基于单片机语音智能密码锁设计.docx
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基于单片机语音智能密码锁设计.docx
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基于单片机语音智能密码锁设计
一、设计任务及要求:
设计任务:
设计一个具有设置数字密码任设、存储、画面显示、语言播报以及具有报警功能的密码锁。
要求:
1.密码由六位数字组成,可以由用户自定义设置。
2.密码锁具有语言播报和状态显示功能。
3.—次性只允许三次密码输入操作,支持密码修改。
4.具有报警功能。
指导教帅签名
2013年月日
二、指导教师评语:
指导教帅签名:
2013年月日
三、成绩
验收盖章
2013年月日
目录3
1设计目的1
2设计的主要内容和要求1
3整体设计方案1
4硬件电路设计2
系统总电路的设计2
5V直流稳压电源模块3
控制电路的设计4
语音模块电路的设计4
信号输入电路的设计5
密码贮存电路的设计6
LCD显示电路的设计7
继电器模拟锁模块及蜂鸣器报警模块7
5软件程序设计8
6系统仿真14
系统仿真环境及参数设置14
系统仿真结果及其分析14
7利用说明19
8设计总结19
参考文献20
附件21
语音智能密码锁的设计
1设计目的
本文所设计的智能密码锁系统是以89C52为中心控制器、4*4键盘收集输入信号、用24C04芯片对设定的密码进行保留,同时设有SX6288组成的语音模块,通过LCD、LED灯和语音模块直观的显示密码锁所处状态。
用户能够自概念设置六位的数字密码,并有三次输入密码的机缘,当密码输入错误时密码锁将会发出报警声,当三次输入密码错误时,密码锁将进行键盘锁定一段时刻。
2设计的主要内容和要求
1)LCD能够及时显示密码锁的状态信息。
2)语音模块能够播报密码锁状态。
3)能够设定初始密码,支持密码修改。
4)能够快速、准确的收集键盘上的输入信息。
5)用24C04芯片进行设定密码和保留。
6)当密码输入错误时,系统自行报警,并在持续输入超过三次密码错误时,将对键盘锁定一段时刻。
7)设计一个5V的稳固电源,给系统供电。
8)系统自概念强,工作稳固、安全。
3整体设计方案
本文设计的语音智能密码锁系统框图如图所示。
系统主要分为电源模块、控制模块、语音模块、密码保留模块、LCD显示模块、模拟锁和蜂鸣器报警模块组成。
电源模块
A
单
1/
N
语音播报模块
LCD显示模块
键盘模块
__\
——
片
/
机
模拟锁
24C04密码存储模块
/1
1Q
报警模块
图智能密码锁系统框图
本系统分为写初始密码和密码锁工作两部份。
1)写密码部份:
开始时LCD显示初始化状态,进键盘扫描,当按下C键后,能够自概念设定六位的密码,当按下D键时,LCD显示所设密码。
2)密码锁工作部部份:
开始时LCD显示初始状态,锁处于关的状态,红色LED亮,等待键盘扫描。
按下A键后,蜂鸣器响三声,LCD显示请输入密码提示进入开锁进程,现在有三次输入密码机缘。
若输入密码正确,将有蜂鸣器将会响四声,LCD显示锁已打开,红色LED灭、绿色LED亮四种方式提示成功开锁,现在,锁处于已开锁状态。
以后若按下E键系统将会进入初始状态;若是现在按下B键,系统将会进入重设密码进程,能够自概念重设六位的数字密码,设定后按下E键,系统进入初始状态。
若输入密码错误,蜂鸣器将会发岀报警声,持续三次输入错误密码,系统将会对键盘锁定一段时刻,按下E键后,系统进入读密码初始状态。
4硬件电路设计
系统总电路的设计
本系统原理图如图所示:
TR1
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C3 ait>»■TCC •TC Rd 02 Rrwc■rexn •TECP ・Y0B 图系统电路原理图 在设计本系统硬件时,主要有以下电路模块: 1)+5V直流稳压电源模块; 2)系统硬件将采用AT89C52单片机为控制部份; 3)SX6288中文语音合成播报模块; 4)以4*4矩阵键盘为信号输入模块; 5)釆用24C04芯片作为保留密码模块; 6)LCD显示电路模块; 7)继电器模拟锁模块及蜂鸣器报警模块。 直流稳压电源模块 系统5V直流电源图电路供电,它的工作进程如下: 220V市电通过变压器降压为9V,经电容滤波变成光滑的电压,最后通过7805三端稳压器电路降压,再滤波最终取得5V的直流电源。 从而保证芯片在正常电压范圉内工作,保证了整个电路的正常工作。 3 C61 0.1UF1 00召举10uF VCC •TGXT> 图直流稳压电源电路原理图 控制电路的设计 本设计系统采用AT89C52单片机作为总控制电路,如图所示。 本单片机具有40个引脚,6个中断源,20个I/O接口。 本设计以P0和P2、P3端口作为信号输出口,P1端口作为信号收集输入口,通过C语言编程对其进行控制,本设计利用其集成度高,体积小,开发性能好,控制能力强,靠得住性强的特点使智能密码锁工作稳固安全。 (T2)P1.0E(T2EX)P1J匚P1.2匚P1.3匚P1.4E(MOSDP1.5E(MISO)P1.6C(SCKJP1.7ERST匚(RXD)P3.QE(TXD)P3.1匚(TFTTO)iP3.2匚(iNTi)P3.3E(TO)P3.4匚CT1)P35C(WR)P3.6匚(RD)P3.7LXTAL2CXTAL1匚GND匚 20 21 □VCC □PO.O(ADO) □P0.1(AD1) □P0.2(AD2) □P0.3(AD3) □P0.4(ACM) □P0.5(AD5) □P0.6(AD6) □P0.7(AD7) □EA^/PP □ALDPROG □PSEN □P2.7(A15) □P2.6(A14) □P2.5(A13) □P2.4(A12) JP2.3(A11) □P2.2(A10) □P2.1(A9) □P2.0(A8) 图单片机电路图 语音模块电路的设计 本语音模块包括: 控制模块、SX6288A语音合成芯片、数据库芯片spiflash、 功放模块和喇叭。 主控制器和SX6288A之间通过UART接口连接,控制器通过通 信接口SX6288A发送控制命令和文本,SX6288A把接收到的文本转化为语音信号输出,输出的信号通过功率放大器进行放大后接到喇叭进行播放。 SX6288A具有音质好、自然度高、利用方式简单、合成速度快、价钱低等特点,支持GB231二、GBK、BIG5和UNICODE内码格式的文本,支持多种通信波特率。 实物图如图所示: TIIIIII ■ 图语音模块实物图 从左至右引脚名称和说明如下: SP+: 欧姆的扬声器正级。 SP-: 欧姆的扬声器正级。 BUSY: 语音处置忙信号,忙为高电平,不忙为低电平。 TX: 模块的串行数据发送端,连接单片机RXD引脚。 RX: 模块的串行数据接收端,连接单片机TXD引脚。 GND: 电源地GND。 VCC;电源直流电。 信号输入电路的设计 本设计利用4*4矩阵键盘作为信号电路,其电路图如图所示: 图4*4键盘信号输入电路的设计 单片机通过对4*4键盘扫描,收集输入指令,从而使单片机完成相应数据处置。 4*4矩阵键盘工作原理如下: 4*4矩阵键盘采用逐行扫描法,依次从第一至最末行线上发出低电平信号,若是该行线所连接的键没有按下的话,则列线所接的端口取得的是全T”信号,若是有键按下的话,则取得非全“1”信号。 然后再通过从列线读入的信号来识别是哪一列的按键闭合。 为了避免双键多多键同时按下,再以一样的方式往下扫描,一直到最后一行,若发觉仅有一个“1”,则为有效键,不然全数作废。 本设计以P12PT为行扫描信号,在通过PP4-PA7作为列线读入。 对各个按键进行相应功能的设置,单片机对有效键时的信号收集,进而对收集的信号进行处置。 密码贮存电路的设计 本设计•采用AT24C04芯片作为密码保留模块电路,其引脚图如所示。 AT24C04是典型的PC总线结构,具有512bi熔量EEPROM存储器,其是一种采用FC总线接口的串行总线存储器,这种存储器具有体积小、引脚少、功耗低、工作电压范围宽等特点。 其具有支持FC总线协议、占用单片机I/O端口少,芯片扩展方便、读写简单等长处。 密码贮存电路如图所示: VCC WP SCL SDA 图AT24C04引脚图 图密码贮存电路 工作原理: AT24C04传送数据进程中共有三种类型信号: 开始信号、停止信号和应答信号。 开始信号: SCL维持高电平的状态下,SDA出现下降沿。 出现开始信号以后,总线被以为“忙”。 停止信号: SCL维持高电平的状态下,SDA出现上升沿。 停止信号事后,总线被以为“空闲”。 应答信号: 接收数据的器件在接收到8位数据后,向发送数据的器件发出特定的低电平脉冲,表示已收到数据。 主器件产生开始信号以后,发送的第一个字节为控制字节。 前七位为从器件的地址片选信号。 最低位为数据传送方向位(高电平表示读从器件,低电平表示写从器件),然后发送一个选择从器件片内地址的字节,来决定开始读写数据的起始地址。 接着再发送数据字节,能够是单字节数据,也能够是一组数据,由主器件来决定。 从器件每接收到一个字节以后,都要返回一个应答信号(ASK=O)。 主器件在应答时钟周期高电平期间释放SDA线,转山从器件控制,从器件在那个时钟周期的高电平期间必需拉低SDA线,并使之为稳固的低电平,作为有效的应答信号。 在本设讣中通过单片机和引脚别离对AT24C04芯片SCL和SDA引脚控制,实行密码数据的读和写,从而完成密码的设定保留。 LCD显示电路的设计 本设计釆用1602液晶作为显示电路,能够进行背光对比度调节,内含复位电路,提供了各类控制命令,如: 清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能,有80字节显示数据存储器DDRAM内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM8个可山用户自概念的5X7的字符发生器CGRAM。 其电路图如图所示。 在本系统中,单片机P0端口作为LCD数据接收口,控制液晶的读写和使能端,完成对液晶的显示控制。 LCD1 LIJ016L N 門 Vi r- C*3 ft c M n 口 ■ n Q ■ o CL- n VI W f- N CL u. Na. □ ria. □ dCL □ oa. □ 图LCD显示电路 图密码锁工作主程序流程图 1)写初始密码部份: LCD显示初始化状态,系统进入键盘扫描,仅当C键按下后,系统进入密码设定阶段,其他键对系统不产生作用,进入设定阶段后,能够自概念设定六位的密码。 继续对键盘扫描,当按下D键时,LCD显示所设密码,按下C键能够重设密码,按下其他键是将不会对系统产生影响。 其设计流程图如图所示。 2)密码锁工作部份产生: LCD显示初始状态,系统进入键盘扫描。 仅当按下A键后,蜂鸣器响三声,LCD显示请输入密码提示进入开锁进程,现在有三次输入密码机缘。 若密码输入正确,蜂鸣器响四声,LCD显示锁已打开,红色LED灭、绿色LED*,若按下E键系统将会进入初始状态;若是现在按下B键,系统将会进入重设密码进程,能够自概念重设六位的数字密码,设定后按下E键,系统进入初始状态。 若输入密码错误,蜂鸣器将会发出报警声,持续三次输入错误密码,系统将会对键盘锁定一段时刻,按下E键后,系统进入读密码初始状态。 其流程图如图所示。 主要程序设计 1)初始密码设定 在程序中包括蜂鸣器驱动子函数、延时子函数、4*4键盘扫描函数、开机液晶显示子函数、写密码子函数、读密码子函数、1602驱动子头文件函数.AT24C04驱动头文件函数(见附件)。 其主函数如下所示: voidmain() { uchari; BEEP=0; start: Delay_ms(10); lcd_init(); I2C_init(); lcd_wcmd(0x00l0x80); i=0; while(linel_data[i]! =*\0*) lcd_wdat(linel_data[i]); i++; } lcd_wcmd(0x4010x80); i=0; while(line2_data[i]! ='\0') { lcd_wdat(line2_data[i]); i++; } while(l) { Pl=0xf0; if(Pl! =0xf0) { MatrixKeyO; if(key=0x0c)WriteCode();if(key==OxOd)ReadCode(); if(key==OxOe旭otostart; } } } 2)密码锁丄作函数 在程序中包括蜂鸣器驱动子函数、延时子函数、4*4键盘扫描函数、开机液晶显示子函数、写密码子函数、读密码子函数、密码输入错误显示子函数、密码输入正确显示子函数、重设密码子函数、报警鸣声子函数、按时中断子函数、1602驱动子头文件函数、AT24C04驱动头文件函数(见附件)。 其主函数如下所示: voidmain() TMOD=Ox21;592MHz TL1=Oxfd; ES=1;ex文件。 打开Proteus软件,进入ProteusISIS,笫一将设置初始密码程序的hex文件导入到80C52中,点击按钮匚口,按下C键选择密码设置,D键为读密码功能。 再把密码锁工作程序生成的hex导入单片机中,E键位功能复位键,按下A键系统进入密码输入状态,输入密码后,按下B键后系统进入密码重设状态。 系统仿真结果及其分析 系统仿真 系统整体仿真电路图如图所示: 语谕瞬就 J: •TZ»P C7■Of KEYLOCKHRDE[HrflNNCNG •zrF 「f r/ 』JED-* J汪 55 F • •• -V —1—L•"■■■ XTfiQ »oa«iagmii PDAAI5 •aw” PS3A3 P3.1UO VISA'D rm ALC 0 ・ rtfia? ftYT2L ■SffT7> raVW nj F3-fVTT 11.< P3^n> rj-m r»• r«* n.? 口R w3a ・■ ■St ■HU *2 ■HL ・・ >20 • p1 ■z* g •TUO □ "ran •TE 口2 Q1 R11t03 ■w 硕 LC>J.C・TR rrQ43Mi 图密码锁整体proteus仿真图 设定初始密码仿真 导入初始密码hex文件后,系统进入初始化状态,仿真结果如图所示。 •VT.-Tta 1 j: WRITE&READ —FfiSSMOFD— ZIT~r •Te-r* •.CO R11«D•TO*> ai FL1•re^nr nni>iKJ.vrzt«*23Wn)raaWTT *3.MTU•1AH ror/IT 财AM Fn—、i Mug •zai>u •21.** my*p«roswzcro^xa roww rii.尺* —C6一.阳”CZX<*Dj1 •- —°Um 9 FlftT: •I 语音智能密吗锁 ■J*• |X心'•»nn■• L2c・〜 1 、 ・TC ■W "AM 01 IBH<£ 、P“ 图设定密码初始状态仿真图 按下扫描按键C,系统进入密码设定输入状态,LCD上提示输入密码,仿真结 果如图所示。 设定密码后按下D键,系统进入读密码状态,LCD上显示所设密码,仿真图如图所示。 UU1GL STEKR LCD1 READCODE Nun: 000000 图设定初始密码读密码仿真图 密码锁工作仿真 导入密码锁工作hex文件后,系统进入初始状态,仿真图同图所示。 按下A 键,系统进入输入密码状态,LCD提示请输入密码,仿真图如图所示。 亠2土 4舛 閉 2 >&xu>o•ava 心 fQQJG FJTAC3 rZVAG fZJTAUrwt? rsvnufa^TH3raacmp^rrucam raafWR m.wr ■: S n>.< •R fSF FUNHJ3- u—\ •» ・•・ ■夕 ? F U2 •u 9・ ・■ —rr •n 图密码锁工作输入密码仿真图 输入正确密码时,LCD提示密码输入成功,锁打开,绿色LED灯亮,仿真图如图所示。 按下E键,系统初始状态,仿真图同图所示。 yi U3语音智髭密码锁 'M Y存P TR1 QR1 •TC»T a.iur・y U1 ZTAW KT/.S f.rsK^eCTUJZX- LCD1oom•TOR C2 INPUFPASSWORD [Hopurok 3 85 ;; &-o_4^亠汽 ^=A ■^L ◎ 9I 叭: ■ *1 - w ■ ■2 9» A*f—9GT ■・ : HZ Cft 1IF17 R11 ce CCTW1 LSI •Z10 in eTGOl .TZ*: C« PWTJ0^1、 X3X^? JB.ra? 03DIZO RL1rrrucc^•TE-T- F2.hA«fzaao ■Q1WPN GJ5<1> 亠CO KJCTAIOKJVA£rtroz.KoeroxKoaro*.wMJ*fAOiWi/JCArorAW *ZOf*3吃g•zmo R10 —1 图密码输入正确仿真图 若持续三次输入密码错误,LCD提示密码输入,仿真图如图所示。 LO71 USWL •I<• ENPUTPR5SU0RD INPUTERR ? 5? “u858258S5 5 ”"rd”WA U1 mZIFZD •TC RM ・TR m(TX 002W>7 护音智期锁 02■”WWff T^ir I| .1\ -|C2, ^CTRll 心皿、fOJM>2MAAWlro^w>^ WOAttrswrza-^w旳*"rs杯 R11tK•T^n 9 •PM»TTXT» LSI p»cznr«YT7K 92D,9M *3«ra> raarnQ raaon tQ^ra p□如 F 13 KA> Ml »r? r^n ■fTJF XM DI •Tr.*v< 图持续三次密码输入错误仿真图 TRI 1 T»0P*kj«*zk in诸音智能盘码锁IN tw>3e、PR LCD1IM)说 Cl ma t 111 rx-]- VI Q V LXV.l5£ZW o 3 Q1|f-Oj: •TE HODIFYPRSSUORD PASSWORD: QOOO l匚r n_ —OO—q 心J \ rJ r* c 5 . »XTF»ll eoor^iorov^if XTRLX roar^ir rot^ic fSX fOJMI 心2 KWI >2Wtt 必 >2«*»2 E> ma •DC" flDfUFlYT2K rairizirjjtxi f12 ■SRWTDraaPTTrawTU P3JiTt to ri. na n.T f3T.*W /iT®C4Z•1XC ・tg、 切・ ■一—CTa.iur ±CSEE ~ =TT ■u ■K nwi U R12 曲 E乂-rczr> ■rf: ■y pg ^OJ ■» Pd・ 3* ^35 '•丄 w a >t! 7 - ■Cl »2fl u >21 % Ewa.-TE»T oniwfcr^X^ D2cr€>.-D KL1 B.TE7iODQ: 图重设密码输入仿真图 C5 U3语音智能密码锂no •TC<1^ <1VO tXTAM XTAL2 WT TZCtALC 1OT2I.IrtZK12 19 «jC •1 •TEC »&XkX>D*aw>i•do? >aax>a ICU.W
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