基于AT89C2051单片机的防盗自动报警电子密码锁系统的设计

２００７年５月　绵阳师范学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｉａｎｙａｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｍａｙ．，２００７　第２６卷第５期　Ｖ０１．２６　Ｎｏ．５　基于ＡＴ８９　Ｃ２０５　１单片机的防盗自动报警　电子密码锁系统的设计　周功明　（绵阳师范学院物理与电子信息工程系，四川绵阳６２１０００）　摘要：随着电子产品向智能化和微型化的不断发展，单片机已成为电子产品研制和开发中首选的控制器。　介绍了一种应用ＡＴ８９Ｃ２０５１单片机设计的防盗自动报警电子密码锁系统。经实验验证该系统具有软硬件设计简　单，易于开发，成本较低，安全可靠，操作方便等特点，可作为产品进行开发，应用于住宅、办公室的保险箱及档案柜　等需要防盗的场所，有比较强的实用性。　关键词：电子密码锁；红外监视器；自动报警；单片机　中图分类号：ＴＰ３６８．１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２－６１２ｘ（２００７）０５－０１１２４）４　０　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　系统功能　（１）系统设置８位密码，密码通过键盘输入，若密码正确，则将锁打开。　（２）密码由用户自己设定，在开锁状态下，用户可自行修改密码。　（３）具有自动报警功能。自动报警分现场报警和远程报警两种。现场报警由扬声器发出双频报警声；　远程报警通过将该系统与电话机连接，在发出报警信号的同时拨通事先存在电话机内的电话号码，通知外　出的主人来实现。　（４）两种情况下可报警：一是密码输入错误３次，则报警；二是非正常开门，如破门而人的情况，可通过　系统的红外监视装置监测，同时报警，保证了系统的安全性。　２系统工作原理　本系统采用单片机作控制器，用红外监视装置监测是否出现非正常开门的情况，红外监视装置的发射　器和接收器分别安装在门的两边。系统工作时，用户通过按键输入８位密码，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，同时关闭红外监视装置，系统不　收稿日期：２００７－０１－０１　作者简介ｉ周功明（１９６３一　），男，副教授，研究方向：电子与计算机软硬件技术。　维普资讯 http://www.cqvip.com

第５期　周功明：基于ＡＴ８９Ｃ２０５１单片机的防盗自动报警电子密码锁系统的设计　・１１３・　报警；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，则发出报警信号。当发生破门而入等非正常开锁情况时，红外监视装置仍然工　作，门打开后挡住了信号，接收器接收不到信　号，此时系统报警。　４Ｘ３键盘矩阵　锁打开后还可通过按下“修改／重置”功能　键，重新设置新密码。主人外出关门后可通过　Ｐｌ　７　指示灯　“修改／重置”功能键恢复红外监视装置的工　作。　Ｐ３Ｏ　３　系统设计　Ｐ３．１　３．１系统硬件设计　ＡＴ　Ｃ２ｏ５ｌ　Ｐ＇３２　系统硬件设计原理结构如图１所示。　本系统的硬件以单片机为控制核心，包括　Ｐ３　３　键盘控制电路、开锁控制电路、红外监视装置控　制电路、报警控制电路及指示灯控制电路等部　Ｐ３４　分。　３．１．１　控制器选型及ＡＴ８９Ｃ２０５１的功能特点　Ｐ３　５　本系统选择ＡＴ８９Ｃ２０５１作为主控制器。　其特点如下：２ｋＢ闪存、１２８ＢＲＡＭ、１５根Ｉ／Ｏ口　Ｐ３．７　线、２个１６位定时／计数器、５个向量二级中断　结构、１个全双工的串行口，具有４．２５～５．５０　ｖ　的电压工作范围和１２ＭＨｚ／２４ＭＨｚ工作频率，　螺一继一一　一嚼一一继一一档一一继一一图１弹片机系统原理图　皤一一继一一一嚼　继　　同时还具有加密阵列的二级程序存储器加锁、掉电和时钟电路等，可掉电保存ＲＡＭ的内容，故系统掉电时　无需增加掉电保护电路。因此，系统硬件设计非常简单。　３．１．２键盘接口电路设计　系统中键盘的功能主要用于用户输入和修改密码。键盘需要设计１２个按键，其中０～９数字键用于密　码的输入和修改。功能键两个，一个为“确认”键，用于密码输人结束后确认，一个为“修改／重置”键，用于　蝴一　一　一一一一一撇一一一　修改密码及外出关门后恢复红外监视装置工作的控制。键盘采用行列式设计，ｌ２个按键排成３×４矩阵。　设计中用单片机Ｐ１　Ｅｌ的Ｐ１．０～Ｐ１．３接键盘的４根行线，Ｐ１．４～Ｐ１．６接３根列线。　３．１．３开锁控制电路设计　开锁控制电路的功能是当输入正确的密码后将锁打开。本系　统使用单片机的Ｐ３．２口线发出信号，经两级三极管放大后，由继　电器驱动电磁阀动作将锁打开。　３．１．４红外监测装置电路设计　为了增强系统的防盗功能，本系统设计了红外监视装置，该装　置包括红外发射和红外接收两部分，分别安装在门的两侧。　发射部分基本电路如图２所示。采用塑封的ＳＥ３０３ＡＮＣ发射　二极管，波长为９４０ｎｍ。通过单片机的Ｐ３．０　Ｅｌ线控制发射二极管　导通或截止，从而产生特定频率的发射信号，这里选用的频率为　图２红外发射电路　３８ｋＨｚ，３８ｋＨｚ方波由单片机的定时器Ｔ１产生。　红外接收部分的基本电路如图３所示。接收管采用日本光电子公司的ＰＩＣ一１２０３４，其接收频率为３７．　维普资讯 http://www.cqvip.com

・１１４・　绵阳师范学院学报（自然科学版）　第２６卷　９ｋＨｚ，该芯片接收灵敏度高，性能稳定。其基本工作过程为：当接收到　３７．９ｋＨｚ信号时，输出低电平，否则输出高电平，本系统使用单片机的Ｐ３．　１口线接收该信号，系统通过查询Ｐ３．１口线即可判断有无非正常开门情　况。这里的非门对接收信号起整形作用。　３．１．５　自动报警控制电路　自动报警控制电路的功能是控制系统的智能报警装置。本系统密码　输入３次错误或有非正常开门情况发生时均启动报警装置。自动报警有　现场报警和远程报警两种。现场报警是用单片机的Ｐ３．３口线输出双频　方波信号经三极管放大后，由继电器控制扬声器发出报警声。远程报警　是用单片机控制电话机在无人操作的情况下，将事先在电话中已存入号　码的座机或手机拨通，从而通知主人。根据对电话操作的要求，设计中使　“存储号”、“提取”、“免提”三个功能　键，单片机对这三个功能键的操作顺　序完全模拟人工操作完成。　３．１．６操作指示灯控制电路　ＰＩＣ－１２Ｏ３４　图３红外接收电路　用了单片机的Ｐ３．４、Ｐ３．５、Ｐ３．７三根口线，每根口线均经过两级三极管放大后由继电器分别控制电话机的　指示灯的作用是对密码输入错误　作出提示。设计中用发光二极管作指　示灯，用单片机的Ｐ１．７口线发出信号　经一级三极管放大后控制操作指示　灯。　３．２系统软件设计　本系统软件包括主程序模块、键　盘扫描模块、密码比较判断模块、修改　密码模块、智能报警模块及延时程序　等模块。系统程序流程如图４所示。　３．２．１主程序模块　该模块的功能包括定时器及数据　缓冲区初始化、本机初始密码设置、红　外接收信号查询及键盘扫描模块调用　等功能。　３．２．２键盘扫描模块　该模块具备判断键盘上有无键按　下、去抖动影响、逐列扫描键盘以确定　被按键的位置号即行列号、形成键值　并将键值存入指定的数据缓冲区中、　判断闭合的键是否释放等功能。　３．２．３密码修改模块　图４系统程序流程图　该模块的功能是修改设置密码。密码修改程序要求密码要输入两次，程序将两次输入的密码比较一　致时，即用此密码代替原先的密码，如果两次输入的密码不一致，则重复操作。这样就避免了修改密码的　随机性。　３．２．４密码比较判断模块　维普资讯 http://www.cqvip.com

第５期　周功明：基于ＡＴ８９Ｃ２０５１单片机的防盗自动报警电子密码锁系统的设计　・１１５・　该模块的功能是将键盘输人的密码与设定的密码进行比较，若密码正确则开锁；若不正确，则密码输　人次数计数单元计数如达不到３次，返回键盘扫描模块；若计数已达３次，则调用自动报警模块。　３．２．５自动报警模块　该模块采用软件延时的方法，使Ｐ３．３　１：２线输出双频方波，控制扬声器发声，达到现场报警的目的；同　时使控制电话机“免提”键的Ｐ３．７口线、控制“提取”键的Ｐ３．７口线，控制“存储号”键的Ｐ３．４口线，模拟　人工操作话机的顺序，按“免提”一“提取”一“存储号”一“免提”的控制顺序依次输出控制信号，完成一次　拨号的操作，每个按键动作的时间由延时程序控制，这样电话就可在无人操作下自动拨号，达到远程智能　报警的目的。为了保证可靠性，以上控制过程重复３次。　４结语　该系统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，可应用于住宅、办公室　的保险箱及档案柜等需要防盗的场所，有比较强的实用性。　参考文献：　［１］张齐．单片机应用系统设计技术一基于Ｃ语言编程［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００６．３．　［２］丁元杰．单片微机原理及应用［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００１．Ｉ．　［３］赵长德．ＭＣＳ一５１／９８单片机原理与应用［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９７．　［４］曹巧嫒．单片机原理及应用［Ｍ］．北京：电子工业出版社，１９９８．　［５］郁有文，常健．传感器原理及工程应用［Ｍ］．西安：西安电子科技大学出版社，２０００．　［６］孙涵芳，徐爱卿．ＭＣＳ一５１系列单片机原理及应用［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，１９９８．　Ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ａｕｔｏ—－ａｌａｒｍｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｉｐｈｅｒ　Ｌｏｃｋ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ＡＴ８９Ｃ２０５１　ＺＨＯＵ　Ｇｏｎｇ—ｍｉｎｇ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　Ｍｉａｎｙａｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｍｉａｎｙａｎｇ，Ｓｉｃｈｕａｎ　６２１０００）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｌｏｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｕｎｃｅａｓｉｎｇ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｔｏ　ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏ－　ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ—ｃｈｏｉｃｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ａｎ　ａｕｔｏ—Ｍａｎｎｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｅｉｐｈｅｒ　ｌｏｃｋ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅ－　ｓｉｇｎｅｄ　ｗｉｈ　ｔｔｈｅ　ＡＴ８９Ｃ２０５　１　ｍｏｎｏｌｉｈｉｔｃ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｖａｌｉｄａｔｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｈａｔｔ　ｈｅ　ｄｅｓｉｔｎ　ｇｏｆｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｉｓ　ｓｉｍｐｌｅ，ｉｔ　ｉｓ　ｅａｓｙ　ｔｏ　ｄｅｖｅｌｏｐ，ｔｈｅ　ｃｏｓｔ　ｉｓ　ｌｏｗｅｒ，ｉｔ　ｉｓ　ｓａｆｅ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａ－　ｂｌｅ，ａｎｄ　ｉｔ　ｉｓ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ　ｔｏ　ｏｐｅｒａｔｅ．Ｉｔ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｗｅｌｌｉｎｇ　ｈｏｕｓｅ，ｔｈｅ　ｏｆｆｉｃｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｄｅｐｏｓｉｔ　ｂｏｘ　ａｎｄ　ｈｅ　ｔｉｆｌｉｎｇ　ｃａｂｉｎｅｔ　ａｎｄ　ｓｏ　ｏｎ　ｔｏ　ｇｕａｒｄ　ａｇａｉｎｓｔ　ｈｅｆｔｔ．Ｓｏ，ｉｔ　ｈａｓ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｕｓａｂｉｌｉｔｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｃｉｐｈｅｒ　ｌｏｃｋ；ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ；ａｕｔｏ—ａｌａｒｍ；ｍｏｎｏｌｉｈｉｔｃ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ