1、精選優質文檔-傾情為你奉上南 寧 學 院畢業設計任務書 課題名稱 數字電子密碼鎖的設計 院 系 機電學院 專 業 應用電子技術 班 級 11 應電1班 學 號 姓 名 羅國權 指導教師（簽名） 左仁合 年 月 日學院院長（簽名） 年 月 日摘要在日常的生活和工作中，隨著人們生活水平的提高，以及科學的技術不斷發展，人們對安全保險器件的要求越來越高。如何實現家庭防盜這一問題也變的尤其的突出。為滿足人們對鎖的使用要求，增加其安全性。而傳統的機械鎖構造因為簡單，安全性有很大的問題，所以用密碼代替鑰匙的密碼鎖應運而生。由于電子鎖其保密性高，使用靈活性好，安全系數高，功耗低，操作起來方便而廣受大眾喜愛。本

2、文的電子密碼鎖利用數字邏輯電路，實現對門的電子控制，并且有各種附加電路保證電路能夠安全工作，有極高的安全系數。關鍵詞 電子密碼鎖 電壓比較器 555單穩態電路 計數器 JK觸發器 UPS電源。目錄專心-專注-專業1緒論1.1數字密碼鎖的認識 數字密碼鎖是一種越來越普及的鎖具，在近十年內密碼鎖得到了飛速發展。從一般的半導體構成的密碼鎖，到數字芯片構成的集成電路，防盜技術水平也隨之發掌，達到了一個又一個新的高度，密碼鎖從簡單的密碼對比功能到現在的密碼連續出錯報警，使鎖具突破了傳統的結構和功能，向綜合的安全裝置演變。實現了鎖具功能的多方面擴展。隨著我國經濟的不斷的發掌，社會問題也不斷的凸現。夜不閉戶

3、的時代對現代的人來說已經變得可望不可及了。鎖具的作用也就顯得日益重要。一個好的鎖具不僅可以使現代人更有安全感而且為人們的生活提供了必要的保障。在這個追求效率與便捷的社會電子密碼應運而生，電子密碼鎖實現了人類之前渴望而無能為力的功能。不可不說密碼說是一種新的突破。隨著社會物質財富的日益增長，安全防盜已成為社會問題。而鎖自古以來就是把守門戶的鐵將軍，人們對它要求甚高，既要安全可靠地防盜，又要使用方便，這也是制鎖者長期來研制的主題。 目前國內，大部分人使用的還是傳統的機械鎖。然而，眼下假冒偽劣的機械鎖泛濫成災，互開率非常之高。所謂互開率，是各種鎖具的一個技術質量標準，也就是1把鑰匙能開幾把鎖的比率。

4、經國家工商局、國家內貿局、中國消協等部門對鎖具市場的調查，發現個別產品的互開率居然超標26倍。彈子鎖質量好壞主要取決于彈子數量的多少以及彈子的大小，而彈子的多少和大小受一定條件的限制。此外，即使是一把質量過關的機械鎖，通過急開鎖，甚至可以在不損壞鎖的前提下將鎖打開，提供了發展的空間.1.2 數字密碼鎖應用領域 從目前的技術水平和市場認可程度看，除了鍵盤式電子密碼鎖使用最為廣泛的是數字式電子密碼鎖，該產品主要應用于保險箱、保險柜和金庫，還有一部分應用于保管箱和運鈔車。鍵盤式電子密碼在鍵盤上輸入，與打電話差不多，因而易于掌握，其突出優點是“密碼”是記在被授權人腦子里的數字和字符，既準確又可靠，不會

5、丟失（除了忘記），難以被竊（除非自己泄露）。但是密碼不能太簡單，太簡單了就容易被他人在鍵盤上試探出來，或者可能被旁觀者窺測出來，造成保密性不足。當然，密碼又不能太復雜，太復雜了可能自己都糊涂了，或者輸入密碼操作成功率低，造成使用不便。因此，為了發揚優點、克服弱點，數字式密碼也在不斷發展中，如“任意設定密碼”技術使得被授權人可以根據自己的需要或喜好設定密碼，常用常新；而“自動更改密碼”技術使得本次輸入的密碼將自動更改成下次應輸入的密碼，更改的規律不為他人所知，因而不怕旁觀者窺測；獨出心裁“鍵盤亂序顯示”技術使得鍵盤上的固定鍵位每次顯示出的字符不固定，并且顯示的窄小角度只能由操作者正面看得到，因而

6、即使旁觀者看見操作動作也難以窺測出密碼。 在輸入密碼的過程中，為了限制試探密碼的企圖，通常輸入錯誤碼若干次或若干時間內輸入不正確，即“封鎖”鍵盤，不再接受輸入操作。總之，盡管新式電子防盜鎖層出不窮，但數字密碼防盜鎖仍然“老樹發新芽”，不僅在市場上居于主流地位，而且，還經常作為其他類型電子防盜鎖的輔助輸入手段。 當然，以上所說的授權技術再高超，都必須由精良的“鎖具”擔當承載結部件，實現開啟、閉鎖的功能，而且承擔實體防護作用，抵抗住或盡量延遲破壞行為，讓電子防盜鎖“軟、硬不吃”。一般情況下，鎖具防盜的關鍵是鎖身外殼、閉鎖的部件（如伸縮的鎖舌或鎖栓、鎖扣盒鎖扣板以及依靠電磁力直接閉鎖的電磁部件等）的

7、強度（應有足夠的機械強度和剛度，能夠承受一定數值、一定方向的靜壓力和沖擊力以及力矩）、鎖止型式（能承受某些方式和工具的作用）、配合間隙（防止采用機械的、電子的方法探入鎖具內部而被開啟）和布局（將薄弱的、與鎖的開啟直接相關的零部件和電路置于殼體保護之下，并且不易被識別出來）。1.3數字密碼鎖的特點 數字密碼鎖是一種通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作，從而控制機械開關的閉合，完成開鎖、閉鎖任務的電子產品。它的種類很多，有簡易的電路產品，也有基于芯片的性價比較高的產品。現在應用較廣的電子密碼鎖是以芯片為核心，通過編程來實現的。當然由于結構不同，各種密碼鎖都有不同的優缺點，下面來簡單介紹一下： 1.

8、多撥式最簡單的密碼鎖，常見於低安全設定的單車鎖，使用多個撥圈。每個圈的中間有凹位。鎖的中心的一條軸，上有數個凸出的齒，用來卡住撥圈。當撥圈轉到正確的密碼組合，鎖便可以打開。這種鎖是最容易打開的。很多這類鎖根本無需知道密碼都能開啟。除非它的內部組件造得完美無瑕，否則只要把軸向外拉，其中一個齒便會比其他更為拉緊撥圈。這時輪動被拉緊的撥圈，直至聽到小小的卡聲，表示這個齒已進入了正確的凹位。重覆這步驟，很快便可以把鎖打開。 2.單一轉盤式用在掛鎖或匣萬上的密碼鎖可以是只有一個轉盤。轉盤推動背后數個平衡碟片或凸輪。習慣上，開啟這種鎖時先把轉盤順時針轉到第一個數字，然后反時針轉第二個數字，如此直至最后一個

9、數字。凸輪上通常有凹位，當轉入正確的密碼后，各位成一直線，鎖便可以打開。這種密碼鎖較為安全，但亦非全無缺點。例如，部分密碼掛鎖可以拉緊鎖頭，然后轉動轉盤直至不能再動，這樣便能把密碼找出。亦有些轉盤密碼鎖的數字之間有特定關系，使到密碼的組合可能性大為降低。廉價的密碼掛鎖可以用特別的襯片打開，而無需使用密碼。使用在匣萬上的密碼鎖結構較為嚴密。有經驗的鎖匠可以一面旋轉轉盤，一面使用聽筒小心聆聽鎖內凸輪的聲音，判斷可能的密碼。 3.其他設計有些門鎖上有一個數字鍵盤，開啟時按序鍵入一個數字系列。這種鎖是使用電子控制，常見於辦工室內。優點是只要告訴員工密碼便可，無須復制鑰匙。不過，如果有人把密碼告訴外人，

10、這鎖便形同虛設。因此這類密碼鎖的密碼需要經常更換才可以。 1.4數字密碼鎖的未來 隨著科技的發展以及人們生活水平的大幅度提高,特別是近幾年國內經濟的發展以及科學技術的不斷發展，防盜的要求也是與日俱增,同時對使用的便捷性也提出了更高的要求,傳統的鎖防盜效果已經滿足不了現代社會的防盜需求,還存在著需要隨身帶著鑰匙,如果鑰匙不慎丟失被他人利用,就有可能使不良之人乘虛而入等諸多弊端.因此近幾年一種新型的電子密碼鎖應運而生.電子密碼鎖運用電子電路控制機械部分,使兩者緊密結合，從而避免了因為機械部分被破壞而導致開鎖功能失常.大大增加了密碼鎖得防盜功能。同時因為電子密碼鎖不需要攜帶鑰匙,彌補了鑰匙極易丟失和

11、仿造的缺陷,方便了鎖具的使用. 目前，電子密碼鎖在國外已大量使用，技術已趨于成熟。在國內這種鎖主要出現在保險柜、密碼箱、高級賓館等場所，家居用的較少，究其原因，不外乎有以下幾點： 1.價格原因。現在普通的家庭買一把一般的機械鎖，價格在幾十到一兩百左右，而電子密碼鎖的價格一般在300元以上，進口的甚至要幾千元。買一把這樣的鎖對于一些家庭來說，是很難接受的。 2廠商推廣的力度不夠。電子密碼鎖屬于高科新產品，許多的用戶根本不知道有這種鎖，更不用說拿它與傳統的機械鎖作比較。而一般的商場也不會經營這種產品，用戶即使想買也難以買到。 3密碼鎖自身的不便以及人們的習慣和意識問題。機械鎖普及已久，人們已經習慣

12、了用一把鑰匙開一把鎖，如果換成密碼鎖，不符合習慣。而且，每次開門時都要輸入密碼，除了需要記憶密碼外，還要擔心密碼被人看見帶來的麻煩。此外，用戶還會擔心電子鎖的電源斷電問題，即萬一停電或是電池耗盡，會不會打不開鎖而進不了屋。諸如此類的問題給用戶帶來了很多的不便，再加上大部分人對“互開鎖”、“急開鎖”現象不了解，對機械鎖的安全問題沒有足夠的重視，使得人們在選擇家用鎖的時候更傾向于購買傳統的機械鎖。 4國內的技術不夠成熟。對一個小康家庭而言，買一把價錢在一千元以內的國產的電子密碼鎖，并不是什么難事。但是人們都希望買一把可靠性、安全性好的鎖，如果買回一把電子鎖，沒用多久就壞了，那還不如買機械鎖方便。至

13、于進口的鎖，價錢昂貴，一般用戶難以接受。目前在國內，電子鎖還未大批量生產，技術不成熟更是是一個主要的原因。如果說市場利用價值最大的莫過于記憶數碼鎖，它更是代表數字密碼鎖的前沿，也是發揮最大利用價值的新型鎖具之一。1.5密碼鎖的發展現狀1.普通密碼鎖 日常生活中，鎖具被廣泛使用，鎖具的發展大致可分為五個階段：（1）古代木質鎖；（2）古代機械鎖；（3）近代機械鎖；（4）普通的電子密碼鎖，磁片鎖，IP卡鎖；（5）未來的家用電子鎖，遙控電子鎖，以及用于特定場合的安全密碼鎖。目前最常用的鎖是由意大利人設計的機械鎖，這種鎖結構簡單，使用起來方便，而且價格優惠，但在使用中暴露了很多的缺點：機械鎖是靠金屬制成

14、的，通過鑰匙上的不同齒形和鎖芯來配合工作，統計中每四千把鎖中就會有兩把鎖的鑰匙齒牙相同或者類似，安全性很低；鑰匙一旦丟失，只要撿到鑰匙就可以把門打開；機械鎖的材料多為黃銅，質地很軟，容易損壞。 密碼鎖采用了密碼來代替鑰匙，省去了佩戴鑰匙的煩惱，從根本上解決了普通門鎖保密性差的缺點，例如使用六位密碼，則密碼組合可有105次方。密碼鎖根據設計和制作原理差異，分為機械密碼鎖，電磁/卡片式密碼鎖，指紋密碼鎖，電子密碼鎖等類型。2.機械密碼鎖 該型鎖將解鎖密碼以機械裝定的形似儲存在裝置的鑒別機構上，在裝置的外圍設立密碼操作鍵。密碼輸入，產生相應的鑒別，即正確的密碼輸入，鑒別機構產生開鎖動作；錯誤的密碼輸

15、入，鑒別機構的部件就會發生錯位或者不作出響應。機械密碼采用的機械加工制作，皮實，耐用電磁干擾，外界的異常信號很難啟動鑒別機構。但機械密碼鎖通暢包括了多個復雜的機、電功能組件，裝置微小型化需借助先進的制作技術與裝配工藝，制造周期長、成本高，幾點接口及測試也有一定的難度。3.電磁/卡片式密碼鎖 該型鎖類似于機械鎖，利用光電耦合或電磁感應的原理，將密鑰信息預先置于卡片內，加工好的卡片充當鑰匙，開鎖時將卡片插入鎖內或近距離感應就能將鎖打開。 該鎖的優點是：成本較低，授權用戶一人一卡，可聯微機，有開門記錄。缺點是：卡片設備有磨損，壽命較短；卡片容易復制，不易雙向控制；磁卡內存儲的信息容易易因外界磁場干擾

16、而錯亂，以致卡片（鑰匙）無效。4.指紋密碼鎖 該類鎖通過檢驗人員生物特征如指紋等方式來識別開鎖。管理員利用采樣控制軟件，通過指紋采集儀采集、保存指紋；識別軟件以來指紋庫識別開鎖者的身份，通過外圍設備、打印和儲存。指紋具有唯一性和終身不變性的特點，一直被當做身份鑒定的可靠手段，從是否允許非法開啟角度來說，安全性極好；但從使用是否方便的角度看，對安裝環境和使用者的要求很高，安裝位置與使用者身高之間必須滿足一定的關系；同一個人，在指紋劃傷，眼睛紅腫充血，或任何被用于開鎖的識別部位有損傷的情況下，可能產生錯誤識別而無法開鎖。5.電子密碼鎖 到了80年代，在日本產生了最早的電子密碼鎖。隨著日本經濟復蘇，

17、電子行業的快速發展，一些利用簡單的門電路設計的密碼鎖出現了。這類電路安全性差，容易破解。到了90年代，美國、意大利、德國、日本、加拿大、韓國以及我國的臺灣、香港等地的微電子技術的進步和通信技術的發展為密碼鎖提供了技術上的基礎，從而推動密碼鎖走向實際應用的階段。 我國于90年代初開始對密碼鎖進行初步的探索。到目前為止，在此領域、雖已有較大的發展，采用各種電路進行設計的比較多，技術也相當先進，但是，我們必須正視的一個事實是，出口產品中高檔產品只占%15%20，而我國高檔產品在發達國家也只能算是中檔產品，價格是普通現象。此外，我國目前的出口產品，與國外產品相比，無論是品牌知名度還是產品售價，我國產品

18、有著非常大的差距。 電子技術發展至今已達到相當高的水平，電子密碼鎖技術已非常成熟。家庭、賓館已開始使用電子門，貴重物品、機密文件的保管也用到了電子密碼鎖，電子密碼鎖控制器在現場與傳感器及執行機構相連，進行狀態監視和完成控制功能。小型便攜的新型裝備，可廣泛應用在各個場合其結構簡單、造價低廉、安全性好。通常電子密碼鎖系統由電路部分和機械執行部分組成。電路部分有利用密碼鎖ASIC（專用集成電路）芯片控制、利用單片機控制以及邏輯門電路構成等多種方式。在現有的電子密碼鎖中，基本上是用戶由鍵盤通過接口電路將意圖解鎖碼輸入到控制器（主要由CPLD組成）中，控制器將輸入的密碼與電子鎖內預置的開鎖密碼進行比較、

19、鑒別，當確認完全一致時，送出一個信號給功率放大器，然后由繼電器帶動機械執行部件開鎖。輸入的密碼將被與電子鎖內預置的開鎖密碼進行比較。2 總體方案設計設計本課題時構思了兩種方案：一種是用以AT89C2051為核心的單片機控制方案；另一種是用以74LS112雙JK觸發器構成的數字邏輯電路控制方案。考慮到單片機方案原理復雜，而且調試較為繁瑣，所以本文采用后一種方案。2.1設計思路共設了9個用戶輸入鍵，其中只有4個是有效的密碼按鍵，其它的都是干擾按鍵，若按下干擾鍵，鍵盤輸入電路自動清零，原先輸入的密碼無效，需要重新輸入；如果用戶輸入密碼的時間超過40秒（一般情況下，用戶不會超過40秒，若用戶覺得不便，

20、還可以修改）電路將報警80秒，若電路連續報警三次，電路將鎖定鍵盤5分鐘，防止他人的非法操作。2.2總體方框圖 3 設計原理分析電路由兩大部分組成：密碼鎖電路和備用電源(UPS)，其中設置UPS電源是為了防止因為停電造成的密碼鎖電路失效，使用戶免遭麻煩。密碼鎖電路包含：鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測、開鎖電路、執行電路、報警電路、鍵盤輸入次數鎖定電路。3.1 鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測、開鎖及執行電路 .其電路如下圖1所示： 圖1 鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測、開鎖、執行電路開關K1K9是用戶的輸入密碼的鍵盤，用戶可以通過開關輸入密碼，開關兩端的電容是為了提高開關速度，電路先自動將IC1IC4清

21、零，由報警電路送來的清零信號經C25送到T11基極，使T11導通，其集電極輸出低電平，送往IC1IC4，實現清零。 密碼修改電路由雙刀雙擲開關S1S4組成（如圖2所示）, 它是利用開關切換的原理實現密碼的修改。例如要設定密碼為1458，可以撥動開關S1向左，S2向右，S3向左，S4向右，即可實現密碼的修改，由于輸入的密碼要經過S1S4的選擇，也就實現了密碼的校驗。本電路有16組的密碼可供修改。 1 4 5 8 RD 圖2 密碼修改電路由兩塊74LS112（雙JK觸發器，包含IC1IC4）組成密碼檢測電路。由于IC1處于計數狀態，當用戶按下第一個正確的密碼后，CLK端出現了一個負的下降沿，IC1

22、計數，Q端輸出為高電平，用戶依次按下有效的密碼，IC2IC3也依次輸出高電平，送入與門IC5，使其輸出開鎖的高電平信號送往IC13的2腳，執行電路動作，實現開鎖。執行電路是由一塊555單穩態電路（IC13），以及由T10、T11組成的達林頓管構成。若IC13的2腳輸入一高電平，則3腳輸出高電平，使T10導通，T11導通，電磁閥開啟，實現開門，同時T10集電極上接的D5（綠色發光二極管）發亮，表示開門，20秒后，555電路狀態翻轉，電磁閥停止工作，以節電。其中電磁閥并聯的電容C24使為了提高電磁閥的力矩。3.2 報警電路報警電路實現的功能是：當輸入密碼的時間超過40秒（一般情況下用戶輸入不會超過

23、），電路報警80秒，防止他人惡意開鎖。電路包含兩大部分，2分鐘延時和40秒延時電路。其工作原理是當用戶開始輸入密碼時，電路開始2分鐘計時，超出40秒，電路開始80秒的報警。如圖3所示 圖3 報警電路 有人走近門時，觸摸了TP端(TP端固定在鍵盤上，其靈敏度非常高，保證電路可靠的觸發)，由于人體自身帶的電，使IC10的2腳出現低電平，使IC10的狀態發生翻轉，其3腳輸出高電平，T5導通(可以通過R12控制T1的基極電流)，其集電極接的黃色發光二極管D3發光，表示現在電子鎖處于待命狀態,T6截止，C4開始通過R14充電(充電時間是40秒,此時為用戶輸入密碼的時間，即用戶輸入密碼的時間不能超過40秒

24、，否則電路就開始報警, 由于用戶經常輸入密碼，而且知道密碼，一般輸入密碼的時間不會超過40秒)，IC2開始進入延時40秒的狀態。 開始報警:當用戶輸入的密碼不正確或輸入密碼的時間超過40秒，IC11的2腳電位隨著C4的充電而下降,當電位下降到1/3Vcc時(即40秒延時結束時候),3腳變成高電位(延時時是低電平),通過R15使(R15的作用是為了限制T7的導通電流防止電流過大燒毀三極管)T7導通,其集電極上面接的紅色發光二極管D4發亮,表示當前處于報警狀態,T8也隨之而導通,使蜂鳴器發聲,令賊人生怯,實現報警.停止報警:當達到了80秒的報警時間，IC10的6,7腳接的電容C5放電結束,IC10

25、的3腳變成低電平,T5截止,T6導通,強制使強制電路處于穩態，IC11的3腳輸出低電平,使T7,T8截止,蜂鳴器停止報警；或者用戶輸入的密碼正確，則有開鎖電路中的T10集電極輸出清除報警信號，送至T12（PNP），T12導通，強制使T7基極至低電位，解除報警信號。3.3 報警次數檢測及鎖定電路若用戶操作連續失誤超過3次，電路將鎖定5分鐘。其工作原理如下：當電路報警的次數超過3次，由IC9（74161）構成的3位計數器將產生進位，通過IC7，輸出清零信號送往74161的清零端，以實現重新計數。經過IC8（與門），送到IC12（555）的2腳，使3腳產生5分鐘的高電平鎖定脈沖（其脈沖可由公式T=1

26、.1RC計算得出），經T9倒相，送IC6輸入端，使IC6輸出低電平，使IC13不能開鎖，到鎖定的目的。電路圖如下圖4所示： 圖4 報警次數檢測及鎖定電路3.4 備用電源電路為了防止停電情況的發生，本電路后備了UPS電源，它包括市電供電電路，停電檢測電路，電子開關切換電路，蓄電池充電電路和蓄電池組成。其電路圖如下圖5所示： 圖5 電源電路220V市電通過變壓器B降壓成12V的交流電,再經過整流橋整流,7805穩壓到5V送往電子切換電路，由于本電路功耗較少，所以選用10W的小型變壓器。由R8，R9，R6，R7及IC14構成電壓比較器，正常情況下，V+<V- IC14輸出高電平，繼電器的常閉觸

27、點和市電相連；當市電斷開，V+>V- IC14輸出高電平，由T3，T4構成的達林頓管使繼電器J開啟，將其常開觸電將蓄電池和電路相連，實現市電和蓄電池供電的切換，保證電子密碼鎖的正常工作（視電池容量而定持續時間）。其電路圖如下圖6所示： 圖6 停電檢測及電子開關切換電路T1，T2構成的蓄電池自動充電電路，它在電池充滿后自動停止充電，其中D1亮為正在充電，D2為工作指示。由R4，R5，T1構成電壓檢測電路，蓄電池電壓低，則T1，T2導通，實現對其充電；充滿后，T1，T2截止，停止充電，同時D1熄滅，電路中C4的作用是濾除干擾信號。其電路圖如圖7所示： 圖7 蓄電池自動充電電路 4 總結與體會雖然這個電路經過多次修改和整理，還是存在一定的問題，譬如說電路的密碼不能遺忘，一旦遺忘，就很難打開，這可以通過增加電路解決，但過于復雜，本次設計未考慮；用開關作74LS112的CLK脈沖，不是很穩定，可以調換其它高速開關或計數脈沖；電路密碼只有16種可供修改，但由于他人不知道密碼的位數，而且還要求在規定的時間內按一定的順序開鎖，所以他人開鎖的幾率很小；電路中未加顯示電路，但可通過其它數字模塊實現這一功能。這需要