具有报警功能电子密码锁的设计.doc

具有报警功能电子密码锁的设计

摘 要

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。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了传统的机械式密码锁，电子密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。
本文从经济实用的角度出发，采用美国Atmel公司的单片机AT89C51作为主控芯片与数据存储器单元，结合外围的矩阵键盘输入、LCD液晶显示、报警、开锁等，用汇编语言编写的主控芯片控制程序与EEPROM AT24C02读写程序相结合，并用Proteus软件进行仿真，设计了一款可以多次更改密码，具有报警功能的电子密码控制系统。
这种密码锁的电路设计具有防试探按键输入、智能控制上锁、开锁、报警、修改密码等多种功能。密码长度可变、保密性强、灵活性高、应用日益广泛。
关键词 密码锁 单片机 报警 LCD显示 自动拨号

The warning function electron combination lock design
Abstract
In the daily life and the work, the means which the housing and department's safe guard, unit's document file, the financial reporting as well as an individual material's preservation many locks solves. If use tradition mechanical key unblanking, the people often must carry many key, the use are not extremely convenient, and after the key loses, the security namely sells at a discount greatly. In the safety work guard domain, had the security warning function electronic combination lock to replace the traditional mechanical combination lock gradually, the electronic combination lock had the security to be high, the cost was low, the power loss low, easy to operate and so on merits.
This article from economical practical angle embarking, uses American Atmel Corporation's monolithic integrated circuit AT89C51 to take the master control chip and the data-carrier storage unit, unifies the periphery the matrix keyboard input, the LCD liquid crystal display, the warning, the unblanking and so on, read-write procedure unifies with the assembly language compilation's master control chip control procedure and EEPROM at24C02, and carries on the simulation with the Proteu software, designed one section to be possible to change the password many times, had the warning function electronic password control system.
This kind of combination lock's circuit design has against probe pressed key input, the intelligent control to cage, the unblanking, the warning, the revision password and so on many kinds of functions. The password length variables, the secrecy is strong, the flexibility is high, the application is day by day widespread.
Key word Combination lock Monolithic integrated circuit Warning LCD demonstrates the automatic dialing

目录
摘要…………………………………………………………………………………1
Abstract……………………………………………………………………………2
第1章 前言…………………………………………………………………………
1.1 引言………………………………………………………………………………
1.2国内外研究概况…………………………………………………………………
1.3我国住宅安全防范系统展望……………………………………………………
1.4论文主要工作概述………………………………………………………………
第2章 系统设计方案………………………………………………………………
2.1 单片机的选择……………………………………………………………………
2.1.1 AT89C51单片机的结构………………………………………………
2.1.2 AT89C51的管脚说明………………………………………………
2.1.3振荡特性……………………………………………………………………
2.1.4芯片擦除……………………………………………………………………
2.2存储芯片AT24C02……………………………………………………………6
2.3 LCD1602显示器………………………………………………………………7
2.4 晶体振荡器……………………………………………………………
2.5具有防盗报警功能电子密码锁的总体构成……………………………………
2.6电子密码锁的功能及工作程……………………………………………………
2.6.1具有防盗报警功能的电子密码锁具有的特点和功能………………………
2.6.2系统的基本工作过程…………………………………………………………
第3章 系统硬件设计………………………………………………………………
3.1 电子密码锁电路总体构成………………………………………………………
3.2电源输入电路…………………………………………………………
3.3键盘输入电路…………………………………………………………
3.4密码存储电路…………………………………………………………
3.5复位电路…………………………………………………………
3.6晶振电路…………………………………………………………
3.7显示电路…………………………………………………………
3.8报警电路…………………………………………………………
3.8.1 防盗探测器电路设计…………………………………………………………………
3.8.2 用户端自动报警器总体设计…………………………………………………
3.8.3 自动拨号及语音报警电路设计………………………………………………
3.8.4 键盘与密码显示电路设计……………………………………………………
3.8.5 系统电源的设计………………………………………………………………
3.9开锁电路…………………………………………………………
第4章 系统软件设计……………………………………………………………………
4.1主程序流程图…………………………………………………………………17
4.2按键软件设计…………………………………………………………………18
4.3密码设置软件设计……………………………………………………………19
4.4开锁软件设计……………………………………………………………
4.5 控制模块程序设计………………………………………………………………
4.6 拨号模块程序设计………………………………………………………………
4.7 语音模块程序设计………………………………………………………………
4.8 摘挂机模块程序设计……………………………………………………………
4.9 密码及显示模块程序设计………………………………………………………
第5章 系统的抗干扰措施…………………………………………………………
5.1 系统硬件抗干扰措施……………………………………………………………
5.2 系统软件抗干扰措施……………………………………………………………
第6章 调试与实现
6.1硬件调试 ………………………………………………………………………21
6.2软件调试 ………………………………………………………………………21
6.3 Pruteus仿真…………………………………………………………
结束语………………………………………………………………………………
参考文献………………………………………………………………………………
致谢……………………………………………………………………………………
附录

第1章 前言
1.1 引言
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以加锁的办法来解决。若使用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。为满足人们对门锁的使用要求,增加其安全性,用密码电子锁代替传统机械锁应运而生。目前使用的密码锁种类繁多,各具特色。本文从经济实用的角度出发,采用AT89C2051单片机,研制了一款具有防盗自动报警功能的电子密码锁。该密码锁设计方法合理,简单易行,成本低,符合住宅、办公室用锁要求,具有一定的推广价值。
1.2 国内外研究概况
由于电子器件所限，以前开发的电子密码锁，其种类不多，保密性差，最基本的就是只依靠最简单的模拟电子开关来实现的，制作简单但很不安全，在后来多是基于EDA来实现的，其电路结构复杂，电子元件繁多，也有使用早先的20引角的2051系列单片机来实现的，但密码简单，易破解。随着电子元件的进一步发展，电子密码锁也出现了很多的种类，功能日益强大，使用更加方便，安全保密性更强，由以前的单密码输入发展到现在的，密码加感应元件，实现了电子加密，用户只有密码或电子钥匙中的一样，是打不开锁的，随着电子元件的发展及人们对保密性需求的提高出现了越来越多的电子密码锁。出于安全、方便等方面的需要许多电子密码锁已相继问世。但这类产品的特点是针对特定有效卡、指纹或声音有效，且不能实现远程控制，只能适用于保密要求高且供个人使用的箱、柜、房间等。由于数字、字符、图形图像、人体生物特征和时间等要素均可成为钥匙的电子信息，组合使用这些信息能够使电子防盗锁获得高度的保密性，如防范森严的金库，需要使用复合信息密码的电子防盗锁，组合使用信息也能够使电子防盗锁获得无穷扩展的可能，使产品多样化，对用户而言是“千挑百选、自得其所”。可以看出组合使用电子信息是电子密码锁以后发展的趋势。
我国家用安防系统相对国外来讲，是有较大差距的。现在一般居民住宅的主要防盗措施仅限于防盗窗、防盗门，虽有一定的防盗作用，在灾害发生的情况下，使逃生更加困难。另外，小区安全措施不足；居民安全意识有待增强；安全防范系统也急需普及。
1.3 我国住宅安全防范系统展望
家用防盗系统近几年来在全球以及在中国的快速发展是信息技术发展寻找更广阔的市场结合点的必然结果，是IT 产业向传统住宅产业以及人们生活渗透的必然结果。家用防盗系统建设目标是向人们提供“方便快捷的信息通信、安全舒适的住宅环境、高效便利的物业管理”。发展家用防盗系统是住宅产业现代化的必然选择。家用防盗系统按智能技术开发的功能和作用的不同，小区中报警系统应用一般体现在探测智能、监控智能和抗干扰智能三个主要方面。目前欧美已有一些国家正在大力研究无线防盗探测报警系统，随着时间的推移，这种产品在我国也会发展成为主流。如今，人民生活已从温饱型向小康转变，大件耐用消费品己经进入寻常百姓家，因此人们会有更强的安全意识，逐渐接受在住宅内装设质优价廉、功能完善的安全防范系统。同时人类已经进入二十一世纪，智能住宅己开始引起人们的关注。作为住宅的一个组成部分，安全防范系统也必将向多功能、全方位、综合性、智能化方向发展。
1.4 论文主要工作概述
针对国内外的发展情况，可见住宅安全防范系统是我国未来住宅建设的重点发展方向。本课题要设计的具有防盗报警功能的电子密码锁是依托公共电话网做传输媒体的电话报警系统，与传统的区域报警系统相比，它具有传输距离远、硬件简单、安装方便的优点。本文所介绍的安全报警系统，是用双绞线连接中央控制器和各用户端自动报警器，实现前端报警器的报警数据采集；利用电话线，采用单片控制的DTMF 通信方式实现自动拨号报警，既可提高信息传递速度，又可解决前端报警器之间同时报警争信道问题。
本设计采用单片机为主控芯片，结合外围电路，组成电子密码锁，用户想要打开锁，必先通过提供的键盘输入正确的密码才能将锁打开，密码输入错误有提示，为了提高安全性，当密码输入错误三次将报警。密码可以有用户自己修改设定，锁打开后才能修改密码。修改密码之前必须再次输入旧的密码，在输入新密码的时候要二次确认，以防止误操作。盗窃以及入室抢劫实行自动报警；住宅设置紧急呼叫系统；用户端自动报警器对各传感器的信号进行检测和控制；用户端自动报警装置对双音多频编、译码器控制，使住宅通过电话网实现与相关部门之间的数据交换，设置简洁，操作方便。
该防盗报警系统主要包含用户端电子防盗系统及监控管理控制中心两大部分。用户端的电子防盗系统又包括探测器、自动报警器及输出等组成部分，并将模块化思想引入此系统，从而使整个系统的功能更完善、灵活、可调。在满足各项性能指标的前提下，不仅要考虑到系统的易用性，还要努力降低成本，使其经济实用，在保证灵敏度的情况下，尽量降低误报率，确保在同类产品中的竞争地位。
第2章 系统设计方案
2.1 单片机的选择
由于单片机种类繁多，各种型号都有其一定的应用环境，因此在选用时要多加比较，合理选择，以期获得最佳的性价比。一般来说在选取单片机时从下面几个方面考虑：性能、存储器、运行速度、I/O口、定时/计数器、串行接口、模拟电路功能、工作电压、功耗、封装形式、抗干扰性、保密性，除了以上的一些的还有一些最基本的比如：中断源的数量和优先级、工作温度范围、有没有低电压检测功能、单片机内有无时钟振荡器、有无上电复位功能等。在开发过程中单片机还受到：开发工具、编程器、开发成本、开发人员的适应性、技术支持和服务等等因素。基于以上因素本设计选用单片机AT89C51作为本设计的核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，实现基本的密码锁功能。在单片机的外围电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制，外接AT24C02芯片用于密码的存储，外接LCD1602显示器用于显示作用。
2.1.1 AT89C51单片机的结构
AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）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、非易失性存取技术生产，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，功能强大[3]。AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。

图1 AT89C51单片机引脚图
2.1.2 AT89C51的管脚说明
如图1所示：
Vss(20脚):接地
VCC（40脚）: 主电源+5V
XTAL1（19脚）:接外部晶体的一端。在片内它是振荡电路反相放大器的输入端在采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该端引脚必须接地；对于CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。
XTAL2（18脚）: 接外部晶体的另一端。在片内它是一个振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率是晶体振荡频率。若需采用外部时钟电路，对于HMOS单片机，该引脚输入外部时钟脉冲；对于CHMOS单片机，此引脚应悬浮。
RST（9脚）: 单片机刚接上电源时，其内部各寄存器处于随机状态，在该脚输入24个时钟周期宽度以上的高电平将使单片机复位（RESET）
PSEN（29脚）: 在访问片外程序存储器时，此端输出负脉冲作为存储器读选通信号。CPU在向片外存储器取指令期间，PSEN信号在12个时钟周期中两次生效。不过，在访问片外数据存储器时，这两次有效PSEN信号不出现。PSEN端同样可驱动8个LSTTL负载。我们根据PSEN、ALE和XTAL2输出端是否有信号输出，可以判别80C51是否在工作。
ALE/PROG（30脚）:在访问片外程序存储器时，此端输出负脉冲作为存储器读选通信号。CPU在向片外存储器取指令期间，PSEN信号在12个时钟周期中两次生效。不过，在访问片外数据存储器时，这两次有效PSEN信号不出现。PSEN端同样可驱动8个LSTTL负载。我们根据PSEN、ALE和XTAL2输出端是否有信号输出，可以判别80C51是否在工作。EA/VPP（31脚）: 当EA端输入高电平时，CPU从片内程序存储器地址0000H单元开始执行程序。当地址超出4KB时，将自动执行片外程序存储器的程序。当EA输入低电平时，CPU仅访问片外程序存储器。在对87C51EPROM编程时，此引脚用于施加编程电压VPP。
输入/输出引脚：① P0.0—P0.7   (39脚—32脚)
② P1.0—P1.7   (1脚—8脚)
③ P2.0—P2.7   (26脚—21脚)
④ P3.0—P3.7   (10脚—17脚）
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如表P3口的管脚备选功能所示：
表1 P3口的管脚备选功能
P3口管脚
备选功能
P3.0
RXD:串行输入口
P3.1
TXD:串行输出口
P3.2
:外部中断0
P3.3
:外部中断1
P3.4
T0:记时器0外部输入
P3.5
T1:记时器1外部输入
P3.6
:外部数据存储器写选通
2.1.3振荡特性
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
2.1.4芯片擦除
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
2.2 存储芯片AT24C02
如图2为AT24C02的芯片引脚图。

图2 AT24C02的芯片引脚图
特点：低压和标准电压运行模式
– 2.7 (VCC = 2.7V to 5.5V)
– 1.8 (VCC = 1.8V to 5.5V)
内建128x8存储序列，2线制串行接口，双向数据传送协议，100kHz(1.8V,2.5V,2.7V) 和400kHz(5V)兼容，写同步时钟(最大10ms)，高可靠性，极限：1M写时钟周期，数据保存:100年，不断推进的芯片等级扩大了设备的可用温度范围。
AT24C02提供电可擦除的串行1024位存储或可编程只读存储器(EEPROM)128字(8位/字)。芯片在低压的工业与商业应用中进行了最优化。
设备操作：
CLOCK 和DATA变化：SDA管脚通常外部要拉高。SDA管脚上的数据只能在SCL低期间改变。数据在SCL高期间改变定义为一个开始或停止信号。
开始状态：在任何操作之前必须有一个开始信号----在SCL为高时SDA上产生一个下降沿。
停止状态： SCL为高时SDA产生一个上升沿是停止信号，停止信号后将停止所有通信。
在一个读的序列之后，停止信号将让EEPROM进入备用电源模式。
2.3 LCD1602显示器
液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。1602型LCD显示模块具有体积小，功耗低，显示内容丰富等特点。1602型LCD可以显示2行16个字符，有8位数据总线D0-D7和RS,R/W,EN三个控制端口，工作电压为5V，并且具有字符对比度调节和背光功能。
接口信号说明：
1602型LCD的接口信号说明如表2所示。
表2 LCD1602接口信号说明
编号
符号
引脚说明
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
9
D2
数据
2
VDD
电源正极
10
D3
数据
3
VL
液晶显示偏压
11
D4
数据
4
RS
数据/命令选择
12
D5
数据
5
R/W
读/写选择
13
D6
数据
6
E
使能信号
14
D7
数据
7
D0
数据
15
BLA
背光源正极
8
D1
数据
16
BLK
背光源负极
1602型LCD主要技术参数：
显示容量:16×2个字符
芯片工作电压:4.5—5.5V
工作电流:2.0mA(5.0V)
模块最佳工作电压:5.0V
字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm
1602型LCD基本操作程序如下表所示：
表3 LCD1602基本操作程序
读状态
输入
RS=L，R/W=H，E=H
输出
D0—D7=状态字
写指令
输入
RS=L，R/W=L，D0—D7=指令码，E=高脉冲
输出
无
读数据
输入
RS=H，R/W=H，E=H
输出
D0—D7=数据
写数据
输入
RS=H，R/W=L，D0—D7=数据，E=高脉冲
输出
无
2.4晶体振荡器
晶体振荡器，简称晶振，其作用在于产生原始的时钟频率，这个频率经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率。以声卡为例，要实现对模拟信号44.1kHz或48kHz的采样，频率发生器就必须提供一个44.1kHz或48kHz的时钟频率。如果需要对这两种音频同时支持的话，声卡就需要有两颗晶振。但是现在的娱乐级声卡为了降低成本，通常都采用SCR将输出的采样频率固定在48kHz，但是SRC会对音质带来损害，而且现在的娱乐级声卡都没有很好地解决这个问题。现在应用最广泛的是石英晶体振荡器。
石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器，石英晶体振荡器也称石英晶体谐振器，它用来稳定频率和选择频率，是一种可以取代LC谐振回路的晶体谐振元件。石英晶体振荡器广泛地应用在电视机、影碟机、录像机、无线通讯设备、电子钟表、单片机、数字仪器仪表等电子设备中。为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。在单片机中为其提供时钟频率。
石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。只要在晶体振子板极上施加交变电压，就会使晶片产生机械变形振动，此现象即所谓逆压电效应。当外加电压频率等于晶体谐振器的固有频率时，就会发生压电谐振，从而导致机械变形的振幅突然增大。
2.5具有防盗报警功能电子密码锁的总体构成
具有防盗报警功能电子密码锁的开发设计方案是参照国内外相关技术的发展状况，根据我国住宅建设的实际情况，以及各相关方面的协调发展状况，为满足新时期居民的居住要求，真正实现智能化报警的要求来确定的。
本设计主要由单片机、矩阵键盘、液晶显示器和密码存储等部分组成。其中矩阵键盘用于输入数字密码和进行各种功能的实现。采用一种新型的电子安全报警系统，该系统的设计是将电子探测、智能控制和电话通讯技术相结合，从而形成一个防盗报警系统。系统总体构成包括防盗探测器、用户端自动报警器与通讯线路三个模块，系统组成框图如图3、4所示。

AT89C51
键盘输入
复位电路
密码存储电路
晶振电路
电源输入
显示电路
报警电路
开锁电路
图3 电子密码锁原理框图

看门狗电路EPROM

密码控制电路
防盗探测器 红外监测

用户端
自动报警器AT89C51

报警开关

电话机接口电路
紧急呼救开关
拨号电路

语音检测与报警电路

指示灯
控制输出/输入
电源电路

图4报警系统组成框图
用户端自动报警器安装于居民住宅，用于对居民住宅各个不同部位的不同类型探测器进行监测与控制，并对从各个探测器采集来的数据进行处理。当出现异常情况时，通过家中的电话线路自动拨号报警，并与中央控制器建立联系。系统不需要另外占用电话线路，当有报警信号时，报警电话享有电话线路的优先权。
2.6 电子密码锁的功能及工作过程
2.6.1具有防盗报警功能的电子密码锁具有的特点和功能：
1.当用户需要开锁时，先按键盘开锁键之后按键盘的数字键0－9输入密码。密码输完后按下确认键，如果密码输入正确则开锁，不正确显示密码错误重新输入密码，当三次密码错误则发出报警；当用户需要修改密码时，先按下键盘设置键后输入原来的密码，只有当输入的原密码正确后才能设置新密码。新密码输入无误后按确认键使新密码将得到存储，密码修改成功。
2. 报警系统采用模块化设计。前端报警器能够快速、准确地检测到现场的异常状态，经确认后及时通报给中央控制器。并能够可靠地进行盗情报警，通过电话线拔打预先设置的1-6 组电话／手机号码（小区监控管理中心电话、用户个人电话、用户单位电话、盗警电话110 、紧急呼救电话），进行语音报警。
3.用户端自动报警器可检测探测器或传输线路发生的故障（如探头断线或掉电等）, 并可向中央控制器报告故障情况。
4. 报警系统开关机采用密码控制且允许修改密码，防止误报同时增加用户端自动报警器的保密性。
5. 用户端自动报警器内提供备用电源，在没有电的情况下，交直流供电自动切换，确保系统在停电时能继续工作。
2.6.2系统的基本工作过程：
本设计采用单片机作控制器,用微波探测器监测是否出现非正常开门的情况,。系统工作时,用户通过按键输入密码,按下“确认”键后,单片机将输入密码与设定密码进行比较,若密码正确,则发出开锁信号,将门打开;若密码不正确,则有相应的指示灯闪动,并要求重新输入密码,重新输入密码的次数不能超过3次,若3次输入的密码都不正确,或者有人入侵时，与之相应的报警探测器则立即向用户端自动报警器发出报警信号。接到警情事件后，自动报警器立即进行确认，若50s 后无人解除警情同时警情确认无误后，进行事件的现场声、光报警，同时用户端自动报警器自动向相关部门拨打预先设置好的报警电话号码，进行语音报警。用户端报警器具有探头故障报警功能，避免由于探头掉电而漏报，出现故障时点亮故障灯；如果判断探头掉线（被剪断），则声光报警。如果出现误触发而报警时可以通过触发延迟时间（505 定时器）去解除，另外用户端自动报警器还具备状态信息（如有无交流电、备用电池电量是否不足等）上报的功能，可以对预设的普通电话、手提电话实现报警。
本章节主要介绍了系统总体设计方案，确定了原理框图，对报警系统的运行做了分析，并设计了防盗探测器，为后续章节研究防盗报警系统的模块化设计打下了理论基础。
第3章 系统硬件设计
3.1 电子密码锁电路总体构成
在确定了选用什么型号的单片机后，就要确定在外围电路，其外围电路包括电源输入部分、键盘输入部分、密码存储部分、复位部分、晶振部分、显示部分、报警部分、开锁部分组成，根据实际情况键盘输入部分选择4*4矩阵键盘，显示部分选择字符型液晶显示LCD1602，密码存储部分选用AT24C02芯片来完成。其原理图如图5所示：

图5 电子密码锁结构图
3.2 电源输入电路
密码锁主要控制部分电源需要用5V直流电源供电，其电路如图3.2所示，而5V电源输入时往往伴有杂波，所以加一个2.2uF的电容滤波。这样输出的电压一般能满足要求。

图6 电源输入电路原理图
3.3 键盘输入电路
由于本设计所用到的按键数量较多而不适合用独立按键式键盘。采用的是矩阵式按键键盘，它由行线和列线组成，也称行列式键盘，按键位于行列的交叉点上，密码锁的密码由键盘输入完成，与独立式按键键盘相比，要节省很多I/O口。本设计中使用的这个4*4键盘不但能完成密码的输入还能作特别功能键使用，比如清空显示功能等。键盘的每个按键功能在程序设计中设置 。其大体功能（看键盘按键上的标记）及与单片机引脚接法如图7所示：

图7 键盘输入原理图
3.4 密码存储电路
AT24C02是ATMEL公司的2KB字节的电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到2.5V，额定电流为1mA，静态电流10Ua(5.5V)，芯片内的资料可以在断电的情况下保存40年以上，而且采用8脚的DIP封装，使用方便。其电路如图8所示。

图中1、2、3脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址，在AT89S51上它们都能接地，第5脚和第8脚分别为正、负电源。AT24C02中带有片内地址寄存器，每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加1，以实现对下一个储存单元的读写，所有字节均以单一操作方式读取。
3.5 复位电路
单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后PC＝0000H，使单片机从第—个单元取指令。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。在复位期间（即RST为高电平期间），P0口为高组态，P1－P3口输出高电平；外部程序存储器读选通信号PSEN无效。地址锁存信号ALE也为高电平。根据实际情况选择如图2-8所示的复位电路。该电路在最简单的复位电路下增加了手动复位按键，在接通电源瞬间，电容C1上的电压很小，复位下拉电阻上的电压接近电源电压，即RST为高电平，在电容充电的过程中RST端电压逐渐下降，当RST端的电压小于某一数值后，CPU脱离复位状态，由于电容C1足够大，可以保证RST高电平有效时间大于24个振荡周期，CPU能够可靠复位。增加手动复位按键是为了避免死机时无法可靠复位。当复位按键按下后电容C1通过R5放电。当电容C1放电结束后，RST端的电位由R11与R15分压比决定。由于R11<<R15 因此RST为高电平，CPU处于复位状态，松手后，电容C1充电，RST端电位下降，CPU脱离复位状态。R11的作用在于限制按键按下瞬间电容C1的放电电流，避免产生火花，以保护按键触电 。

图9 复位电路原理图
3.6 晶振电路
AT89C51引脚XTAL1和XTAL2与晶体振荡器及电容C2、C1按图10所示方式连接。晶振、电容C2／C3及片内与非门（作为反馈、放大元件）构成了电容三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频率及电容C1、C2的容量有关，但主要由晶振频率决定，范围在0～33MHz之间，电容C2、C3取值范围在5～30pF之间。根据实际情况，本设计中采用12MHZ做系统的外部晶振。电容取值为20pF。

图10 晶振电路原理图

3.7 显示电路
为了提高密码锁的密码显示效果能力。本设计的显示部分由液晶显示器LCD1602取代普通的数码管来完成。只有按下键盘上的开启按键后，显示器才处于开启状态。同理只有按下关闭按键后显示器才处于关闭状态。否则显示器将一直处于初始状态，当需要对密码锁进行开锁时，按下键盘上的开锁按键后利用键盘上的数字键0－9输入密码，每按下一个数字键后在显示器上显示一个*，输入多少位就显示多少个*。当密码输入完成时，按下确认键，如果输入的密码正确的话， LCD子显示“RIGHT”，单片机其中P2.0引角会输出低电平，使三极管T2导通，电磁铁吸合，电子密码锁被打开，如果密码不正确，LCD显示屏会显示“ERROR”，P2.0输出的是高电平，电子密码锁不能被打开。通过LCD显示屏，可以清楚的判断出密码锁所处的状态 。其显示部分引脚接口如图11所