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本科生毕业论文(设计)
调研报告
题 目： 基于单片机控制的
电子密码锁的设计
学生姓名： ？ ？
学 号： 200916030106
专业班级： ？？？？？？？？
指导教师： ？ ？ ？
完成时间： 20##年3月20日
基于单片机控制的电子密码锁的设计
一、 主要目标任务：
综合运用所学知识，如《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《自动控制原理》、《微机原理》、《单片机原理与应用》，设计一个基于单片机控制电子密码的设计。
1）对以前所学知识进行系统的复习，全面的综合并将其联贯。
2）学会了独立的分析和解决问题和进行相关社会调查的能力
3）学会了查阅文献的方法和培养查阅文献的良好习惯。
4）提高专业相关外文的阅读、翻译能力。提高专业英语水平。
5）提高编写程序的水平，优化软件结构。提高文献调研水平。
二、 技术性能指标：
1） 数码管能显示密码的相关信息，能进行密码修改。
2） 密码输入错误警报。
3） 连续密码输入错误，可自锁。
三、 简要工作原理
基于以单片机AT89S51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。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
四、 课题文献综述
1、《基于GSM的电子密码锁》
1）作者：张帆、刘奇、孙婕、
2）摘要：基于GSM的电子密码锁安全系统，该系统具有修改密码，解锁，上锁功能，特别增加GSM通信控制，加强了锁的安全性。而且系统设有超级密码，用于主人修改其普通密码。
3）GSM的电子密码锁的设计
系统结构只要有：单片机模块，GSM模块，电源模块，LCD显示模块，锁驱动模块，键盘输入模块，报警模块。
系统主要采用了GSM全球通信系统，该系统是一种通信双方或至少一方处于移动中进行信息交流的通信系统。GSM模块是集成好的具有短信收发功能的无线终端模块，单片机可以通过串口将数据和指令发送给GSM模块，从而实现无线通信，无线控制。
4）结束语
当今技术趋于成熟的电子密码锁已逐渐替换传统锁对用户的私密财务进行保护。电子密码锁不仅安全系数高，还可以随时更换密码，方便，错误率低，功率消耗低，工作稳定。
2、《基于单片机红外遥控电子密码锁的设计》
1）作者：孔鹤 杨立波
2）摘要：基于STC89C52单片机的红外遥控密码锁的设计，给出了红外接 受器的设计电路。通过对红外线的信号的发射和接收的详细研究，设计 出了一种对遥控信号进行准确译码方法和电路。设计集红外开锁，本机开锁，修改密码，报警和显示于一体，可以用点，在室内有效遥控距离可达额13m，在室外也可大10m。
3）单片机红外遥控电子密码锁的总体设计
系统采用单片机为设计的核心原件，利用红外遥控的原理和单片机串行接受，键盘扫描等功能而设计的一款具有开锁，遥控开锁和可修改密码的电子密码锁。
单片机作为核心电路，p1口外接本机电源。p3.2口外接红外接受头，p0.2口接电源指示灯，p0.4口外接报警信号放大器，用来放大报警信号，驱动蜂鸣器，p0.6外界电磁锁驱动电路，用绿色LED指示灯指示所得开关，p2口接LCD提示当前输入，片p3.4，p3.5外接EEPROM用于存储密码。
4）结束语：
改进了以往的利用74LS164芯片驱动数码管的显示不同，在本系统中采用了更加强大的lcd1602来实现6位稳定的静态显示，占用系统的时间少，增加集成度，方便编程和对信号的检测。
3、《EDA实现的电子密码锁创新设计》
1）作者：王永祥，刘全
2）摘要：用硬件语言实现了一种新的用于EDA实验的电子密码锁的设计
该设计能把串行的按键输入转换为逻辑矢量，当此矢量与预置的相等时锁便可以打开，不正确密码输入后的确认高电平将使设计发出警报；输入两组相同的8位数据和确认高电平就可以在锁被大开的状态下修改密码，而且整个设计的工作无需外部时钟。仿真结果硬件验证表明该设计性能稳定可靠。
3）设计的外部结构和实现的功能
数字密码锁有四个密码输入和一个“确认”按键，无需另外的工作时钟。
密码采用8位四进制数字并进行修改。
密码输入正确后再按确认键密码锁将允许被打开。
密码输入不正确再按确认键密码锁将发出警报信息。
再锁被打开的状态下，连续输入两组相同的8位或以上数据和确认高电平就可以修改密码。
4）系统组成模块
整个系统有6个木块组成：编码模块，开锁输入移位寄存模块，密码修改输入移位寄存模块，密码修改使能模块，密码生成模块以及开锁模块，各个模块都用硬件描述语言VHDL设计
5）结束语：
VHDL语言强大的描述能使得实现可靠的控制系统变得较为容易。本设计的特点在于尽可能依靠自身产生信号去控制系统的工作，减少了整个设计对外部电路的依赖，使用方法也较为简单。由于设计时对关键的控制信号作了加大延时的处理，所以整个设计的工作稳定可靠，具有很强的抗干扰的能力。
1）作者：张改莲
2）摘 要：设计的电子密码锁采用AT89S51单片机与E2PROM AT24C02作为主控芯片与数据储存器单元，外围包括键盘的输入，显示，报警，开锁等电路，可以多次更改密码且具有报警功能。
3）工作原理：
主要有单片机，矩阵键盘，液晶显示器和密码储存等部分组成。其中矩阵键盘用于输入数字密码和进行各种功能的实现。由用户通过连接单片机的矩阵键盘输入密码，后经过单片机对用户输入的密码与自己保存的密码进行对比，从而判断密码是否正确，然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或报警电路控制开锁还是报警，实际使用时只要将单片机的负载由继电器换成电子密码锁的电磁铁吸合线圈即可，当然可以用继电器的常开触点去控制电磁铁吸合线圈。
5）结果总结
单片机制作的电子密码锁具有软硬件设计简单，易于开发，成本较低，安全可靠，操作方便等特点，可以用于住宅，办公室的保险箱及档案柜等需要防盗的场所，有一定的实用性。
5、《基于AT89c51单片机的电子密码锁的设计》
1）作者：李克杰
2）方案设计：
该设计基于AT89C51单片机控制，采用24C04A作为储存单元，通过1602LCD液晶模块进行显示。根据开锁信息提示，从键盘输入密码，若 与预置密码相符，即开锁。该设计还支持修改密码操作。
AT89C51单片机是系统的核心，负责调度各程序稳定运行并控制其他模块，完成密码锁的信息处理，密码校对和修改等工作。系统有AT89C51单片机，矩阵键盘，储存器，显示电路组成。
3）硬件设计：
4*4矩阵键盘设计
储存单元24C04A的设计
液晶显示单元1602LCD的设计
4）软件设计：
程序分为主程序，密码判断子程序，显示子程序，键盘扫描程序，延时子程序，蜂鸣器输出子程序及待机中断服务程序等。
若选择功能是开锁，此时LCD显示“your password...“。单片机执行键盘扫描程序，通过矩阵键盘输入0~6位密码后，出入数组，等待按下开锁键确认。此时预置在24C04A的密码与输入密码进行比较。如果正确，则开锁，如果错误，则显示错误。
若选择功能是修改密码。需按下功能键“输入新密码”，此时LCD显示"new password:",然后单片机执行键盘扫描程序，输入0~6位新密码后，按下功能键“保存新密码”，新密码成功储存在24C04A中，此时LCD显示“your password be save”修改密码必须在正确输入密码并开锁后才能进行，如果在位开锁的状态下，则会成功。
5）结束语
基于AT89C51单片机的电子密码锁，克服了传统的机械锁构造简单，安全系数低，使用不方便的缺点。不同的锁可设计相应的控制方式实现开锁操作。该系统在现实生活中，可以根据实际应用场合，进一步完善系统的功能。
6、《基于FPGA的电子密码锁的设计》
1）作者：李倩 梁亮
2）摘要：由于电子密码锁具有低成本，安全性高，功耗低，易操作等优势，使得其越来越受到人们的青睐。本设计利用Quartus2软件平台和大规模可编程逻辑器件FPGA，完成了电子密码锁的功能设计与仿真，大大简化了密码锁的结构，提高了密码锁的保密性和可靠性。
3）硬件设计
一个基本的密码锁是由密码锁控制器以及附加的外围电路组成的，其中密码锁控制器的主要作用是用来接收密码并进行密码的验证操作，外围指示电路的主要作用是用来输入密码，显示输入密码和根据密码验证的结果给出不同的信号显示或者启动报警装置，其中报警装置通常用扬声器。
核心电路FPGA
矩阵键盘输入
数码管动态显示
报警扬声器
3）总结
此设计的电子密锁采用了SOPC技术，FPGA器件能够简化系统结构，降低成本，提高了系统的保密性和可靠性，具备万次以上的擦鞋能力。因此，本次设计的电子密码锁系统，还有升级与改进的空间。
7、《数字电子密码锁的设计》
1）作者：金长茂
2）摘 要
主要利用数字逻辑电路设计一种电子密码锁，实现对门的电子控制和报警，并且有各种附加电路保证电路能够稳定可靠地工作，有极高的安全系数。
3）引言
随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其突出。传统的机械锁由于其简单，被撬的事件屡见不鲜。电子锁由于其保密性高，使用灵活，安全系数高，受到广泛欢迎。
4）电子密码锁的组成
电子密码锁的设计包含键盘输入，密码修改，密码检测，开锁电路，执行电路和报警电路以及键盘输入次数锁定电路等组成。
5) 结束语
采用本电路设计的电子密码锁经过多次修改和整理，实现电子密码开锁的功能。电路密码含有16种选择，设计要求在规定的时间被按一定的顺序才能开锁。所以在他人不知的情况下开锁的几率很小，保密性强，灵活性高，适用范围广，适合家庭，宾馆等场所。
8、《改进结构的电子密码锁结构分析》
1）作者：张金明、李仁
2）引言
电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或芯片工作，从而控制机械开关的弥合，完成开锁，闭锁任务的电子产品。目前主要采用子弹锁，其结构简单，机械锁结构复杂，精度高，成本高，且易出现故障，人们需要携带多把钥匙，使用不方便，而且钥匙丢失后，安全不保。随着电子元件的发展，电子密码锁的结构方式有很大的改变，从中也获益不少。
3）电子密码锁主要结构分析
从设计的环节中，主要由单片机和单片机外围电路，通过不同的外围电路实现电子密码锁的功能，其中可以解决机械锁锁带来的一些不必要的丢钥匙和维护成本。而且可以增加一些指纹感应元件，实现真正的电子加密，操作也简单可靠。另外一种，就是常用数字密码控制，通过键盘和显示器，同时将密码储存在外部的储存器中，然后输入用户自己的密码，进行核对，就可实现电子密码锁的设计。
4）总结
使用一些先进的电子元件设计的电子密码锁，结构简单，方便实用，成本较低，安全可靠。
9、《A design o electronic cipher lock based on touch screen》
1）Author: Hacene Habbi,Mimoun Boorstin?Daniel
2）Abstract
The paper presents a design of electronic cipher lock based on touch screen,which takes microcessor LCP2132 of ARM7 as the core component to control the entire system.The paper makes detailed description about the design principle bothe of hardware and software .The system has some funtions :password input ,add,clear and display ,when password is correct the system is unlock.Alarm when entering wrong password over three times, lock the keyboard and set the initial system when the input password is wrong or the input time is over. This design reduces the fault rate and improves the reliability ,security and safety. Combined with touch screen, the electronic cipher lock works effectively and conveniently.
3）System detailed
Designed electronic lock system, including touch screen, memory, processor, power supply, motor, buzzer. Power in the touch screen, memory, processor, connected to each part of the required electricity. Processor and memory, touch screen connected with each other for data transfer. To give users a more convenient and intuitive password input operation, add an issue key tone of the buzzer. Touch screen using HSD in TFT LCD coupled with the AD7843 resistive touch screen, lock 3 * 4 matrix keyboard displayed on the touch screen, the password is stored in nonvolatile memory chip 24C02. The upper part of the touch screen as the display of the password input error on the tips, while the lower half is divided into 3 * 4 keyboard password. The user enters the correct motor rotation locks open, enter the wrong door lock does not open, three times in a row input error alarm. The password is divided into two classes: one is the user's password, this part can have multiple password; and the other is the administrator password, this password is the only. Only administrators are eligible to add and remove user password, so that the practical be greatly enhanced. In addition, when any keyboard on the touch screen is clicked, the timer of the processor start time, after a preset period of time, time to end processor to control the touch screen to return to the initial interface, thereby preventing some of the user password is not finished entering went away to the back of the user's interference.
4）Conclusion
The system uses a ARM7 processor, relative microcontroller internal resource-rich, touch screen refresh rate is faster, lower power consumption. In the design process, electronic locks and touch screen effective combination. This system is widely used in the door lock system of the district or company, compared with the traditional keyboard, users easy and intuitive to use, stable and reliable in practical applications, then save resources, to achieve the desired effect. In addition, the power supply design, and password generation algorithm has yet to be improved, power enough to perfect.
五、 方案选择论证：
2.1 方案一：采用数字电路控制
用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路作为密码锁的核心控制，共设了9个用户输入键，其中只有4个是有效的密码按键，其它的都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入的密码无效，需要重新输入；如果用户输入密码的时间超过10秒（一般情况下，用户不会超过10秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警20秒，若电路连续报警三次，电路将锁定键盘2分钟，防止他人的非法操作。采用数字电路设计的方案好处就是设计简单但控制的准确性和灵活性差。故不采用。
图 2.1 方案一的原理方框图
2.2 方案二：采用以单片机为核心的控制方案
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AT89S51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。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。
图2.2 方案二的原理方框图
可以看出方案二控制灵活准确性好且保密性强还具有扩展功能，根据现实生活的需要此次设计采用此方案
五、 参考文献
1)单片机原理及其应用…………………………………………………张俊谟
2)计算机控制系统………………………………………………吴坚、黄玉清
3)过程控制系统………………………………………………邵裕森、戴先中
4)PIC单片机原理及应用……………………………………………李克勤等
5)微机原理与接口技术…………………………………………………张志文
6)模拟电路与数字电路…………………………………………寇戈、蒋立平
7)电子技术课程设计指导………………………………………………彭介华
8) 《A design o electronic cipher lock based on touch screen》 ………… …
………………………………………Hacene Habbi,Mimoun Boorstin?Daniel
9)嵌入式触摸屏的应用………………………………………… ……刘元超