基于单片机的智能密码锁系统设计（32基础版）-设计说明书
电子校园网 编号：
M22011-03M-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，这款智能门锁设备具有多种功能，通过显示屏可以实时显示门的状态以及密码的状态。用户可以通过一个4*4矩阵按键来输入开门密码，并进行修改密码等操作。此外，该设备还使用了24C02存储器来保存开门密码、管理员密码等信息。
当用户输入密码时，设备会验证密码的正确性。如果用户连续输错三次，系统将触发蜂鸣器进行报警，并且自动锁定一分钟的时间。这种设计能够有效地保护门锁的安全性，防止恶意破解或暴力破解。门锁的状态和密码状态的显示对用户非常方便。通过显示屏，用户可以清晰地了解门的状态，例如是否已锁定、是否开启了安全警报等。此外，用户还可以随时查看密码状态，包括当前设置的密码、上次修改密码的时间等信息。为了确保数据的安全性和可靠性，这个智能门锁设备采用了24C02存储器。该存储器具有较大的存储容量，可以保存多个密码和其他重要信息。同时，24C02存储器还具备低功耗、高速度和可擦写的特点，使得数据的读取和写入操作更加方便和快捷。当用户输错密码达到三次时，蜂鸣器会发出响亮的报警声。这种设计可以提醒用户密码输入错误，并且对于非法入侵者起到威慑作用。同时，设备会自动锁定一分钟，这段时间内无法再次尝试输入密码。这样的安全机制有效地防止了暴力破解和恶意尝试。
综上所述，这款智能门锁设备具有显示屏显示门状态和密码状态的功能，通过4*4矩阵按键进行密码输入和修改，采用24C02存储器保存密码和其他信息，以及配备蜂鸣器进行报警和锁定功能。这些功能的结合使得该智能门锁设备更加智能、安全和方便，为用户提供了可靠的门禁管理系统。
关键词：单片机；智能密码锁；解锁
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 设置密码实物测试
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
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。
该智能密码锁设备的目的是提供一种高效的门禁管理系统，使用户能够方便地控制和管理门的使用。通过显示屏实时显示门的状态和密码信息，用户可以了解门的安全性，并随时查看密码。此外，通过4*4矩阵按键输入密码，用户可以轻松地开门和修改密码，无需携带钥匙或进行复杂的操作。这个设计的意义在于提升门禁管理的安全性和便利性。通过存储器保存密码和其他信息，数据得到了安全保护，避免了被窃取或篡改的风险。当用户连续输错密码三次时，蜂鸣器会报警并锁定一分钟，有效防止了暴力破解和恶意尝试。此外，智能门锁设备的使用减少了物理钥匙，避免了遗忘或丢失的尴尬情况，极大地提高了使用的便捷性。
在实际应用中，这款智能门锁设备可以广泛应用于住宅、办公场所、酒店、学校等各种场景，为用户提供安全、便捷的门禁解决方案。同时，该设计也推动了智能家居和物联网技术的发展，促进了智能化生活的进步。总而言之，这款智能门锁设备的出现是因为社会对安全性和便利性的需求。它的目的是提供高效的门禁管理系统，其意义在于提升门禁管理的安全性和便利性。通过创新的设计和技术应用，这款设备将为用户带来更智能、便捷的门禁体验，并推动智能家居和物联网技术的发展。
1.2 国内外研究现状
国内方面，也有不少研究机构和企业在智能密码锁系统领域进行了相关研究。例如，某些公司开发了支持多种解锁方式的智能门锁产品，如密码、指纹、IC卡等。同时，一些学术机构也在探索更加安全的解锁方式，如基于声纹识别、虹膜识别等生物特征识别技术。
此外，一些研究者对智能密码锁系统的安全性进行了深入研究。他们分析了现有系统存在的安全漏洞，并提出相应的解决方案，如加密算法的优化、身份认证机制的加强等。这些研究为智能密码锁系统的安全设计提供了重要参考。
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，一些知名公司如Yale、August等推出了基于密码、指纹和远程控制的智能门锁产品。这些产品通过手机APP和互联网连接，用户可以实现远程解锁、临时授权等功能。此外，一些研究人员还将人脸识别、声音识别等技术应用于智能密码锁系统中，进一步提升了安全性和便捷性。
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STM32F103最小单片机，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
