallytheadventofsingle-chip,amicroprocessorwithintelligentlocks,whichinadditiontothefunctionsofelectroniclocks,butalsotheintroductionofintelligentmanagement,expertanalysissystem,etc.function,sothatlockswithhighsecurity,reliability,applicationoftheincreasinglywidespread.
Thisarticlefromtheeconomicalandpracticalpointofview,theuseofU.S.single-chipAtmel'sAT89C51,combinedwiththeexternalkeyboardinput,display,alarmcircuits,assemblylanguagewiththepreparationofmasterchipcontrolprocedures,designedaset6password,passwordthroughthekeyboardinput,ifthepasswordiscorrect,itwillopenthelock,alarmfunctionwithelectroniclocks.
Thedesignisbasedonthesingle-chipdesignofthelocks,accordingtotherequirementsgiveninthesingle-chiphardwarecircuitrylocksandsoftwareprograms,Protuesachievedinthesimulationfunction,throughthedebughardwareandsoftwaretoachievethecorrectpasswordEntertheshowthegreenlight,thepasswordinputerrorisred,ringbuzzerfunction.
Keywords:
4×4matrixkeyboard;AT89C51;LEDdisplay;AlarmSystem
1.4电子密码锁的特点.................................................3
2.2单片机控制系统....................................................6
2.3.4发光二极管.................................................14
2.3.54×4矩阵键盘...............................................15
2.3.6蜂鸣器.....................................................16
第一章绪论
1.1引言
随着单片机的迅速发展,其应用领域越来越广,如消费电子、家用电器、办公设备、商业营销设备、工业控制和机电一体化控制系统、智能测量仪表以及汽车与航空航天电子系统中都广泛采用了单片机。
51系列单片机由于具有可靠性好,以及扩展控制功能强等优点,成为国内目前应用最广泛的一种8为单片机之一。
随着单片机的应用领域越来越广泛,可以看出其的优越性和可靠性,所以将其应用到保密和安全方面是必然的,也是相当可靠,相当有意义的,基于单片机的电子密码锁的研究在保护财产和人身安全方面可以给人们带来更多更好的选择。
在日常的生活和工作中,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来解决。
若使用传统的机械式钥匙开锁,人们常需携带多把钥匙,使用极不方便,且钥匙丢失后安全性即大打折扣。
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。
密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。
在安全技术防范领域,具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替传统的机械式密码锁,克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点,使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。
随着大规模集成电路技术的发展,特别是单片机的问世,出现了带微处理器的智能密码锁,它除具有电子密码锁的功能外,还引入了智能化管理、专家分析系统等功能,从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性,应用日益广泛。
随着人们对安全的重视和科技的发展,许多电子智能锁(指纹识别、IC卡辨认)已在国内外相继面世。
但是这些产品的特点是针对特定的指纹和有效卡,只能适用于保密要求的箱、柜、门等。
而且指纹识识别器若在公共场所使用存在容易机械损坏,IC卡还存在容易丢失、损坏等特点。
加上其成本较高,一定程度上限制了这类产品的普及和推广。
鉴于目前的技术水平与市场的接收程度,电子密码锁是这类电子防盗产品的主流。
1.2背景
随着社会物质财富的日益增长,安全防盗已成为社会问题。
而锁自古以来就是把守门户的铁将军,人们对它要求甚高,既要安全可靠地防盗,又要使用方便,这也是制锁者长期以来研制的主题。
目前国内,大部分人使用的还是传统的机械锁。
然而,眼下假冒伪劣的机械锁泛滥成灾,互开率非常之高。
所谓互开率,是各种锁具的一个技术质量标准,也就是1把钥匙能开几把锁的比率。
经国家工商局、国家内贸局、中国消协等部门对锁具市场的调查,发现个别产品的互开率居然超标26倍。
为何弹子锁的“互开率”会如此之高?
据有关专家人士剖析,弹子锁质量好坏主要取决于弹子数量的多少以及弹子的大小,而弹子的多少和大小受一定条件的限制。
此外,即使是一把质量过关的机械锁,通过急开锁,甚至可以在不损坏锁的前提下将锁打开。
机械锁的这些弊端为一种新型的锁---电子密码锁,提供了发展的空间。
1.3电子锁
电子锁是采取电子电路控制,以电磁铁或者卫星电机和锁体作为执行装置的机电一体化锁具,相比传统的机械锁具,电子锁不使用金属钥匙,保密性、精度都有很大提高。
电子锁的发明思路,源自古代发明的自动机械,例如古希腊数学家赫伦的液压自动门,中国古代诸葛亮的木牛流马,它们以重力或蒸汽压力驱动,最广泛的用途乃是用在古代墓道的地下机关。
电子工业的诞生,使得以微小电量驱动机械成为可能,于是有了电子锁一日千里的跃进。
1.4电子密码锁的特点
电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作,从而控制机械开关的闭合,完成开锁、闭锁任务的电子产品。
它的种类很多,有简易的电路产品,也有基于芯片的性价比较高的产品。
现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心,通过编程来实现的。
其性能和安全性已大大超过了机械锁,特点如下:
1.保密性好,编码两多,远远大于弹子锁。
随机开锁的成功率几乎为零。
2.密码可变。
用户可以经常更改密码,防止密码被盗,同时也可以避免因人员更替而使锁的保密级下降。
3.误码输入保护。
当输入密码多次错误时,报警系统会自动启动。
4.电子密码锁操作简单易行,一学即会。
从目前的技术水平和市场认可程度看,使用最为广泛的是键盘式电子密码锁,该产品主要应用于保险箱、保险柜和金库,还有一部分应用于保管箱和运钞车。
键盘式电子密码在键盘上输入,与打电话差不多,因而易于掌握,其突出优点是“密码”是记在被授权人脑子里的数字和字符,既准确又可靠,不会丢失(除了忘记),难以被窃(除非自己泄露)。
但是密码不能太简单,太简单了就容易被他人在键盘上试探出来,或者可能被旁观者窥测出来,造成保密性不足。
当然,密码又不能太复杂,太复杂了可能自己都糊涂了,或者输入密码操作成功率低,造成使用不便。
因此,为了发扬优点、克服弱点,键盘式电子密码也在不断发展中,如“任意设定密码”技术使得被授权人可以根据自己的需要或喜好设定密码,常用常新;而“自动更改密码”技术使得本次输入的密码将自动更改成下次应输入的密码,更改的规律不为他人所知,因而不怕旁观者窥测;独出心裁的“键盘乱序显示”技术使得键盘上的固定键位每次显示出的字符不固定,并且显示的窄小角度只能由操作者正面看得到,因而即使旁观者看见操作动作也难以窥测出密码;“多重密码设定”技术使得单组密码不一定有效,适合多人分权使用,需要输入两组以上的密码才被认可,大大提高了保密性,如果限定输入这些密码的先后顺序或时间区段,则保密性还可提高。
在输入密码的过程中,为了限制试探密码的企图,通常输入错误码若干次或若干时间内输入不正确,即“封锁”键盘,不再接受输入操作。
总之,尽管新式电子防盗锁层出不穷,但键盘式电子密码防盗锁仍然“老树发新芽”,不仅在市场上居于主流地位,而且,还经常作为其他类型电子防盗锁的辅助输入手段。
1.5电子密码锁的发展趋势
电子防盗锁应用于金融业,其根本的作用是“授权”,即被“授权”的人才可以存取钱、物。
广义上讲,金融业的“授权”主要包括以下三种层次的内容:
1、授予保管权,如使用保管箱、保险箱和保险柜;2、授予出入权,如出入金库、运钞车和保管室;3、授予流通权,如自动存取款。
目前,金融行业电子防盗锁的应用主要集中在前两个层面上。
下面将介绍几种在金融行业中使用较多的电子防盗锁以及它们的技术发展方向。
当然,以上所说的授权技术再高超,都必须由精良的“锁具”担当承载结构部件,实现开启、闭锁的功能,而且承担实体防护作用,抵抗住或尽量延迟破坏行为,让电子防盗锁“软、硬不吃”。
一般情况下,锁具防盗的关键是锁身外壳、闭锁的部件(如伸缩的锁舌或锁栓、锁扣盒锁扣板以及依靠电磁力直接闭锁的电磁部件等)的强度(应有足够的机械强度和刚度,能够承受一定数值、一定方向的静压力和冲击力以及力矩)、锁止型式(能承受某些方式和工具的作用)、配合间隙(防止采用机械的、电子的方法探入锁具内部而被开启)和布局(将薄弱的、与锁的开启直接相关的零部件和电路置于壳体保护之下,并且不易被识别出来)。
提高电子防盗锁之防护能力的必然途径是报警,在金融业的许多场所有人值守、有电视监控,具有报警功能,可以综合物理防范和人力防范两种作用。
报警的前提是具备探测功能,根据电子防盗锁的使用场所和防护要求,可选择多种多样的探测手段。
在中国的城市金融业中,实现联网报警已经成为对各金融网点的基本要求。
根据国内外的实践经验,金融业实行安全防范风险等级很有必要,即依据使用的防盗报警器材的性能、安装布局和人员值守状况等,可以评估被防护物或区域的防护能力,得出风险等级,其中,电子防盗锁的性能至关重要。
第二章硬件电路设计及实现
2.1系统整体设计
本次设计使用ATMEL公司的AT89C51实现一基于单片机的电子密码锁的设计,要具有如下功能:
本次设计使用ATMEL公司的AT89C51实现一基于单片机的电子密码锁的设计,其主要具有如下功能:
(1)设置6位密码,密码通过键盘输入,若密码正确,则将锁打开。
(2)密码可以由用户自己修改设定(只支持6位密码),锁打开后才能修改密码。
修改密码之前必须再次输入密码,在输入新密码时候需要二次确认,以防止误操作。
(3)报警、锁定键盘功能。
密码输入错误数码显示器会出现错误提示,若密码输入错误次数超过3次,蜂鸣器报警并且锁定键盘。
电子密码锁的设计主要由三部分组成:
4×4矩阵键盘接口电路、密码锁的控制电路、输出八段显示电路。
另外系统还有LED提示灯,报警蜂鸣器等。
密码锁设计的关键问题是实现密码的输入、清楚、更改、开锁等功能:
①密码输入功能:
按下一个数字键,一个“-”就显示在最右边的数码管上,同时将先前输入的所有“-”向左移动一位。
②密码清除功能:
当按下清除键时,清除前面输入的所有值,并清除所有显示。
③密码更改功能:
将输入的值作为新的密码。
④开锁功能:
当按下开锁键,系统将输入与密码进行检查核对,如果正确锁打开,否则不打开。
系统框图如下图:
图2.1系统总框图
2.2单片机控制系统
2.2.1单片机应用与发展
在工业自动化系统中,单片机承担了实现智能化的任务。
由于单片机在体积、功能、价格和操作性能等方面有着很好的优势,因而得到了广泛的应用。
单片机是将微处理器、存储器、定时/计数器、I/O接口电路等集成在一个芯片上的大规模集成电路,本身即是一个小型化的微机系统。
自从1976年Intel公司推出第一批单片机以来,80年代单片机技术进入快速发展时期,近年来,随着大规模集成电路的发展,单片机继续朝快速、高性能方向发展,从4位、8位单片机发展到16位、32位单片机。
单片机主要用于控制,它的应用领域遍及各行各业,大到航天飞机,小至日常生活中的冰箱、彩电,单片机都可以大显其能[6][7]。
单片机在国内的三大领域中应用得十分广泛[8]:
(1)家用电器业,例如全自动洗衣机、智能玩具;
(2)通讯业,包括电话、手机和BP机等等;
(3)仪器仪表和计算机外设制造,例如软硬盘、收银机、电表。
除了上述传统领域外,汽车、电子工业在国外也是单片机应用十分广泛的一个领域。
它成本低、集成度高、功耗低、控制功能多,能灵活的组装成各种智能控制装置,采取智能控制对受控方状态的信息反馈,从而使操作者能够及时了解受控方信息,使产品达到交互式与智能化,被广泛应用在智能产品和工业自动化上,同时由它构成的智能仪表解决了长期以来测量仪器中的误差的修正、线性处理等问题。
同时,单片机具有较强的管理功能。
采用单片机对整个测量电路进行管理和控制,使得整个系统智能化、功耗低、使用电子元件较少、内部配线少、成本低,制造、安装、调试及维修方便。
2.2.289S51芯片
一、简介
单片机是一种控制芯片,一个微型的计算机,而加上晶振,存储器,地址锁存器,逻辑门,七段译码器(显示器),按钮(类似键盘),扩展芯片,接口等那是单片机系统。
MCS51是指由美国INTEL公司(对了,就是大名鼎鼎的INTEL)生产的一系列单片机的总称,这一系列单片机包括了好些品种,如8031,8051,8751,8032,8052,8752等,其中8051是最早最典型的产品,该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的,所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机,INTEL公司将MCS51的核心技术授权给了很多其它公司,所以有很多公司在做以8051为核心的单片机,
当然,功能或多或少有些改变,以满足不同的需求,其中89S51就是这几年在我国非常流行的单片机,其存储器容量最大且是FLASH可擦写的,可以不断擦除和烧写,是一款高性能的芯片。
二、89S51引脚功能介绍
单片机的40个引脚大致可分为4类:
电源、时钟、控制和I/O引脚。
(1)电源:
VCC-芯片电源,接+5V;
VSS-接地端;
(2)时钟:
XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。
(3)控制线:
控制线共有4根,
ALE/PROG:
地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲
①ALE功能:
用来锁存P0口送出的低8位地址
②PROG功能:
片内有EPROM的芯片,在EPROM编程期间,此引脚输入编程脉冲。
PSEN:
外ROM读选通信号。
RST/VPD:
复位/备用电源。
①RST(Reset)功能:
复位信号输入端。
②VPD功能:
在Vcc掉电情况下,接备用电源。
EA/Vpp:
内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
①EA功能:
内外ROM选择端。
②Vpp功能:
片内有EPROM的芯片,在EPROM编程期间,施加编程电源Vpp。
(4)I/O线:
89S51共有4个8位并行I/O端口:
P0、P1、P2、P3口,共32个引脚。
P3口还具有第二功能,用于特殊信号输入输出和控制信号(属控制总线)。
三、主要特性
·与MCS-51产品指令系统完全兼容
·4k字
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