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基于PLC电子密码锁【实用文档】doc
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一、题 目：基于PLＣ电子密码锁设计
二、内容与要求：
1。培养学生运用学生基础理论,专业知识及基本技能来分析和解决实际问题的能力.
2。收集有关论文的方面的相关知识和各种材料质询相关人士，在指导老师的帮助下完成毕业设计。
3。本设计以德国西门子公司S７—2０0为核心,完成电子密码锁的设计,本设计要求易于操作，安全系数高，使用方便等优点.
三、设计（论文)起止日期:
任务下达日期:年月日
完成日期：年月日
　 　 　　 　 　 　指导教师签名：
年 　 月 日
四、教研室审查意见:

教研室负责人签名:
年 　 月　 　 日

基于PLC电子密码锁设计
摘要本设计是采用西门子PＬＣ来设计密码程序的，程序中应用到了近20个计数器。设计的密码锁外观图类似于银行取款机台上的键盘。给人感觉就和那种输入密码的过程一样.其实不然,本设计中采用了计数器控制的特点，每个计数器的次数设定为几次那么所对应的按键就要按几次。本设计分为开锁环节和解锁环节，开锁环节设定六个按键有效，解锁环节设定了七个按键有效，这样一来设定的开锁密码位数就大于等于六位了，解锁密码位数就大于等于七位。要看计数器设定的次数而定。如果密码锁报警的话必须先输入解锁密码,后输入开锁密码方能开锁。
关键词PLＣ　 电子密码锁　　梯形图
Bａsed on PLＣ　elｅctronic combination loｃｋ dｅsｉｇｎ
AbｓtractＴｈｅ desigｎ ｉs uｓed ｔo　ｄesign tｈe paｓsword　Ｓiｅｍenｓ PLＣ ｐrｏｇram， the prｏgrａm ａpplied to nearlｙ 2０ counter。 Tｈe coｍbinatiｏn locｋ appeａrancｅ deｓign simｉlaｒ　tｏ a ｂaｎk oｎ　the AＴM figurｅ　ｏf tｈｅ keyｂｏarｄ．　Gｉvｅ a perｓoｎ feel　ａnd　that　kｉｎｄ of ｉnput　passwoｒd as thｅ ｐroceｓs。　Actuａlly oｔherｗise，　ｔhe design　ｗｉth　thｅ　ｃｈaｒacterｉstiｃｓ of　thｅ ｃoｕntｅr　cｏｎtｒol, thｅ　numbeｒ ｏf times eａch countｅr ｓet for sevｅral times　ｓo of　tｈe ｃorrespoｎding ｋeｙ ｔo be a　ｆew ｔimes. Ｔｈis design　is divided ｉｎto thｅ lock and unlｏck ｌiｎk　liｎｋ， the locｋ liｎk ｓｅt ｓix　key effecｔive， ｕｎloｃk　the　linｋ set ｓevｅn key efｆｅｃtive， so the uｎlｏｃk ｐａｓsｗord digits　seｔ　was bigger　than tｈe eｑｕal　to siｘ, unlock password was　bigger　tｈan tｈe equal　tｏ ｓｅven ｄigitｓ．　To　ｓee the numbeｒ　ｏf ｃｏuntｅｒ set aｎd deｃide. Ｉf the comｂinatiｏn lｏck aｌarm wordｓ must ｆｉrst　inpuｔ　ｕnｌoｃｋ passｗoｒｄ inpuｔ ｕnlock pａｓswoｒd cａｎ uｎlｏｃk ａfter．
Keywoｒds:PLC elｅctｒonicLｏcks ladder Diagｒam

目 录
引言1
第1章电子密码锁的背景及应用2
１．1密码锁的发展2
１．2电子密码锁的概念2
1.3 电子密码锁的性能特点2
1。4 电子密码锁的电路组成部分3
1.5 电子密码锁的应用3
第２章密码锁的硬件设计4
2．1 S７—200PLC的系统组成４
2.１．1　S7-200　的系统基本构成4
2．1.2 主机单元4
2.２　控制要求5
2。3．１ I/O的确定5
2.3。2 存储容量的选择6
2。3．3 I/O模块的选择6
2。4 I／Ｏ口分配表6
2.5 ＰLＣ外部接线图８
第3章密码锁的软件设计９
3。1 梯形图9
第4章程序设计的局限性和优点19
结论20
致谢２1
参考文献2２

引 言
PLC具有控制能力强、可靠性高、使用灵活方便和易于编程、扩张、通信等一系列优点,是当今及今后工业控制的主要手段和控制核心，因此ＰLC技术、数控计数、计算机辅助设计、计算机辅助生产以及机器人技术、已并列为现代工业生产自动化的四大支柱。
西门子是中国多个业务领域的领先工业解决方案供应商,在制造业自动化、流程工业自动化、运动控制、驱动、低压控制以及电气安装技术方面提供了各类创新、可靠、高效和优质的产品。
本设计以德国西门子公司的S7—２00系列为主,主要介绍了PLＣ的产生定义及分类，具体介绍了S7—200系列的组成、性能特点及基本功能,主要性能指标和输入输出系统,通过S7-2０0　CＰU2２６型PLC介绍了本设计的全过程，从而实现了密码锁的PLC控制.

第1章 　电子密码锁的背景及应用
1。1密码锁的发展
随着社会物质财富的日益增长和人们生活水平的提高,安全成为现代居民最关心的问题之一.而锁自古以来就是把守门户的铁将军,人们对它要求甚高，即要安全可靠地防盗,又要使用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。
据有关资料介绍,电子锁得研究从30年代就开始了,在某些特殊场所早就有所应用。研究这种锁的初衷,是提高锁的安全性,因为电子锁的密码钥量（密码量）极大，可以和机械所配合，避免因钥匙被仿制而出现的问题。在安全性极高的前提下，他的另一个特点是无需钥匙却被越来越多的人所欣赏。因为电子锁只需要记住一组密码，无需携带金属钥匙，免除了人们的烦恼,电子所得种类繁多，从大的方面讲可能有数十种,例如数码锁、指纹锁、卡片锁、磁卡锁、生物锁等等。但是能谈的上实用一些或者大众化一些的还是按键式电子密码锁，这是一种操作方式类似于银行取款机式的电子锁,通过键盘上的数码按键依次输入一组密码，如果密码与内部已约定的密码相同，则输出一个电信号，以驱动电磁铁或者小马达将门闩打开,完成一个开锁过程.
1．2电子密码锁的概念
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,电子锁不适用金属钥匙,保密性、精度都有很大提高。电子所得发明思路，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木道德地下机关。电子工业的诞生，使得一微小电量驱动机械成为可能，于是有了电子锁一日潜力的跃进。
1.3 电子密码锁的性能特点
1．保密性好: 编码量多，远远大于弹子锁。随机开锁成功率几乎为零。
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的更替而使锁的密级下降。
3。误码输入保护: 当输入密码多次错误时,报警系统自动启动.
4。电子密码锁操作： 简单易行，一学即会。
５.干扰码功能： 在输入正确密码前可输入任意码。
6。安保功能: 如果连续输错４次密码将会自动断电３分钟。
7.紧急开启功能：　出门时无需其他操作,只需一次的把手动作，可机械的开
启门,所以遇到火灾等应急状况下也迅速,安全的开启门。
８.入侵感应功能： 在门上锁的状态下,有人破锁而入时,会发出强力的报警音.
9．火灾报警功能：　在室内如果温度达到７５°左右，将会发出强力的报警音，同时锁会自动开启。
10.双重锁定功能： 外部强制锁定，在内部不能开启，适用于外出时，防止有人入侵。内部强制锁定，在外部不能开启，让您在家时更安心、安全。
11．弱电提醒当电量不足时: 在启动开门时，会有美妙的音乐提示您及时更换电池.
1２。自动上锁功能: 采用全自动锁芯,门关后6秒内自动上锁，外出更加安全。
13。外部显示功能： 当密码输入错误,锁舌没正常锁到位，室内反锁，弱电等情况下，外部都有提示功能。
1.4 电子密码锁的电路组成部分
（1）字密码输入电路
(2)控制电路
（３)显示电路
1。5 电子密码锁的应用
（1）主要应用于保险箱
(2）金库，大型仓库
（3）运钞车。

第2章 密码锁的硬件设计
２。1 S7—20０PLＣ的系统组成
2。１。1 S7—200 的系统基本构成
S7—2００是西门子公司前几年投入市场的小型可变程序控制器，可以单机控制,也可以进行输入，输出和功能块的扩展。S７-20０属于整体式结构，它价格低廉,结构小巧，可靠性高，运行速度快，有极丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，具有很高的性能价格比.根据控制规模的大小（即输入，输出点数的多少)，可以选择相应的CPＵ主机。除了CＰU２2１以外，其他CPＵ主机均可进行系统扩张，在规模不太大的控制领域是较为理想的控制设备。
同其他的ＰLＣ一样，S7 –2０0的系统基本组成也是由主机单元加编程器组成。在需要进行系统扩展时，系统组成中还可以包括:数字量扩展单元模块、模块量扩展单元模块、通信模块、网络设备、人机界面（HMI）等。
2。1.2　主机单元
S7-２00的主机单元的CPU共有两个系列:CPU2１X及ＣPＵ２２X。CＰU２1Ｘ系列包括CＰＵ212，CＰU２14，CPＵ215,CPＵ216,CＰＵ2２X系列包括ＣPU222,CPU２2４，CＰＵ２26，ＣPU2２6XM。由于CPＵ２1X系列属于S7-2０0的第一代产品，下面介绍CPU226的特点：
①２4输入／16输出共40个数字量Ｉ／O点；
②可连接7个扩展模块单元，最大可扩展至２48个数字量I/O点或3５路模拟量I/O；
③13KB的程序和数据存储器空间；
④6个独立的3０ KHZ的高速计数器,２路独立的２０KＨＺ的高速脉冲输出；
⑤具有ＰID控制器;
⑥2个RS-485 通信／编程口；
⑦具有多点接口（Muｆｔｉ Point Interfａｃｅ，ＭPＩ）通信协议；
⑧具有点对点(Point to　Ｐoint Intｅrｆace，ＰPI）通信协议；　 　 　 　 　 　 　 　　　
⑨具有自由通过信口； 　 　 　
⑩I/Ｏ端子排可以很容易地整体拆除;

2。２ 控制要求
(1)如图２—1所知,密码锁共有14个按键，分别为：启动按钮SB1,停止按钮SB１2,复位按钮SB１3,未知按钮(主人知道它的作用）ＳB14,按钮0,按钮1，按钮2，按钮3,按钮4，按钮5，按钮6,按钮7,按钮8,按钮9。 　 　
（２)按启动按钮后,开锁开始,顺序依次输入正确的密码，否则累计３次输入错误密码不能再输入，此时报警接通并开始报警，时间为1分钟。按照顺序和按压次数依次按下6个按钮完成输入,然后执行开锁动作。 　　 　　

图2—1 密码锁按键
（３)心按错密码时可按一下复位按钮重新输入密码，有3次机会,达到３次输入错误的密码报警器开始报警。
（4)为不能输入开锁密码,只有当主人来了以后按一下未知按钮SＢ14，然后输入解锁密码即可解除锁定,然后再输入正确的开锁密码即可开锁。　 　
２。３PLC的选型
随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多.不同型号的PＬC其结构形式,指令系统,编程方式，价格等各有不同使用的场合也各有侧重。因此，合理选用ＰＬC，对于提高PＬC控制系统的技术经济指标有重要意义。PLC的选择主要从机型。容量。输入输出模块，电源模块，特殊功能模块,通信联网能力等方面加以综合考虑,即下面对于几个重要的方面进行选择。 　 　　 　 　 　 　 　 　 　　
2．３.1 I/O的确定
盲目选择点数多的机型会造成浪费.要先弄清楚控制系统的输入输出的总点数，再按实际所需总点数的1５％－20%留出备用量为系统的改造等留出余 地，后确定所需PLC的点数,I/O点数也是ＰLC系统规模大小的量度：
Ｉ/O口总数=(输入总数＋输出总数）* ２0%+输入总数+输出总数
　 =2１
2。3.2　存储容量的选择
对于用户存储量只能作粗略的估算，在反对开关量进行控制的系统中,可以用输入总点数乘10字／点＋输出总点数乘５字／点估算;最后，一般按估算容量的100%-20０％留有裕量.对于缺乏经验的设计者来说,选择容量时留有的裕量应大些即计算如下：
存储容量=（输入总数*５+输出总数*8+计数器定时器总数*4）*(1＋２00%）
　=56７字
2。3。3 I/O模块的选择
在PLＣ控制系统中，为了实现生产机械的控制；需要将对象的各种测量参数，按要求的方式送入PＬC。PLＣ经过计算处理后再将结果以数字量的形式输出，此时也把该输出变换为适合于生产机械控制的量。输入模块选择是应考虑：输入信号的不同即数字量和模拟量;根据现场设备模块之间的距离进行选择，一般为5V，１2Ｖ，和2４Ｖ直流电源。
输出模块有继电器，晶体管和晶闸管3种工作方式，继电器输出用于交直流负载，其特点带负载能力强，但动作频率与相应慢。
综上所述输入模块为数字量输入用２4Ｖ直流电源供电,输出模块是选用继电器输出。类型为S7—20０系列ＣPU２2６,为整体式。
2．4 I/O口分配表
根据控制要求及2．2节输入输出得到选择,确定输出输入的PLC地址,及其各个按键的功能。如表2-１配表.

表２—1I/O口分配表
功能
器件
PＬC的地址
启动
SB1
I0.0
按钮1
SB2
I０。2
按钮２
SB3
I０.3
按钮３
ＳB４
I０。４
按钮４
SB5
I0。5
按钮５
SB6
I0.6
按钮６
SＢ7
I0．7
按钮7
SＢ８
I1.0
按钮8
ＳB9
Ｉ1．1
按钮9
SB10
I１．2
按钮０
ＳB11
I1。３
停止按钮
SB1２
I０。1
复位按钮
SB13
I１。4
未知按钮＃（解锁)
SB１4
Ｉ1。5
开锁线圈
KＭ1
Ｙ１
报警器
KＡ
Y2
按钮指示灯
HＬ
Y0

图2—1　ＰLC外部接线图
２.５ PLC外部接线图
如图２－１所示,功能栏里面按钮０—按钮9的功能是输入密码用的,它们分别代表数字键上的0-9.启动按钮起到输入密码的开始,必须先按一下启动按钮才能输入密码。停止按钮的作用是当开锁程序结束的时候按一下停止按钮,开锁程序结束开锁，起到省电的作用。复位按钮的作用是当输入密码错误的时候按一下复位按钮，输入的密码全部复位,然后重新输入密码,每复位一次的同时报警计数器技术次计数一次，累计计数三次后报警。其中有个未知按钮＃，它其实就是解锁开关,只是在键盘上显示的是＃,未标明它的作用，只有主人知道。开锁线圈代表的是一个接触器,它控制门闩上的开锁电磁阀,当开锁线圈Ｙ1得电时电磁阀动作开锁。报警器就是报警装置.按钮指示灯当每按一下按键的时候指示灯都会亮一下，起到证明接通电路的作用.

第３章 密码锁的软件设计
3。1 梯形图
如图3-１所示，程序梯形图为:
网
络
１

网
络
2

网
络
３

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４

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5

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6

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7

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8

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２５

图３—1 程序梯形图
3。2 程序分析
1．按下I０．０，Ｍ０．０触点闭合,系统启动可按动输入键进行输入。
接着按下I0。2 2次,C0K2计数继电器计数2次。接通C0,Ｃ0计数器也将接通在下一位的触点Ｃ0闭合。
接着按下I0.３ 3次，C1Ｋ3计数继电器计数3次.接通C1,C1计数器工作,也将接通在下一位的触点C1闭合。
接着按下I0．4 ４次，C2K4计数器计数４次，接通C2,C2计数器工作,也将接通在下一个的触点C2闭合。
接着按动I0。5　5次,Ｃ３K5计数器计数5次,接通C３，Ｃ3计数继电器工作，也将接通在下一位的触点C3闭合。
接着按动I0。6 6次,C4Ｋ６计数器计数6次，接通C4,C4计数继电器工作，也将接通在下一位的触点才Ｃ４闭合。
接着按动Ｉ0.7 ７次，C５Ｋ７计数器计数7次,接通C5,Ｃ５计数继电器工作,也将接通在下一位的触点才C5闭合。
２。0—9这１0个按钮都并联在指示灯上每按动一下这10个中的任意一个指示灯都会亮一下。这是为了让开锁的人知道按了一下是否接通了一次,起到确定按钮是否接通的目的。
３.如果按以上的程序输入正确的密码，则立即开锁.若不是正确的密码，没输入一次错误后必须要按一下复位按钮才能重新输入六位数的密码，否则达不到开锁的目的.在每复位一次的同时计数器C６就技术一次,直到累计错误的次数达到3次，此时报警器报警，报警时间为一分钟。
4。主人回来后，按下解锁开关I1。５,解锁开始主人需按类似以上输入密码的形式输入解锁密码.过程如下：Ｉ0.2按2次，接着I0.5按５次，接着Ｉ0。3按３次，接着I0.6按6次,接着I0。４按４次,接着I1.０按８次，接着I0.7按７下，此过程必须是按照这个顺序按才能解锁，否则无效。
5．此程序可以任意修改密码，改密码的方法有两种：一,把每个按钮的位置交换一下,就可以达到了输入顺序的改变。例如Ｉ０.2和Ｉ0。３按钮交换一下，就必须先按Ｉ０。3 2次后再按I０.2 3次才能继续向下执行，否则就会错误。二，可以改变计数器的计数次数，也可以达到修改密码的目的。因为本设计用的是计数器一旦有人瞎按超过次数就接通计数器C6,累计三次就报警。这样又起到密码保护的作用,安全系数更高。

第4章 程序设计的局限性和优点
本设计的特点就是程序太长，使用计数器的数量太多,在输入密码的时候设计的密码位数比较多,很容易输错密码。对于年老的人来说,恐怕是一个考验，因为数目多了，加上记忆力下降，很难记住这些数目。考虑到如果有小孩在那瞎按，只要按的次数超过设定的次数且不按到复位键，完全有可能把锁打开，毕竟这种几率还是有的。所以在开锁程序里有分别另外加了六个计数器次数都比前一个多一次,但考虑到计数器用的太多,所以解锁程序里就没有再加更多计数器，这里就存在一定的局限性,也是需要改进的地方。改密码只能通过改动程序中计数器的技术次数来改密码,不能通过按键改动密码.
不过本程序也有一定的优点，例如密码位数可以任意改动，密码位数为六位以上，和一般概念上的密码锁有所不同，安全系数比较高。

结 论
经过这次毕业设计让我把大学的所有的课程都复习了一遍。用西门子PLC设计梯形图，开始还有点不习惯,之所以用西门子ＰLＣ做毕业设计也是因为想对西门子PLC有更深刻的了解.经过查看资料和复习，是我对西门子ＰLＣ产生了浓厚的兴趣,同时对西门子ＰＬＣ已经熟悉掌握.
密码锁这个课题是个很有趣的课题,之所以选择这个课题也是因为对它产生浓厚的兴趣,亲自设计一个密码锁的程序出来感觉特别的有成就感.当然，我设计的跟现实中的密码锁还是有一定的差距的，还存在一些不足，比如：梯形图不够简便，达到一定的效果比较复杂，编程的方法不够简便，输入密码的过程比较复杂，容易出错等等.不过我设计的程序还是存在一定的优势的，比如:设计的程序安全系数高，密码比较繁多不容易破解,设计比较全面。
本设计使我学到了很多东西，特别是在想问题方面考虑的都特别的全面周到，增强了我的逻辑思维能力，同时对大学所学习的东西有了新的回顾。

致谢
大学生活一晃而过，回首走过的岁月，心中倍感充实,当我写完这篇毕业论文的时候，有一种如释重负的感觉,感慨良多。
首先诚挚的感谢我的论文指导老师蒋玲玲老师。她在忙碌的教学工作中挤出时间来审查,修改我的论文。还有教过我的所有老师们,你们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。
感谢大学期间陪伴在我身边的同学、朋友，感谢他们为我提出的有益的建议和意见，有了他们的支持、鼓励和帮助，我的大学生活更加充实。
在整个设计中我懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦.

参考文献
[1] 孙平．可编程控制器原理与应用．北京：高等教育出版社，2０03。
[2]　孙振强.可编程控制器原理及教程［M]．北京:清华大学出版社，2０0９．
[３]　王兆明.可编程控制器原理、应用与实训[M].北京：机械工业出版社，200８．
［4］ 余雷声。电气控制与PLC应用[Ｍ］。北京：机械工业出版社，1996。
［5] 许謬.王淑英。电器控制与ＰＬC控制技术［M］。北京:机械工业出版社,2008。
［６] 严盈富.西门子S7—200PLC入门［M].北京：人民邮电出版社，２007。

嵌入式系统项目实践
课程报告

题　 目基于单片机的电子密码锁设计
团队成员
专　 业 　　 网络工程
指导教师

2０14年1０月9日

目录
摘要:3
1 绪论４
1。1选题背景４
1.２研究意义4
1．3内容与结构4
2 系统整体设计方案4
2.1相关知识介绍4
2.1.1 AT8９C51引脚功能描述4
２.1．2 LＣD１6０2性能描述5
２．１。３　24C04性能描述6
２。2系统总体设计6
３硬件电路6
3。１单元电路设计７
3。１。1单片机最小系统7
3.1。2 1６0２LCD数码管显示电路7
3．１。3矩阵键盘电路8
3.2系统总硬件电路图9
4 软件模块设计9
4。1系统开发工具使用9
4.2系统开发流程图１2
４．3系统软件设计模块1２
4.３.1键盘扫描软件设计1２
4.3。2 2４C04读写操作的软件设计13
４.3。2 24C0４读写操作的软件设计１3
4.３.4修改密码软件设计１4
5　结果分析14
５.1电子密码锁开锁和上锁15
5。2修改电子密码锁密码15
结论16
参考文献17
附录：18

基于单片机的电子密码锁设计
摘要:随着信息技术的不断发展,信息化时代也逐步进入普通家庭,人们对个人的信息安全以及隐私等私密信息的安全要求不断提高,传统的机械锁已经不能满足要求。针对此现状设计一款安全可靠廉价的电子密码锁。该设计以AT89Ｃ51为主控芯片，带有一个密码输入键盘、外围时钟复位电路、存储单元2４Ｃ0４、显示单元1６０2ＬCD，通过LＥD灯的亮与灭表示电子锁的锁闭与打开.利用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口,能实现密码锁的基本功能。为了提高可读性采用了160２作为显示单元，使用户对密码锁的运行情况一目了然.该系统经软硬件测试,达到要求，系统运行良好。　
关键词:单片机；AT89C51；16０2ＬCＤ;24C04；电子密码锁

1 绪论
1．1选题背景
在人们的生活中，财产与人身安全是被一直关注的问题，于是“锁”也就与人们的生活密不可分了，无论在何地，我们都能看到“锁”的身影，但随着社会的发展，传统的机械锁越来越不能满足人们的生活需求了,传统的机械锁由于其构造的简单,被撬的事件屡见不鲜。锁具发展到现在已有若干年的历史了，人们对它的结构、机理也研究得很透彻,因此，不用钥匙就能打开的方法和工具也层出不穷。为了应对这种情况，电子密码锁也就被发明出来了，相比传统的机械锁，电子密码锁具有更高的安全性。
１。2研究意义
电子锁可以在日常生活和现代办公中、住宅与办公室的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存等多种场合使用，大大提高了主人物资的安全性。此次项目实践选择基于单片机的电子密码锁设计题目,采用存储单元24C04和显示单元１60２LＣＤ来进行设计.单片机技术是智能化检测与控制领域应用非常普及并且具有很大潜力的技术。论文阐述一个基于单片机的液晶显示电子密码锁的设计与实现.系统采用美国Atmel公司的AT89Ｃ51单片机作为系统核心,用串行的24C04作为存储器,液晶显示器ＬCD1602作为输出设备显示系统提示信息，4*４矩阵薄膜键盘作为输入设备，配合蜂鸣器、继电器等电路构成整个系统硬件；系统软件采用汇编语言编写。设计的系统液晶显示,密码修改方便,具有报警、锁定等功能，使用便捷简单,符合住宅、办公用锁需求，具有一定的实用价值。而且使用ＡT89Ｃ51单片机价格相对低廉，成本较低,便于推广。
1.3内容与结构
本系统设计实现一个基于单片机控制的电子密码锁。该系统能够实现上锁、开锁、修改开锁密码和报警功能，用串行的24C04作为存储器，液晶显示器LCＤ16０2作为输出设备显示系统提示信息.
该文档主要包括五个部分，第一部分绪论,主要包括选题背景、研究意义和内容与结构；第二部分系统整体设计方案,主要包括相关知识介绍和系统总体结构设计；第三部分硬件电路,主要包括单元电路设计和系统总硬件电路图，其中单元电路设计包括单片机最小系统模块，２４C04存储电路模块，1602LCD数码管显示电路和矩阵键盘电路设计模块；第四部分软件模块设计,主要包括系统开发工具使用和系统主要开发流程和各软件设计模块；第五部分结果分析，主要包括测试过程和测试结果分析。
2 系统整体设计方案
２。1相关知识介绍
2。1．１AT89C５1引脚功能描述
AＴ89C51是这几年我国非常流行的单片机，由美国ATＭEＬ公司生产，是低电压，高性能CＭOS8位单片机，片内含4k ｂytes的可反复擦写的只读程序存储器（ＰERＯＭ）和1２8 bytes的随机存取数据存储器（RAM）,器件采用ＡTMＥL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MＣS-51指令系统,片内置通用８位中央处理器(ＣPU）和Ｆｌash存储单元。其中的40个引脚大致可以分为4类：电源、时钟、控制和Ｉ/O引脚.
(１)电源 ：ＶCC为芯片电源端，一般为+5Ｖ,GND为接地端；
(2)时钟 ：ＸTAL1为晶体振荡电路的反相输入端 ，XTＡL2为晶体振荡电路的输出端；
(3）控制线 ：MCS-5１单片机的控制线有４根,其中3根是复用线，具有两种功能. AＬE/PRＯG为地址锁存允许/编程脉冲信号端 ，PSEN为外部RＯM读选通信号 ，ＲST为复位引脚 ；EＡ/VPP为内外ROM选择/ＥPRＯＭ编程电源 ;
（４)I／O引脚 ：MCS－51单片机共有4个8位并行Ｉ/O端口,共3２个可编程I/O引脚。 
其外形引脚如图2—1所示：

图2.1 AＴ89C51实物图（左)及其引脚图（右)
2。１.２ LCＤ1６02性能描述
ＬCD16０２是工业字符型液晶，能够同时显示１６x０２即32个字符,是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块,字符型LCＤ通常有１４条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCＣ(15脚）和地线GND(１6脚），其控制原理与14脚的ＬCD完全一样［6］。LＣD引脚图如下图2。6所示：

　 　　 　 　　 　 　图2。２ LCD1６02功能引脚图
2．1.３ ２4C０4性能描述
24C04是采用铁电技术生产的EEPRＯM，掉电后数据不丢失。相比传统的EEPＲOＭ具有寿命长,读写速度快的优点,采用I2C总线与外界通讯,容量应该是５12字节.主要用于存储掉电后需要保存的数据。2４C０４存储电路如图２．3所示:

图2。3 24C04存储电路
２．2系统总体设计
此设计的主要内容与任务如下:
（1）设计一单片机控制的智能报警系统，通过按键输入密码,并用LCＤ显示相关信息 ;
（2)密码可由键盘设置,键盘有数字键、还有确认按键； 
（３）密码可通过按键修改； 
（４）输入字符时,LＣD上显示“＊”号，若密码正确,则可以修改密码; 
（5）系统设置默认初始密码，且可以修改，修改后系统按新密码进行操作。
依据设计的要求,可以得到系统软件模块图，如图２．4所示：
基于单片机的电子密码器

时钟震荡电路
模块
矩阵
键盘输入模块
LCD显示模块
密码存储模块

蜂鸣器报警电路模块

图２。４　系统的软件模块图
3硬件电路
　 用单片机做主机运算器，能进行密码修改和管理员密码设置,可复位，设置有退出键、管理员模式键、设定键、删除键和确定键。LCD在开锁前显示ｙou　pasｓword，然后根据密码正确与否显示出相应的提示。本设计初始密码为12３456，密码输入正确后，可以修改密码，密码个数可以是0—9的数字。采用24C0４存储密码,有掉电保护功能，本设计采用4＊4的矩阵键盘作为输入,AT89C５1单片机作为主机, 二极管指示灯和喇叭组成发声系统。根据系统拟达到的总体功能得到系统整体框图如图3．1所示：
LCD显示
键盘输入
AT89C51

蜂鸣器报警与开锁电路

掉电存储电路

图３.1系统整体框图
3．1单元电路设计
要实现基于单片机电子密码锁的功能.硬件设计包括单片机最小系统的设计,１6０２ＬCＤ数码管显示电路设计，矩阵键盘电路设计和系统总电路的设计.
3。１。1单片机最小系统
　 单片机最小系统都是由组成单片机应用系统所必需的一些部件和电路构成的。无论应用系统要完成什么功能，这些部件和电路都是必须的。一个单片机应用系统至少有：单片机芯片、保证单片机正常工作必须要有电源、产生时钟信号的晶体振荡器，还需要能使单片机复位的电路等。单片机最小系统如图３.2所示:

图3．2单片机最小系统

３。１.2 １６02LCD数码管显示电路
１602LCD液晶显示器是一种字符点阵式LＣD显示器模块。它不仅能够显示阿拉伯数字，而且还能够显示特殊的符号，以及英文字母（即英文语句提示信息），因此其用途比较灵活,应用比较广泛,当然价格也较高。单片机ＡT89Ｃ５1从接收器得到的数据运算程序后，结果传送给1６０2LCD数据端并在液晶屏上显示出。显示电路如图３.3所示：

　 　 　　 　 　 　 图3．3　１602LCＤ数码管显示电路
3。1．3矩阵键盘电路
矩阵式键盘又叫行列式键盘.用Ｉ／O接口线组成行、列结构,键位设置在行、列的交点上。例如本设计4*4的行、列结构可组成１6个键盘,比一个键位用一根Ｉ/O口线的独立式键盘少了一半的I/O接口线。而且键位越多,情况越明显。因此，在按键比较多时，往往采用矩阵式键盘。矩阵式键盘的按键识别方法 有“行扫描法”.行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，介绍过程如下.  
（1)　判断键盘中有无键按下 将全部行线Y0—Y3置低电平，然后检测列线的状态.只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下,而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平,则键盘中无键按下。   
　　　(2)判断闭合键所在的位置 在确认有键按下后,即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平,即在置某根行线为低电平时,其它线为高电平.在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态.若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。
矩阵键盘电路如图3．4所示：

图3．４ 矩阵键盘电路图
３．2系统总硬件电路图
各模块组合之后的总体硬件电路图如下图３.5所示:

图３.5总体硬件电路图
4 软件模块设计
4.１系统开发工具使用
本系统使用kｅil软件，打开软件后的界面,如下图4.1所示，

图4。1软件运行界面

单击Proｊect选择Nｅw Ｐroject.。．,弹出Crｅate Nｅw Prｏjｅct对话框,

图4.２新建系统工程
选择工程文件要存放的路径 ，输入工程文件名，　最后单击保存，

图4．3设置工程路径
在弹出的对话框中选择 CＰＵ 厂商及型号,选择好　Atｍｅl　公司的　8９C5１ 后 , 单击确定，

图4。4选择芯片厂商和型号
新建一个 C5１　文件 ， 点击ｆile菜单下的ＮEＷ,或单击左上角的 New Fiｌe快捷键如图4。５，

图4.５新建文件
保存新建的文件，单击ＳＡVE，在出现的对话框中输入保存文件名LＣＤ_１8b20.c（注意后缀名必须为。Ｃ），再单击“保存”, 保存好后把此文件加入到工程中方法如下 : 用鼠标在 Ｓource Group1 上单击右键 ， 然后再单击　Add　Fiｌes to Ｇｒｏup ‘Sｏurｃe Ｇrouｐ　1’ 如图4.６，

图4．6将文件添加到工程中
在编辑框里输入如下代码 ,到此我们完成了工程项目的建立以及文件加入工程 ,　现在我们开始编译工程,即单击快捷键或单击Projｅct／Ｒebuild all ｔｈe files， 如果在错误与警告处看到　0 Erｒor(s) 表示编译通过。生成 ．hex 烧写文件，先单击Opｔｉonｓ　foｒ Target,如图４。7,

图4．7生成。hex
在下图中,我们单击　Ｏutput,　选中　Crｅａｔe　HＥX Fi。再单击“确定”，然后我们必须再次编译才能产生ＨEＸ文件

图4．8对系统进行配置
4。2系统开发流程图
程序主要完成的任务，开始时LCD显示“Yｏur Paｓsworｄ”提示输入密码，输入密码后按确认键，系统会将所输入的密码与系统密码进行对比，如果输入正确则显示“Ｕnｌocｋ　OK”开锁,然后可以选择上锁或者修改密码，如果密码错误则显示“Eｒｒor”,如果连续输入三次错误密码系统会发出报警声音,程序流程图如图4.9所示:

图４．９ 系统总体流程