基于单片机的智能密码锁系统设计（51+指纹版）-设计说明书
电子校园网 编号：
M22011-02C-LW
设计摘要：
本文介绍了一种基于单片机的智能密码锁系统设计，旨在提供安全、便捷的门锁解决方案。该系统的硬件设计基于一块单片机，例如STC89C52，并包括与之连接的各种外设。为方便用户，使用一个显示屏展示门状态及密码状态等信息。通过一个4*4矩阵按键作为输入设备，用户可以输入开门密码、进行密码修改等操作。为保存密码和管理员密码等信息，该系统采用了24C02芯片作为存储介质。此外，还连接了一个蜂鸣器，当密码输错三次时，系统会触发报警并锁定一分钟。还支持指纹功能，特别添加了一个指纹模块，用户可以借助该模块进行指纹录入、比对和删除等操作。指纹开锁功能提供了另一种便捷且安全的门锁方式。在软件设计方面，需要编写单片机程序以实现系统的各项功能。首先，程序将通过读取4*4矩阵按键输入的密码，并与24C02中存储的密码进行比对，以验证用户的身份并实现开门功能。在此过程中，程序会记录输错密码的次数，并在连续输错三次时触发蜂鸣器的报警功能，并锁定系统一分钟。
这款基于单片机的智能密码锁系统结合了多种功能，旨在提供一种安全、便捷的门锁解决方案。系统的设计使得用户可以通过密码或指纹进行开锁，并允许管理员对系统进行管理操作。该系统的具体实现需要考虑安全性和稳定性，并遵守相关法律法规，以确保系统运行的安全可靠性。
关键词：单片机；智能密码锁；解锁；指纹密码
字数：11000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 显示方案的选择
2.4存储模块方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2液晶屏显示模块
3.3 矩阵键盘模块
3.4 AT24C02存储模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键函数流程设计
4.4 解锁流程
5 实物调试
5.1 电路焊接步骤
5.2 显示检测实物测试
5.3 密码开锁实物测试
5.4 设置指纹实物测试
6 仿真调试
6.1仿真总体设计
6.2密码解锁测试
6.3界面锁定测试
6.4指纹解锁测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
在当今社会，安全与便捷成为人们追求的基本需求。门锁作为家庭和商业场所的重要安全组件，其设计和功能也面临着新的挑战和需求。随着科技的发展,防盗门锁系统的安全性,方便性就变得至关重要,而传统的机械锁已无法满足人类对安全性能的要求[1]。传统的门锁存在一些问题，如容易被暴力破解、管理不便等。为了解决这些问题，设计人员致力于开发一种更智能、安全和便捷的门禁解决方案。物理钥匙存在遗失、被复制等风险，且开关门的过程相对繁琐，因此，以密码为基础的智能密码锁系统应运而生，以取代传统的物理钥匙，提供更加安全快捷的门禁管理方式。还有指纹识别技术是全世界公认的性价比最高,应用范围最广,操作性最强的一种生物认证技术[2]。因此，急需一种智能化的密码指纹锁。
本次设计的密码锁主要通过数字密码和指纹识别两种认证方式，实现门锁的开启和关闭。用户可以根据自己的需求选择使用数字密码或验证指纹进行开锁，摆脱传统钥匙的束缚，提供更加便利的使用体验。该系统将极大地提升门锁的便利性。传统机械锁需要携带钥匙，容易遗失或被盗，给用户带来不便。而基于单片机的智能密码锁系统使用数字密码和指纹识别技术，用户只需记住自己的密码或验证指纹即可开锁，轻松方便。无需担心忘记带钥匙或找不到钥匙的尴尬情况，提高了用户的使用体验。此外，基于单片机的智能密码锁系统还具备管理员密码管理功能，实现了门锁的方便管理。管理员可以通过特定的管理员密码进入管理模式，进行密码和指纹的添加、删除和修改等操作。这样，家庭和办公场所的管理员可以更加方便地管理和控制门锁的使用权限，实现对门锁系统的有效管理。
最后，该设计对于技术创新和推广意义重大。设计一款基于单片机的智能密码锁系统，涉及到嵌入式系统、密码学、指纹识别等多个领域的知识。通过该设计，可以推动相关技术的创新与发展，并为智能家居、智能办公等领域的安全门锁提供了一种解决方案。这对于促进智能家居和智能办公的普及和推广具有积极的意义。
1.2 国内外研究现状
智能密码锁系统作为一种创新的门锁解决方案，已经引起了国内外研究者的广泛关注。许多学者和企业都在探索和改进该技术，以提升门锁的安全性和便利性。国内方面，很多大学和科研机构都在进行智能密码锁系统的研究。例如，某高校的研究团队开展了基于单片机的智能密码锁系统的设计与实现研究，他们通过引入数字密码和指纹识别技术，成功地将传统机械锁升级为智能门锁，提高了门锁的安全性和便利性。
随着人们生活水平的提高及科学技术的发展,个人信息保护显得至关重要.刘永雷、赵曰峰（2018）设计了一款具有安防及环境监控功能的智能电子密码锁,以STM32单片机为主控制器,由矩阵键盘,指纹,语音,ZigBee,红外遥控,红外收发,传感器等模块组成,具有自动控制,通信组网,环境监控等功能.经软硬件测试,系统响应迅速,灵敏度高,实时性好,系统识别准确率高达99%.该系统运行稳定,安全可靠,功耗低及具有较好的扩展性[3]。
程学农，李学明（2020）设计了一种基于云平台的智能门锁系统,结合无线通信技术,通过WiFi网络与阿里云平台实现数据通信,并通过蓝牙实现开锁,设备升级等功能.根据实际情况,在门锁本地端开锁方式上加入指纹,刷卡,数字密码,临时密码,组合开锁等开锁方式,并设计移动端APP与小程序,实现移动端对智能门锁的控制和信息显示[4]。
智能密码锁具有安全高效的功能,在日常生活中具有广泛的应用性.孙鹏宇，魏立明（2021）设计的智能密码锁采用STC89C52芯片为主要器件,由电源模块,单片机最小系统模块,显示模块,报警模块,矩阵键盘模块等组成.该设计实现在液晶屏上显示汉字,开关的状态,输入多次错误密码自动锁死功能,可随意修改密码,输入密码错误会自动报警等一系列基本功能.具有操作方便,保密性强等优势,具有良好的应用价值[5]。
国外方面，智能密码锁系统也受到了广泛关注和研究。例如，美国的一家公司研发了一款基于单片机的智能密码锁系统，使用了先进的指纹识别算法和密码管理系统，实现了高度安全的门锁解决方案。该系统还具备远程控制功能，用户可以通过手机应用程序远程管理和控制门锁，提升了用户的使用体验。此外，智能密码锁系统还吸引了一些跨国公司的关注。例如，中国一家知名的智能家居企业与美国一家安全技术公司合作开发了一种基于单片机的智能密码锁系统。该系统不仅具备数字密码和指纹识别功能，还能够与智能家居系统进行互联，实现门锁与其他智能设备的联动控制，提供更加智能化的生活体验。
Saputra R , Surantha N（2021）提出了一种基于局部二进制模式直方图的智能实时老年用户门锁系统，作为具有模块化系统架构设计的人脸识别算法。他们提出的系统设计的新颖之处在于，它不需要任何额外的设备，它不使用任何用户界面，并且通过自动化过程的用户参与最少。用户需要做的就是走向门并站在门前，在用户进入房屋并关闭门后，门将自动解锁并锁定。该系统的准确率达到98%，整个过程的平均处理时间为1.449秒。其他优点是，该系统采用模块化方法设计，使其灵活且可扩展，以便进一步开发[6]。
Poddar A , Roy S , Raha S , et al（2021）介绍了一种专为门锁而设计的高级安全系统。钥匙可以被盗，但不能窃取我们的身份。此外，覆盖指纹传感器门锁非常困难，因此系统保证了高安全性。技术每天都在升级，任何受过教育的技术人员都可以使用，他们的计算技能最低。现在，技术只不过是特定科学领域的进步，无论它是否与计算机有关。随着技术的进步，我们的安全不断受到威胁，无法摆脱这个问题，我们开发了完全基于生物识别身份验证的安全系统。为了实现这个项目，我们将使用Arduino UNO，指纹传感器，伺服电机和其他一些硬件设备。除了这种基于指纹的系统的工作外，我们还将讨论我们的项目如何在这种流行病期间对社会有所帮助[7]。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计基于单片机智能密码锁的系统软件。系统软件由STC89C52最小单片机，指纹识别模块、存储模块、继电器控制模拟锁和被动蜂鸣器警报模块设计，并具有单独的功能矩阵键盘控制模块等一起形成。主要设计内容如下：
1、可通过显示屏显示门状态以及密码状态
2、通过4*4矩阵按键输入开门密码 、修改密码等操作
3、通过24C02存储开门密码、管理员密码等等
4、当输错三次时，蜂鸣器进行报警，并锁住一分钟
5、可以实现指纹开锁，并可以添加和删除指纹
