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• 本文标题：基于51单片机的电子密码锁设计.doc
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• 内容摘要：本科毕业设计，论文， 基于51单片机的电子密码锁设计 Designofelectroniccodelockbasedon51singlechipmicrocomputer 院，系， 计算机学院 专业 电子信息工程 班级 16级电子四班 学号 16210420408 学生姓名 朱胜浩 指导教师 林瑾 提交日期 2020年4月2日  毕业设计，论文，原创性声明 本人郑重声明，所呈交的毕业设计，论文，，是本人在指导老师的指导下，独立进行的设计，研究，工作及取得的成果，论文中引用他人的文献数据图件资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人已经发表或撰写的作品及成果。对本文的研究作出贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业论文作者，签字，，签字日期，年月日 成绩评定 成绩项 论文成绩，百分制， 折合比例 实得成绩，折合分， 指导教师成绩 30% 评阅教师成绩 20% 答辩成绩 50% 总评成绩 注，毕业设计，论文，成绩按百分制评定。答辩成绩不及格的，评分低于60分的，，则该毕业设计，论文，总评成绩为答辩成绩。  内容摘要 近年来，在我国社会经济不断进步和迅猛发展的背景下，人们的生活水平越来越高，更多的人开始享受高质量的生活。就拿我们家家离不开的锁具来说，从我国古代历史上就有了各种锁的记载和使用，发展到今天人们追求的不单单只是用来锁门的一个工具。人们对于锁的追求体现在一种心理的安全感和使用过程中的先进技术体验上。 本课题为电子密码锁设计。该设计采用STC89C51控制器来进行关键部分的运作，主要包括主控部分显示部分报警部分电磁锁控制红外遥控接收以及电源。报警选择蜂鸣器。显示电方案选取LCD1602显示相关信息。用户可以通过键盘或者红外遥控输入密码数据，系统判断密码数据是否正确，来完成电子密码锁的开和关，键盘具有更改密码的作用。采用C语言进行软件设计，其开发上手容易，通过单片机的专用Keil设计工具来实现程序文件的执行，系统软件设计完成后，利用Proteus来完成对系统的验证，成功功能验证。并改善设计，完成系统设计要求。 关键词:STC89C51密码锁红外遥控 Abstract WiththerapiddevelopmentofChinaseconomyandthegradualimprovementofnationallivingstandardspeoplehaveahigherstandardofpuuitinallaspectsofdailylife。Takethelocksthatourfamilycantlivewithoutasanexample。FromancientChinesehistorytherehavebeenrecordsandusesofvariouslocks。Todaypeoplearepuuingmorethanjustatooltolockdoo。Peoplespuuitoflocksisembodiedinaseeofpsychologicalsecurityandadvancedtechnologicalexperienceintheuseprocess。 Thesubjectisradioelectroniccodelock。TheprojectchoosesSTC89C51controllertocompletethecoreworkincludingmaincontrolpartdisplaypartalarmpartelectromagneticlockcontrolinfraredremotecontrolreceivingandpowersupply。Alarmselectionbuzzer。LCD1602isselectedtodisplaytherelevantinformation。Usecaninputpassworddatabykeyboardorinfraredremotecontrolthesystemcanjudgewhetherthepassworddataiscorrectcontroltheopeningandclosingoftheelectromagneticlockmoduleandthekeyboardcanmodifythepassword。ThesoftwareisdesignedbyC。ItissimpletodevelopbyC。ThespecialKeildesigntoolofMCUisusedtocompletetheexecutionofprogramfiles。AfterthesystemsoftwaredesigniscompletedthesystemissimulatedbyProteusandthefunctionisverifiedsuccessfully。Tooptimizethedesignandcompletethesystemdesignrequirements。 Keywords:STC89C51passwordlockinfraredremotecontrolwireless 目录 内容摘要 I Abstract II 第一章绪论 1 1。1研究的目的与意义 1 1。2国内外研究现状 1 1。3课题研究内容 2 第二章系统方案设计 3 2。1系统整体架构设计 3 2。2主控制器方案 3 2。3显示方案设计 4 2。4无线方案设计 5 第三章系统电路设计 6 3。1单片机控制模块电路设计 6 3。2键盘扫描模块电路设计 7 3。3密码存储电路 8 3。4液晶显示电路 8 3。5报警电路 9 3。6锁控制电路设计 10 3。7红外遥控接收电路 10 3。8系统电路 10 第四章系统软件设计 12 4。1整体流程 12 4。2液晶显示 13 4。3按键识别 14 4。4密码设置子程序 15 4。5红外遥控解码原理 16 第五章系统测试仿真 18 5。1系统仿真 18 5。1。1仿真界面说明 18 5。1。2密码输入仿真 18 5。1。3开锁控制仿真 19 5。2实物测试 20 5。2。1实物上电测试 20 5。2。2实物密码输入上电测试 20 5。2。3实物开锁上电测试 21 5。2。4实物密码输入错误上电测试 21 5。2。5实物密码修改上电测试 22 结论 23 参考文献 24 致谢 25  第一章绪论 1。1研究的目的与意义 近年来，在我国社会经济不断进步和迅猛发展的背景下，人们的生活水平越来越高，更多的人开始享受高质量的生活。就拿我们家家离不开的锁具来说，从我国古代历史上就有了各种锁的记载和使用，发展到今天人们追求的不单单只是用来锁门的一个工具。人们对于锁的追求体现在一种心理的安全感和使用过程中的先进技术体验上。所以智能电子锁的发展趋势特别明显，而且在市场上的受众程度也非常高。这种智能锁根据现代人的生活习惯和生活趋势量身设计，可以通过手机，指纹来控制锁的开关，很方便快捷，而且安全系数相对之前的机械锁高很多。智能锁的发明和使用很大程度上减少了我们随身携带钥匙和容易丢钥匙的问题，给我们的生活带来更多的安全和便捷，是现代社会发展中必要的产物。 1。2国内外研究现状 众所周知，我国是农业大国，近些年，我国的科技发展有了明显的进步，但是电子密码技术还是远远赶不上西方发达国家的步伐。他们科技发展较早，现在的密码锁类型很全面，也是站在技术最前沿，并且在每个领域都能看到其充分运用。但是我国的这项技术发展却很缓慢，跟七十年代的全球水平差不多。但是到了1980年之后，这项技术开始迅速发展，主要是因为各类电子集成电路尤其是单片机的问世，带来了有利的发展。电子锁是原先那种沉重机械锁的更新与升级，较之主要的特点就是体积小安全性更强。由于现在电子锁的售价相对很高，需要提供电源，这在一定程度上限制了它的使用。特别是在中国，各种条件的限制使得电子密码锁暂难推广。 当然电子密码锁也没有那么完美，可是它更高的可靠性，便捷灵敏的操作，还能智能报警这些特点是很大的进步与升级，是原先机械锁做不到的，随着信息时代的到来，科学技术运用越来越广泛，各类电子产品也越来越普及，因此价格也有所下降，电子锁技术也有了更多的提升，功能越发强大，价格有所下降，越来越亲民。  1。3课题研究内容本课题研究的内容是无线电子密码锁，项目选取STC89C51单片机为主控制器，来帮助完成无线电子锁的设计，设计采用红外遥控，可以进行远距离密码输入，如果密码正确则控制开锁，将各个功能有机的联系在一起，制定初始系统的全面设计方法以及结构设计的实现。确定各个功能的具体方案，明确所有设计细节器件选型。按照确定的的器件类型来进行初始系统各部位电路图的设计，将各个功能的电路图连接在一起，绘制出系统整体电路图。按照连接关系设计软件，软件设计通过C语言进行编程，完成各个功能代码开发，进行模块化设计，最终组合在一起，并且按照逻辑流程设计初软件设计流程图。最终对系统进行调试，对代码的逻辑结构进行验证，是否可以实现功能，对设计缺陷进行优化，直到实现系统功能。 第二章系统方案设计 2。1系统整体架构设计 无线电子密码锁主要包括显示控制键盘输入主控制器报警控制以及存储模块。在简易密码锁系统硬件设计中，选择单片机作为系统的核心控制原件，具体设计内容包含选取的超声波方案单片机以及传感器的种类及型号，与此同时，我们还要根据各个部位零件设计显示模块，当我们设计系统软件的时候，最核心的内容为系统程序的设计，程序运算结果可由显示模块加以呈现。用户可以通过键盘或者红外遥控输入密码数据，系统判断密码数据是否正确，并进行开关锁的操作，密码如果输入有误，可以通过键盘重新更改输入正确的密码。系统结构框图如图21所示。 图21系统整体框图 2。2主控制器方案 方案一，以STC89C51单片机为例。这里我们针对51系列的单片机来研究讨论其功能，总体来讲，性价比还是很高的，它的安全系数很高，价格也不昂贵，功耗低，加密性强，并且对于STC系列的单片机来说，其能够进行在线的工作处理，更加方便。选用单片机STC89C51作为系统核心模块。51系列的单片机不论从性能还是价格等方面都有着很大的优势，运行稳定，性价比高，价格相对便宜，且功耗低，加密性强，此外在系统核心模块的选择上采用STC系列能够有效提高系统的工作效率，能够在工作状态下进行在线运行，让系统工作更加便捷。 方案二，以MSP430系列的单片机为例进行研究分析。它的主要优点是片内存储的资源很广泛，运行速度比较快。而主要缺点是运作电压不是常见的+5V的，我们要另外添加+5V的转换电路，过压或者过流时都会击穿IO口，另外内部没有EEPROM，不能实现数据的存储。设计中的查表算法非常有用。在这样的处理器进行代码设计，可以完成更加规范，完好的程序。此处理器最大的特点就是低功耗模式，此模式下运行能耗非常低，可以再很多有低能耗要求的场合进行使用。此低功耗模式，可以通过编程进行控制，灵活应用，非常方便。缺点，工作电压不是+5V的，需要额外增加+5V转换电路，过压或者过流时都会击穿IO口，另外内部没有EEPROM，不能实现数据的存储。 方案三，选择STM32F103RBT6处理器，并用型号ARM，32位的M3核的CPU与之匹配，这种处理器运算相当快采购成本低功耗低的32位处理器。目前此处理器在大量的电子商品上进行使用，比如电子农业领域电动汽车领域共享行业等领域，这些领域都有使用此产品的例子。它的计算速度可以达到72MHz，有这么快的运转速度，是由于内部设备都可以进行高速操作，STM32最大的特点就是输入输出接口数量多。此款处理器还搭配了两个模数转换器，转换精度达到12个数据位，检测精度很高，可以处理18路模拟数据，处理器的模数转换的很多参数都可以进行代码控制可编程操作，例如模数转换频率，多通道的扫描方式。 方案选择，由于设计需要低成本，器件使用效率也要达到最高，方案二还需要进行电源再转换，设计电路复杂，明显成本要高，方案一就可以满足整个系统设计要求，设计费用远小与另外两个方案，所以选择方案一。而方案三的利用率不能更好的提现，所以方案三也排除。 2。3显示方案设计 方案一，LCD1602。该模块显示的内容多种多样，并且非常简单明了，价格合理，非常适合在本设计当中使用。尽管这款显示器在线路接口上显得有些复杂，接口太多，但这些接口无疑给设计后期对电路的测试与调试等提供了方便。最重要的是液晶的电源和系统电源一致，不用单独设计电源系统。LCD1602。该模块显示的内容多种多样，并且非常简单明了，价格合理，对于本设计而言，非常适用。虽然接口线连接的比较多，后期对整个电路进行测试时，就会非常容易得到测试结果。 方案二，选用数码管作为显示器件。当前市场中用于数据的显示的数码管有很多，但在系统工作当中，每一个数值都需要对应一个数码管，一旦需要不止一个数值的显示的时候，相应的就会增加一定数的数码管，这就给整个设计带来了负担。同时数码管在进行动态扫描的时候，因为需要进行位置的移动，此时需要用移位器来进行辅助，只有将扫描的信息存储到移位器的寄存器当中才能够实现最后的显示功能，因此会出现很多LED方面的缺陷。此外，在电路测试当中也很容易会受到一些不必要的因素影响，所以该显示方案并不适合本设计。 上述我们讲到LCD1602显示的内容多种多样，而且简单明了，但是LED数码管显示的内容很少，只有普通的数字和少数字母，由于这次系统测控时需要显示的内容很多，所以最终选择方案一。 2。4无线方案设计 方案一，这里我们分析的是安信可科技设计的ESP8266系列模组，它是通过乐鑫ESP8266的低功耗UARTWiFi的基础上研究发现的模块，它的发明操作很简单，可以和云进行连接，移动设备可以和WiFi进行连接，完成智能数据传输，完成系统设计。产品集成度很高，整个设计集成在很小的一块PCB板上，引出了可用接口。模块的能耗非常小，内部的处理器是32位MCU，也可以进行16位操作，无线传输频率是80兆赫兹以及160兆赫兹，模块本身设计有天线，可以与网络进行通信，信息也可以通过云端智能传送，并且可以成立。模块能够的控制简单，用过AT指令就能够和单片机进行数据传输，控制WiFi模块。 方案二，通过红外遥控进行控制，红外遥控只需要搭配红外接收头既可以进行信号接收，接收端对红外信号进行解释完成对按键的识别，不同的按键发出的红外信号波形不同，所以可以实现不同按键的操作。方案选择，由于方案一设计复杂，电路复杂，成本远高于方案二，所以选择方案二红外遥控控制。 第三章系统电路设计 3。1单片机控制模块电路设计 STC89C51内部有8K的Flash存储电路，可以存储相关的数据，此单片机应用非常广，开发简单电路设计容易，能够提高开发进展的速度，减少所用时间。开发成本低，被很多企业所选择。器件内部的运行速度很快，引脚数量大，是很多开发方案的首选。它的输出入数量有32个，分为4组，引脚口0，引脚口1，引脚口2，引脚口3，有多个定时器，定时数据准确，中断设计也很方便，定时器和中断的结合使用，能够实现很多比较复杂的功能要求，也可以嵌套很多中断执行。 除了普通使用的输入输出接口，单片机还需要时钟接口复位接口电源接口。时钟的接口是18脚19脚，设计选择的是12兆赫兹的晶圆。复位接口是9脚，通过单片机的9脚输入复位信号，该信号时间是有规定的，应该超过2个小时，并且必须要接高电平来操作。AT89C52晶圆是12兆赫兹的晶振，所以时钟的周围就是12兆赫兹的12分频得到，所以计算得到周期的时间为1微妙，复位动作输入的9脚接口能够加入备用电源，这样可以保证芯片内部的数据不会因掉电消失。单片机的31脚接口是EA，这个引脚是可以确定处理器代码的存放位置，是内部还是外部，将高电平输入到31脚，这样就表示单片机使用的是内部存储的代码，如果将低电平输入到31脚，这样就表示单片机使用的是外部存储的代码。单片机最小系统电路如图31所示。 晶振电路在单片机的运转过程中发挥着十分积极重要的作用，此电路是单片机系统必不可少的外围硬件，如果此电路出现异常情况，单片机系统必定会瘫痪，无法运行，导致整个系统出现故障。单片机的所有程序都在烧写的时候写入到只读存储器里，单片机系统在启动的之后必须要进行程序的读取。处理器读取一条代码的用时，这个时长就是处理器的一个机器周期，这个时长对于处理器就是节拍。处理器设计了晶振，这样就产生了时钟，整个系统都需要时钟的存在才可以启动运转。因此，晶振电路是处理器运行的核心外围电路。本设计选择的是12兆赫兹的振源。单片机的内部带有振源，但是由于设计需要，这里选择了外部振源。 晶振的作用就是给处理器节拍信号，也就是脉冲，处理器就是按照这个节拍进行工作，所以此节拍就是处理器的工作速度。此方案选择12兆赫兹振源，所以处理器就会进行每秒12兆的速度工作，每个处理器的运行速度都是有限的，不能太高，此处理器的最大速度是420兆赫兹，如果振源选择的太大，单片机无法按照此速度进行工作。 振源的两个引脚与单片机的XTAL0XTAL1相接，这样就可以给处理器输入节拍，此电路的设计必须要防止干扰，特别是在器件布局上要特别注意，如果电路设计不好，单片机获取不到节拍信号，系统运行肯定瘫痪。晶振工作的时候可能有偕波，这种信号不会影响到单片机对节拍信号的获取，但是也会造成稳定性的影响，晶振的设计厂家都给出了设计方案，在振源的输出到单片机的输入之间各接入两个电容，GND连接在其一头，并且电容的大小也有相应的规定，10pf50pf之内，此设计就可以消除偕波的影响。单片机最小系统电路如图31所示。 图31单片机最小系统电路 3。2键盘扫描模块电路设计 由单片机构成的密码输入控制系统，通常都可以实现智能化的控制，此类仪器当中被使用的频率最高的则是非编码键盘，而这样的键盘又有独立式和行列式两种不同类型的键盘区分，行列式键盘又被人们称之为矩阵式键盘。而独立式键盘则是根据确定单片机引脚电压有可能的改变来进行的操作的。该操作上手容易且可靠，我们在这里的设计就是选取的这种键盘，非常适用于密码输入控制系统。 在系统设计中，人机之间的交互需要借助于按键来得以实现，而对于按键的电路设计需要与软件相结合，同时还需根据实际使用中所出现的问题来进行分析，单纯扫描键盘的方式是无法实现的。系统中的单片机键盘在实际使用时是独立的，同时还要对按键的矩阵进行设计，这两个方面有着很大的区别。对键盘电路的设计还有一个比较好的功用，那就是能够有效节约端口的资源，因此在键盘电路设计中人们通常会选择矩阵键盘这样可以更好地对多按键电路进行优化。 系统选用矩阵键盘进行数据输入。矩阵键盘的横行和竖行之间没有交接，只是都存在于一个键盘上，选择此行列式矩阵结构方法仅仅有4条行线以及4条列线，这样就能够设计成4×4个按键的矩阵键盘。电路中行线所在的接口的单片机4个单片机接...
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