51单片机的新型密码锁的设计与研发

昌吉职业技术学院 李洪兵 李海滨 丁筱萱

随着科技的发展和人性化需求的改变，开锁已然从传统的机械锁演变到现在的电子密码锁。常见的电子密码锁使用特定的数字组合便可开锁，然而没有实体密钥使得数字式密码锁易被破解。更为高端的生物锁，因生物特征破损后无法开锁的缺陷而无法被推广。针对这两类密码锁存在的弊端，采用STC89C52单片机为控制核心搭建以按键为主外围电路设计一款以指纹、红外和数字三种开锁方式的新型密码锁。

在现实生活中，很多场所都需要锁来保证安全，如家庭住宅的财产和公司的文件、收据和报表等。常见传统的锁主要分为针型锁和机械密码锁两种：针型锁结构简单且安全性差，机械密码锁通过改变系统结构复杂性提升安全性，但带来了较高的成本。譬如使用多个传统机械密码锁时，用户必须携带多个钥匙。钥匙一旦发生丢失，就会影响安全。由于传统锁具功能的不完善和一些不能改进的特点，传统锁渐渐被“密码锁”所取代。

上一世纪80年代初，电子密码锁这一概念产品由日本最先提出，该产品采用门电路实现解锁功能，但实际使用过程中安全性极差。随着电子技术和生物技术的迅猛发展，人们不再是只依赖机械锁保管重要财物，人们研制出安全性、可靠性和保密性高的生物锁，而指纹作为无法复制的最典型生物特征，常被用于生物锁的解锁方式中。但在实际生活中，如果只是依靠单一指纹解锁方式进行解锁，效果并不理想，便在生物锁的基础上结合其他电子密码锁的解锁方式，丰富开锁方式且不丢失其安全性。

1 系统硬件设计

图1所示为新型密码锁硬件连接示意图，包含了6大部分：STC89C52芯片、LCD12864显示器、红外遥控器、指纹、AT24C02、4×4矩阵键盘、继电器和电磁锁。

图1 硬件框架示意图

STC89C52芯片是一款较为实用可编程的芯片，兼容性较好，抗干扰性能强且功耗低。本次设计中围绕该芯片搭建了51单片机最小系统，并在基础上完成系统的开发设计。

系统整体可分为6大部分：AT24C02芯片在新型密码锁设计中主要作为存储密码的功用，该芯片有一个突出的优点是掉电后不会丢失数据。LCD12864作为新型密码锁的人机交互显示界面。矩阵键盘作为系统初始化参数的设置。继电器是用于模拟开锁的动作。辅助电路包含新型密码锁系统中的LED灯和蜂鸣器，LED用于显示密码锁状态，蜂鸣器用于提示系统的错误操作和报警。

新型密码锁的开锁方式主要有三种：第一种红外遥控器解锁，红外遥控器主要依靠红外线上加载数据进行编码，在接收头接收后完成译码工作后实现连接。第二种指纹解锁，通过采集器得到指纹特征，如果特征相符合方可开锁。第三种是常见的数字组合，通过事先设定的指定数字组合，在输入正确数字组合进行解锁。

2 软件设计

图2所示为主程序工作流程图，根据系统需求，主程序主由12864屏显示、红外调制解码、通讯子程序和按键四个程序构成。主程序的主要作用：各个硬件功能模块的初始化。此次设计源程序包括12864屏显示、红外模块调制解调、键盘扫描、指纹模块建立通信。

图2 主程序流程图

3 系统调试

系统调试之前，将实物与电路原理图进行比较，确保电路焊接无漏焊、短路、虚焊，部分元器件无正负极接错。若是出现以上情况，必须再次重新焊接。

调试分为部分调试和整体调试，部分调试包括辅助电路调试、液晶显示屏调试和解锁方式调试。辅助电路调试重点调试在系统上电后相关状态指示灯和继电器是否正常工作。显示屏调试，将调试代码下载至系统，上电后显示屏能否显示相关文字。开锁方式调试主要对红外遥控对接、设置数字密码和指纹录入几个部分进行调试。待所有部分调试结束后使用ISP软件烧写程序至51芯片，按照主程序进行整体调试。

本文设计的“密码锁”是一款具有多元化开锁的智能锁。第一种主要开锁方式指纹开锁，在系统中存储一定数量的指纹，通过指纹识别与对比实现开锁。其余两种开锁模式分别利用红外遥控模块和按键矩阵。并系统中外扩液晶显示屏用于显示系统操作提示与结果，并多增一个LED和蜂鸣器用于提示系统误操作，使系统更加智能化。