在我们日常生活中，经常需要用到机械钥匙开锁，且经常随身携带多把钥匙，使用不方便容易丢失，安全性往往也会大打折扣。随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全的要求越来越高。为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码和“生物特征”代替钥匙的密码锁应运而生。一般的电子密码锁的操作屏蔽性较低，同样也容易被盜窃指令，安全性和实用性也不是最好的。本电子密码锁利用语音识别与键盘输入密码相结合，实现开锁关锁，软硬件结合，安全性能高，实用性强。

本课题以AT89S52单片机为核心，由LD3320语音识别模块、矩阵键盘模块、AT24C02存储模块、LCD显示模块、报警模块、继电器控制模块组成。通过矩阵键盘来进行密码的输入、修改。语音输入提前录入存储器中的关键词，语音识别模块将二者进行对比，正确则开锁，反之不开锁并进行报警。使用LCD1602液晶屏来显示操作过程中的开锁成功以及开锁失败等。本设计具有掉电保存、修改六位用户的密码、超次锁定等特点。本设计还具有复位电路，在密码输入错误达到3次以上，系统会进行语音提示“请与管理员联系”，通过复位按键和管理员密码可以进行密码的重置，最大限度上保证了使用的安全性。

关键词：AT89S52 LCD1602 电子密码锁 4×4矩阵键盘 LD3320

ABSTRACT

In our daily life,we often need to use mechanical keys to unlock,and often carry more keys with us,inconvenient to use is easy to lose,the safety will often be greatly reduced.With the continuous development of science and technology,people have the higher and higher requirements for safety in daily life.In order to meet the people's requirements for the use of the lock,increase its security,the password and "biometric" instead of the key password lock emerged.The general electronic password lock operation is less shielding,but also easy to be stolen instructions,security and practicality are not the best.This electronic password lock uses voice recognition and keyboard input password combination,to achieve the lock and lock,the combination of software and hardware,high security performance,strong practicability.

This subject takes AT89S52 single-chip computer as the core,and is composed of LD3320 speech recognition module,matrix keyboard module,AT24C02 storage module,LCD display module,alarm module and relay control module.Enter and modify the password through the matrix keyboard.Voice input has keywords in memory in advance,the voice recognition module compares the two,correct unlock,otherwise does not unlock and alarm.Use the LCD1602 LCD to display the success and failure during operation.This design has the characteristics of power saving,modifying the password and super locking of six users.The design also has a reset circuit,in the password input error reached more than 3 times,the system will make voice prompt "please contact the administrator",can reset the password,to maximize the security of the use.

Keywords：AT89S52 LCD1602 Electronic password lock 4×4 keyboard LD3320

1 绪论

1.1 研究背景与意义

随着电子技术和计算机技术的飞速发展，单片机性能不断完善，性能价格比显著提高，技术日趋完善。这些锁是通过在键盘上输入一系列密码进行的开放式锁。本设计无需使用金属类钥匙......

上世纪80年代以后，由于产生了电子锁产品专属的集成模块，故而这类产品的体积变小，牢靠性获得提升，其成本支出也偏高，......

目前，在西方的发达国家，正在开发尖端和多样的电子智能锁。智能锁被广泛使用，并发展成为各种智能室内门禁系统，通过各种控制设备的组合，可以更安全，更可靠地实现室内门的自动控制。按键式等钥匙型的电子密码锁正在逐步向国引入并达到一些国际领先的技术水准，......

1.2 国内外发展现状

在80年代的时候，最早研制出电子密码锁产品的就是日本。由于日本经济不断繁荣，电子产业不断发展，所以产生了部分使用简洁的电路设计构成的密码锁产品。这种电路在安全性方面比较弱，破解起来比较简单。90年代的时候，在美国、德国、加拿大、......

1.3 研究内容

本篇结构安排分为六部分，分布如下：

绪论，介绍了课题的背景以及研究意义，通过分析国内外的研究现状，.....

总体方案，介绍了主要芯片选型，综合对比各项方案的优劣势，.....

系统硬件设计，根据给定的系统各模块组成，分模块进行电路设计的阐述......

系统软件设计，首先进行主程序流程图的设计，根据各功能模块进行子程序设计及......

总结与展望，针对本次课题的设计过程和收获进行总结，分析系统的优缺点，并对未来的研究方向进行展望。

2 总体方案

2.1 密码锁具体要求

（1）考虑到要避免在导入密码的时候被偷窥，在显示屏中的密码则以“*”号的形式进行展示；

（2）设计密码是6位的密码锁产品；

（3）选用矩阵数字键盘，当中0-9代表正常的数字键，“*”、“#”、“a-d”代表特别的功能键；

（4）假如导入的密码错误或是出现了错位的情况，......

（5）设计蜂鸣器自动报警这项功能，如果导入密码的时候有误，......

（6）经过显示屏完成相应的显示功能，如果密码准确无误，......

（7）至于密码，能够通过用户自己更改设置，更.......

（8）语音识别开锁，通过与语音识别模块内存储的关键词进行比对。......

2.2 设计原理

电子密码锁包含单片机、矩阵键盘、液晶显示器、密码存储等一系列相关模块。设计中的矩阵键盘主要用来导入数字密码，并且用来实现各类功能。用户经过矩阵键盘输入相关的密码数据，之后通过单片机模块对于用户输入的密码数据和自身贮存的......

此系统中能够包含硬件、软件这两个部分。其中硬件方面能够涵盖电源供电、......电子密码锁系统框图如图2-1所示。

图2-1 电子密码锁系统框图

2.3 总体设计方案选定

（1）方案选择

方案一：选用74LS112双JK触发器控制

密码锁产品的主要控制部分，使用将74LS112双JK触发器组成的数字逻辑电路，合计设定了9个用户导入键，当中有4个属于有效的密码键，......

方案二：选用AT89S52单片机控制

选定单片机AT89S52当作主控模块，考虑到单片机模块实施编程设计具有比较高的灵活性，具有多种多样的IO口，并且控制的精确度比较高，......。

（2）蜂鸣器选择

方案一：压电式蜂鸣器

压电式蜂鸣器的主要部件是一种叫压电陶瓷片的电子发音元件，......

方案二：电磁式蜂鸣器

电磁式蜂鸣器，主要是利用通电导体会产生磁场的特性，......

通过压电式蜂鸣器与电磁式蜂鸣器对比，压电式蜂鸣器具有体积小、......

（3）显示模块选择

方案一：LED数码管

采用LED数码管动态扫描，LED数码管价格适中，不过显示比较多的数字时，......

方案二：点阵式数码管

采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列发光二级管组成，在很多场合可以看到这种显示方式。但是在电子中显示时间这一块不合适，......

方案三：LCD1602液晶显示屏

采用LCD1602液晶显示屏，液晶显示屏显示的功能强大，可显示大量文字，图形，显示多样，清晰可见。与数码管显示相比，再直观程度上和亮度清晰度上都存在和多优势，......

通过将三种显示器件对比，方案一考虑到效率的因素不采用数码管显示，......

3 系统硬件设计

3.1 单片机最小系统

AT89S52系列微型单片机系统是由美国Atmel公司专门进行各种高密度设计生产和开发制造的，是一种十分适合于本作业系统的软硬件结合装置[1]。

32位数据输入和串行输出的串行端口数据线，256字节文件大小的fram，以及三个16位字节定时中断计数器的开关时钟中断回路与内部中断信号结构，......单片机最小系统电路如图3-1所示。

图3-1 单片机最小系统电路图

这些优异的性能特点让这个微型控制器完全满足对本次创新产品控制的所有要求，并且使其具有极大的可持续性和开发性。AT89S52拥有8k字节可编程的Flash数据存储器，.....

3.2 LCD显示模块

关于LCD1602A，它可以同时展示出32个字符（16列2行）[5]。在日常生活中，我们对于这种液晶电视显示屏来说并不太是很熟悉。不过液晶显示元件模块已经被广泛地应用于许多家用电子产品。例如在平板电脑、计算器、万用机械仪表、.......

在基于射频单片机的各种人类智能交流信号接口射频设备的应用接口中，.......LCD1602A实物图及硬件电路图如图3-2所示。

图3-2 LCD1602实物图及硬件电路图

此次设计中，能够使用晶液显示器当作信号输出器件，其具备的优势为下：

考虑到液晶显示器中的所有点在接到信号之后能够始终维持那种颜色还有亮度，......

（2）对于液晶显示器而言，它均为数字式器件，与单片机体系的端口更为简洁牢靠，......

（3）对于此类激光液晶电子显示器而言，重点是经过液晶显示屏上的1个分子电极元件来自动控制激光液晶显示分子的运动状态而得以达到其电子显示的主要作用目的。......

（4）对于液晶电视显示器而言，它的最低工作频率功耗重点是因为内部设置了有......

3.3 矩阵键盘模块

此模块主要使用4*4矩阵式数字键盘用来输入密码。它的软件编程虽然很复杂，但是却能有效地节省I/O各个端口，从而大大提高了整个接口的资源利用率。矩阵键盘又称为行列式键盘，是指将单片机的I/O口分为行线和列线，按键跨接在行线和列线上，......

将密码通信电平与原先系统设置的自动密码通信电平数值进行相对比较，.....矩阵键盘实物图及硬件电路图如图3-3所示。

图3-3 矩阵键盘实物图及硬件电路图

3.4 AT24C02存储模块

关于AT24C02芯片，它其实是美国Atmel研制的CMOS E2PROM，它具有比较低的功耗，至于贮存空间能够涵盖256×8位。它具备相对宽一些的工作电压，一般在2.5-5.5V这个区间内，并且具备大于10000次的擦写时间，另外写入速度比较快（＜10ms），.....

而且它们还是无线串行接口设备，可以使用I2C系列总线将网络数据实时读取和写入多台计算机。占用很少的一台电脑内存资源和多条I/O线，并且它们都可以支持无线....图如图3-4所示。

图3-4 AT24C02实物图及硬件电路图

考虑到要减小总的写入时间，实施1次操作能够写入8个字节数据。关于I2C总线，它能够经过SDA、SCL这2根线在衔接至总线上的器件间传输相关的数据，.....

模块AT24C02使用I2C这一规程，运用主/从机完成对应的双向通讯，其中主机一般就是单片机，至于从机则是AT24C02，都能够运行在相关的收发状态。对于主机而言，它能够形成串行时钟信号，并且能够发送1个新的控制数据指令字，用来对于传输总线中的数据导入、......

AT24C02模块中的1、2、3脚代表3条地址线，作用则是确认模块的硬件地址。其中第8、4脚依次代表正、负电源。另外第5脚SDA能够代表串行数据的导入/导出线，......

3.5 报警模块

关于蜂鸣器，按照构造方式不同能够分成压电式、电磁式这两类。它在电路里面能够使用“H”或是“HA”进行表示。关于压电式蜂鸣器，它重点涵盖多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器、共鸣箱、外壳等等部分。有些外壳上会涉及装入发光二极管这种器件。多谐振荡器作用，......

在和声波电源保持连通状态之后，振荡器发生振动并且能够形成1个声波磁场信号，其中的电流也许能够通过1个含有电磁的小线圈，确保此电磁圈在其中心区域产生一定的声波磁场。......

此次设计中，通常情况下，有关蜂鸣器的驱动电路能够涵盖3个方面，分别是1个三极管、1个蜂鸣器、1个限流电阻。蜂鸣器直流意味着它被用作直流声音控制元件，.....蜂鸣器实物图及硬件电路图如图3-5所示。

图3-5 蜂鸣器实物图及硬件电路图

由原理图可知，三极管Q1能够发挥开关效用，它的基极如果是低电平，那么能够确保其进入饱和导通的状态，这样的话蜂鸣器能够实施发声操作；如果它的基极是高电平，......

3.6 继电器控制模块

电磁式自动继电器通常来说是用电磁铁芯、线圈、衔接电磁铁、触点或是电磁簧片等相关的核心部件经过相应的衔接组成。如果将电源线圈两侧分别设计1个附带的电源导出导入电压，那么线圈里面能够流经相应的电流信号，进而对于返回的铁芯弹簧产生一定的连续电磁振动响应，.......继电器实物图及硬件电路图如图3-6所示。

图3-6 继电器实物图及硬件电路图

关于继电器中的“常开，常闭”触点，能够进行这样区别：如果继电器线圈并没有保持上电的状态，那么判定是处在切断状态下的静触点，这就是“常开触点”；如果是处在连通形态下的静触点......

电路中的继电器室由PNP晶体管驱动。当阈值超过设置值时，微控制器将迅速从高电平跳到低电平。三极管晶体管的导电流由继电器电压控制。.....

3.7 语音识别模块

语音识别模块主要采用LD3320语音识别芯片，此外还有小型麦克风，以及各种供电电路。LD3320芯片完全不需要外接工作电路，外接Flash和RAM等。自带了很高精度的A/D信号量转换，将其与单片机通过外部电路连接，就可以直接进行通信。因为LD3320芯片的高集成度，......

LD3320有自带的大容量存储器，使用时用户可以根据自己的需求自定义关键词，直接利用程序将所需关键词以字符串的形式写入芯片即可。关键词可以随时进行修改，......模块实物图及原理图如图3-7所示。

图3-7 LD3320语音识别模块实物图及原理图

LD3320提供的语音识别技术，是基于“关键词语列表”的识别技术ASR(Autospeech recognition)技术。语音识别芯片的工作流程是：对经过MIC输入的声音实施频谱分......语音识别工作流程如图3-8所示。

图3-8 语音识别工作流程图

3.8 系统硬件电路

电路图硬件部分由电源输入部分、键盘输入部分、密码存储部分、复位部分、晶振部分、显示部分、报警部分、开锁部分组成。电路整体原理图如图3-9所示。

图3-9 电路原理图

4 系统软件设计

4.1 系统主程序设计

在此次设计中，有关此系统的软件方面，重点涵盖了主程序板块，并且能够涵盖初始化、LCD显示、语音识别等相关程序板块，另外能够涵盖键盘扫描、键功能、.....系统总体框图如图4-1所示。

图4-1 系统总体流程图

电源接通，按下自锁按钮开始工作。整个系统（单片机芯片）进行初始化并识别键盘。输入密码，密码正确则开锁，密码输入错误进行报警。同时在密码输入过程中可取消当前操作（手动清除）。若用户需要修改密码则在输入正确密码的前提下按下修改密码按键，听到提示音后即可输入新密码（两次）按下确认键。密码修改成功。若两次新密码输入不一致，则会修改失败。

4.2 键盘扫描子程序设计

电路运行开始初始化完成进行键盘扫描，当按下按键使用时，进行延时消抖。按键所用开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。因......

图4-2 键盘扫描子程序流程图

4.3 密码设置子程序设计

考虑到设计过程其实是分模块化实施的，故而子程序其实是总体软件系统的构成内容，对于子程序而言，它能够确保程序实现化整为零，确保其能够实现复杂简洁化，......码修改子程序流程图如图4-3所示。

图4-3 密码设置子程序流程图

4.4 开锁子程序设计

当打开密码锁开关，电源接通，开锁程序初始化。输入密码系统进行密码比对确认，如密码正确则直接开锁。若经过比对密码不正确则进行警告，......开锁子程序流程图如图4-4所示。

图4-4 开锁子程序流程图

4.5 显示屏子程序设计

显示屏模块供电后开始工作，首先进行初始化操作，内部存储清空，......显示屏子程序流程如图4-5所示。

图4-5 显示屏子程序流程图

4.6 语音识别子程序设计

语音识别模块LD3320上电初始化，此时使用者对住小型麦克风说出语音指令，语音识别模块通过与提前录入存储器中的关键词进行比对。若经比对指令不正确，......。

图4-6 语音识别子程序流程图

5 系统仿真与调试

5.1 软件调试及仿真

使用软件说明：

Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。.....

Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件,是目前世界上最先进、......

Altium Designer是原Protel软件开发商Altium公司推出的一体化的电子产品开发系统。......

在硬件支持的环境下，用proteus设计好的仿真电路，.....。仿真成功密码正确如图5-1所示。

图5-1 仿真成功密码正确

通过软件进行电路图的绘制，将单片机模块、显示屏模块、存储芯片等语音提示芯片等模块，有效连接在一起构成整体的仿真电路图。整体电路仿真如图5-2所示。

图5-2 仿真电路

5.2 硬件调试

（1）按键说明：

“*”号键为取消当前操作；

“#”号键为确定（密码输入完成后、修改密码后确认）；

“D”键为修改密码（前提为在输入正确密码后）使用。

硬件整体电路如图5-3所示。

图5-3 整体硬件电路图

（2）开机语音提示“请输入密码”。首次使用时输入密码：131420，对密码进行初始化，当显示“initpassword”证明密码初始化完成，如图5-4所示。此时的密码为：000000。然后可以改密了。（如密码忘记就再输入131420初始化，然后密码就是000000了）。在密码输入正确后开锁显示屏显示“open”。并语音提示“开锁成功”，如图5-5所示。

图5-4 密码初始化图5-5 开锁成功

（3）开机显示屏显示“password”，如图5-6所示

图5-6 开机界面

（4）当密码输入错误时显示屏显示“error”，并语音提示“密码错误请重试”，如图5-7所示。

图5-7 密码错误

（5）密码输入错误显示屏会显示“还有几次机会”，如图5-8所示，“密码输入仅剩一次机会”。当输入密码错误超过三次，蜂鸣器会发出警报并锁定键盘，如图5-9所示，为键盘锁定时显示屏显示内容。在锁定时同时语音提示“请与管理员联系”。

图5-8 输入密码剩余次数图5-9 键盘锁定

（6）修改密码

在开锁状态下，再次输入正确的密码并按下“#”键，此时听到两声“滴滴”提示音，输入新的六位密码并按“D”键，再重复输入一次新密码并按“D”，会听到两声提示音，....。

5.3 调试问题及解决方法

对于LCD进行焊接的时候存在的相关问题如下：

（1）和电源连通之后LCD没有反应，同时各针脚表现正常状态。推测也许是初始化程序方面存在问题。通过相关的查找能够发现，LCD显示器中15、.....

（2）开锁指示灯、报警电路接通就会工作，分析是因为单片机模块起初的时候各......

（3）使用Proteus运行仿真时，出现运行错误。经检查，接线错误导致运行失败。

经过设计以及软件、硬件的调试，本设计将初步计划的设置、.....

6 总结与展望

6.1 总结

本设计从安全性能这方面入手，选用AT89S52单片机当作主控模块和数据存储器单元，通过矩阵数字键盘进行六位密码的输入，以及密码的修改、确定等操作。语音输入提前存在存储器中的关键词，语音识别模块将二者进行对比，正确则开锁，反之不开锁并进行报警。......

6.2 展望

在此次毕业论文的写作以及系统设计的过程中，通过不断的学习与研究，从最开始的毫无头绪转变为一定程度的井井有条。对单片机、编程有更深入的了解，学习到了更多相关专业的知识，.....

（1）通过动态密码发送给外来人员（客人）开门。

（2）在一定范围内可通过手机软件开锁。

在以后可以将通讯模块、NFC近场通信模块等加入，使得功能更加完善。

方便大家学习，整理了相关文档，下载链接如下

标签：开锁,蜂鸣器,密码,......,单片机,智能,模块,密码锁
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