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作者：兰州商学院 王帅峰 徐谌刚 李世武
指导教师：路永华

　　作品简介

　　本系统是以IAP152K60S2单片机为核心的电子密码锁控制系统。用户通过键盘输入，红外线遥控以及手机短信的方式实现与系统的信息交互。系统通过单片机来控制锁的开关，用户通过键盘或者使用遥控终端输入密码时，单片机从FLASH存储芯片中取出密码比对来控制开锁，并通过LCD屏幕显示信息。多次输入错误时，系统会启动安全系统，通过远程通信模块，向设定的手机号发送报警信息，用户也可以使用手机向电子锁发送短信从而控制电子锁打开。

　　平台选型说明

　　选用的平台是IAP15F2K60S2开发板，其参数如下：
　　时钟频率：11.0592MHZ;
　　片内FLASH存储器：60K;
　　片内SRAM：2048BYTE;
　　IO引脚：40个;
　　这种单片机是STC公司生产的高速，高可靠，低功耗，超强抗干扰的新一代8051单片机。
　　选用这种单片机是因为，该单片机继承了8051的指令代码，和部分引脚排列，与8051系列单片机具有通用性，可以用8051替代，且该单片机稳定，功耗低，存储器空间较大抗干扰能力强，设计出的产品具有优秀的稳定性，所以该设计采用IAP15F2K60S2单片机。

　　设计说明

　　设计方案
　　本系统由单片机控制模块、远程通信模块、键盘模块、显示模块、存储模块、遥控模块、电源模块组成。硬件框图如图1所示　　

　　1、单片机控制模块
　　在设计电路时采用三总线结构，采用这样的结构优点是，便于调试，可以对单片机外设进行编址，可以高效率的使用单片机的硬件资源，且组合模式可以改变，便于系统的扩充，虽然采用这种设计方案数据传输速率虽然略低于点对点的数据速率，但是整个系统的传输速率较高。本文约定，数据总线的标号以字母D开头，地址总线以字母 AD开头，控制总线以特殊的标号标定。其单片机外围组态如图2所示：　　

　　2、显示模块设计
　　本系统设计是为了给使用者以提示而设置的，考虑到LCD1602有微功耗、体积小，显示内容丰富、超薄轻巧等特点，所以本系统采用LCD1602作为显示模块。此模块可以提供简明的文字提示，以便完成输入密码及修改密码的操作，有助于人机友好交互。显示电路的电路原理图如图2所示。　　

　　当程序检测在5分钟内没有按键操作的时候，就关闭显示。这个功能用程序来实现的，一旦没有按键动作就启动一个定时器，检测在5分钟内没有按键动作的时候，启动一个程序，关闭显示，这样可以达到节省电能的目的。
　　1602采用标准的16脚接口，其中：
　　第1脚：VSS为电源地
　　第2脚：VCC接5V电源正极
　　第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接电源时对比度最弱，接地时对比度最高
　　第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。
　　第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。
　　第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。
　　第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端。
　　第7～14脚：D0～D7为8位双向数据端。
　　第15～16脚：悬空或背景灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。

　　3、键盘输入模块设计
　　3.1、键盘的工作原理
　　由于设计要求使用矩阵键盘，所以本设计就采用行列式键盘，同时也能减少键盘与单片机接口是所占用的I/O显得数目，在按键比较多的时候，通常采用这样方法。其原理如图3所示。　　

　　每一条水平(行线)与垂直线(列线)的交叉处不相通，而是通过一个按键来来连通，利用这种行列式矩阵机构只需要N条行线和M条列线，即可组成具有N×M个按键的键盘。在这种行列式矩阵键盘非键盘编码的单片机系统中，键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。当确认有按键按下后，下一步就识别哪一个按键按下，对按键的识别通常有两种方法：一种是常用的逐行扫描查询法;另一种是速度较快的线反转法,本系统采用的是线反转法。
　　如图4所示，本系统包含12个非功能键(数字、@、#)，4个功能键。12个非功能键可以用来输入密码，还可以用来选择模式。另外4个功能键分别是：FUNCTION、BACKSPACE、CANCEL和OK。
　　其中FUNCTION键用来调出2种模式菜单(输入密码模式和更改密码模式)，然后通过非功能键1或2即可选择用户所需的模式，一般情况下默认为“输入密码模式”。
　　而BACKSPACE键，是在输入密码时的“退格”键。
　　还有CANCEL键，是用来退回“输入密码模式”，而且会清空已输入的密码，但在5次输错密码，即让电子锁进入“锁定”状态。
　　最后是OK键，是用来对完成密码输入后进行“确认”的。
　　3.2、键盘的工作方式
　　为进一步提高单片机扫描键盘的工作效率，可采用中断扫描方式，其原理如图4所示。　　

　　通过HD74LS21P为双4输入与门中的一个4输入与门(图5中AND_4)，实现当用户在按下按键时(4行线中一条变为低电平0)，4输入与门会向单片机的INT1位输入低电平，使得其触发单片机中的外部中断INT1，然后进入中断对键盘按键进行相应处理的效果。而无键按下时，单片机将不理睬键盘。此种方式的优点是，只有按键按下时，才进行处理，所以实时性强，工作效率高。

　　4、存储模块设计
　　为了永久的保存用户的开锁密码，需要一种能长期保存的存储介质，使用价格便宜且占用系统资源少的24C04串行EEPROM存储器其电路图如图5所示,EEPROM是一种掉电不丢失数据的存储器，其采用电擦除技术，使用方便。其中24C04型号的该类器件，采用串行数据输入的设计方法。在系统中对存储模块进行编址分配地址线为AD3，AD4，AD5，如图5，其中AD3为写允许型号，AD4，AD5，为片内地址线，由于是原理图，图5中没有给出激励电压，接地等引脚的连线方式。　　

　　5、远程通信模块设计
　　由于TC35模块为已经封装的集成块，这里不给出原理图，连接时，将其串行口与单片机串行口相连即可，其所需要的供电电压为3.3V 。
　　TC35是西门子公司推出的一款双频900/1800MHZ高度集成的GSM模块。他易于集成的特点可以使我们使用它在较短的时间内花费较少的成本开发出新颖的产品。

　　6、电源模块设计
　　电源电路设计如图7所示，采用7805三段稳压器将输出电压稳定为5V。　　

　　7、软件设计方案
　　软件设计流程图如图8所示：　　

　　作品特色

　　本产品可以实现键盘开锁，红外遥控开锁和通过TC35GSM模块实现远程报警和开锁的功能，增加了锁的安全性和方便性，本设计将电子密码锁这种家用安全产品和电子通信系统进行结合是本设计的亮点

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2525