基于单片机的多功能智能车锁设计

论文总字数：17218字

摘 要

智能产品遍布的时代，自行车的安全和便携仍是问题。市面上缺少一款能够密码和指纹同时并行的车锁，由此，在现有的自行车锁上展开了设计。本设计是一种新型智能车锁，是由控制器、指纹传感器、执行机构等几部分构成，可以实现指纹、密码双开锁，给广大的自行车用户带来便利。经过实验证明，本设计能够实现开锁、修改密码等设想，而且成本较低、使用方便，可以广泛应用，相信会有广阔前景。

关键词：智能锁；指纹锁；键盘扫描；报警

New Intelligent bicycle Lock Based on Single Chip Computer

Abstract

In the age of smart products, the safety and portability of bicycles are still a problem. There is a lack of a car lock on the market that can have a password and a fingerprint at the same time. As a result, a design has been developed on the existing bicycle lock. This design is a new type of smart car lock, which is composed of controller, fingerprint sensor, actuator and other parts. It can realize dual unlocking of fingerprint and password, which brings convenience to the majority of bicycle users. Experiments have proved that this design can realize the assumptions of unlocking and changing passwords, and it has low cost, easy to use, and can be widely used. I believe there will be broad prospects.

Keywords: smart lock;fingerprint lock;keyboard scan;alarm

目录

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2指纹密码锁的国内外现状

1.3本课题研究的主要内容

第二章 系统架构和工作原理

2.1设计方案

2.2设计结构图

2.3方案论证

第三章 系统的硬件设计

3.1 51单片机

3.1.1 STC89C52单片机

3.1.2 复位电路

3.1.3 时钟电路

3.2指纹模块

3.2.1指纹识别技术

3.2.2 AS608光学指纹识别模块

3.2.3指纹模块电路设计

3.3显示模块

3.3.1 12864系列液晶

3.3.2注意事项

3.3.3显示模块电路设计

3.4 矩阵输入模块

3.5记忆存储模块

3.6 报警模块

3.6.1 蜂鸣器

3.6.2报警电路设计

3.7 开锁电路

3.8 硬件调试

第四章 系统的软件设计

4.1程序设计C语言

4.2程序设计流程图

4.2.1键盘模块

4.2.2液晶显示模块

4.2.3指纹模块

4.3软件仿真

第五章 系统的统调和完善

5.1电源调试

5.2液晶的调试

5.3指纹模块和按键模块调试

结束语

致谢

附录

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

由于社会提倡绿色出行，自行车、电动车成为更多人喜爱的交通工具，不仅锻炼身体还爱护环境。如此，车辆的安全受到了挑战。以往我们使用的老式车锁大多靠钥匙来开关，还有一些是机械锁需要记住密码，一旦钥匙丢失或者遗忘密码我们将无能为力。21世纪来现代技术快速发展,智能化商品也更加受到大众的接受和喜爱，由此智能锁具得以迅速进入销售市场。智能锁具是一种能够快速打开车锁、方便出行的产品。不使用机械钥匙的现代技术就是智能锁具跟传统机械锁具最大的区别,使用像磁卡式、指纹锁具、面部识别开锁等。本新型智能锁的设计采用单片机控制，除了数字密码开锁功能外,还增加指纹开锁功能，避免了上文提到的老式车锁的问题，无需携带钥匙，一个手指也能实现自由出行。另外还增设了密码输入三次错误后自动报警的功能来保护自行车的安全，因此本智能车锁的普及和使用能够大大提高自行车、电动车的出行安全，这也是作为一种新产品，对原有产品不足做的补充和改善，以满足和实现现代用户需求。现在市面上关于智能车锁的产品并不是很多，大多数集中在汽车锁，或者是单一的定位锁、电子锁，所以这项设计具有广阔的市场前景，相信它的出现在不久的将来会给人类带来极大的便利。

1.2指纹密码锁的国内外现状

早在20世纪30年代左右就开始了电子密码锁的研究，这样在一些非比寻常的场合即可方便使用。刚发明的电子锁缺点是密码量太大，如果跟机械锁一起搭配使用还可以，已经避免了车钥匙被盗用的可能性。电子锁的优势在于只用记住一组密码，就可及时开锁，省去了带钥匙的麻烦和丢钥匙的糟心。正因如此，越来越受到大众的喜爱。

电子密码锁最早产生在80年代的日本，集成电路正好使电子锁的体积缩小，还提高了可靠性。这时的缺点是制作成本较高，还不能被平民们普遍使用，所以只能应用于一些安全性能要求极高的场合。不仅如此，对电源也有要求，必须一直供电，使用起来有很大的局限性。而且当时的技术还不够完善，电路容易被破解和毁坏，所以在相当长的一段时间内，对电子密码锁的研究没有很大的突破。

到了90年代，英国、韩国、美国、意大利等国家微电子产业的发展提供进一步的技术支持。再到21世纪，西方国家对于电子锁的研究技术相当先进，而且种类繁多，广泛使用在各种门禁、保险等应用中，使得社会的安全性进一步提升。

我国电子锁的研究相较于西方国家稍迟一些，到90世纪初才真正开始摸索。虽然起步晚但是发展迅速，目前看来，我国在这个领域发展已经相当成熟，这也得益于电子信息技术的高速发展。从20世纪的市场和技术来看，键盘输入式的电子锁更受大家认可，使用者也是最多的。同样，在我国也主要应用于金融保险业和家庭安全，车辆上鲜少使用，目前还停留在机械锁的阶段。

指纹虽然在19世纪初就被科学研究证明具有唯一性，可以广泛应用。但是到了20世纪80年代前后，个人电脑成功发明，光学扫描也横空出世，两项技术同时使得指纹技术能够被真正广泛应用，例如门锁具。相比于电子密码锁，指纹锁进入人们视野要迟一些，直到2010年在中国都还是鲜为人知的冷门市场。但是自那之后，整个智能锁具行业出现变化。

之前生产的厂商和设计智能锁具的厂商不多，现在明显能看到进入这个行业的人不断增多。虽然刚入行大家的技术有限，但是不妨碍大家对这个新兴行业的热情和看好。大部分是传统的锁具厂家，也在随着时代潮流不断变革。在没有统一的标准之前，大家的指纹锁具内容五花八门，规格都不相同。出现更加统一标准之后，各个厂家就有了一样的要求，大家逐渐互相靠拢。我们在市面上接触到的锁具功能大都是防盗和智能化。

不仅如此，随着锁具行业技术的革新，各种产品出现了新的款式，琳琅满目，功能应有尽有，极大满足了市场的需求。虽然外观、拓展功能不大相似，但是各个厂家所用的芯片，模块都差不多，渐渐形成同质化。优点是可以批量市场，缺点也应运而生，大量山寨、抄袭层出不穷。有自主研发功能的公司会成为竞相抄袭的对象。

其实智能锁具的成功离不开房地产上的功劳，具资料调查，超过四百家的方地产项目使用了智能锁具，这也是市场对于指纹锁安全性的肯定。

2015年前后更多安防和传统机械锁开始引入指纹锁技术，现已被大众广泛接受。总的来说国外这两项技术发展的较早，国内虽然起步慢，但现在技术较为成熟，技术还在不断突破阶段。

可惜的是，在市面上找到的智能锁大都是在智能门锁，相比之下智能车锁少之又少，基本上使用的都是传统机械锁。现有的智能车锁功能基本上是精准定位，或是两种开锁技术中其中一种，但都是概念车，基本没有大批量投入生产和使用。少有的几个厂家使用大都还应用在汽车上。同样市面上的自行车锁也没有这些功能，只有少量像小黄车，小蓝车是用的手机输入电子密码，还添加了定位功能。指纹车锁有少量售卖，但是价格昂贵，相比于普通车锁贵了10倍，所以受众面积太小，不能得到广泛推广。纵观整个市场，基本没有把电子密码和指纹解锁相结合的自行车、电动车锁，所以对于新型智能车锁这个产品还是很稀缺的。

1.3本课题研究的主要内容

本课题研究的新型智能车锁是一款基于51单片机，利用指纹识别技术和数字密码技术来实现解锁的设计。在指纹技术方面实现指纹的特征提取、图像的获取、增强和匹配。本设计实现指纹和数字密码的录入、储存，将采集到的信息传输到单片机进行分析和输出。运用Keil编写C语言程序来支持指纹和数字密码开锁。系统包括指纹采集、键盘扫描、LED显示、蜂鸣器报警等功能。当输入的指纹或数字密码与预留信息相同则智能锁开启，反之需重新输入，三次错误蜂鸣器报警。整个系统能够真实的模拟开锁过程，十分方便。

第二章 系统架构和工作原理

2.1设计方案

硬件和软件共同组成智能锁具的设计，首先是采用STC89C52单片机芯片，因为强大的功能所有作为控制核心,。另外指纹密码使用的是光学指纹识别模块AS608，可轻松实现指纹删除和录入。为了防止突然没电后丢失密码，本设计采用了AT24C02 EPROM芯片, 可以存放密码信息。同时使用辅助硬件模块，加入矩阵键盘、液晶显示模块等等，对单片机更好的拓展。系统有两个模式。一般模式下，输入指纹或数字密码，若密码匹配无误，则成功开锁。当密码输入错误三次，自动锁定一分钟且蜂鸣器报警三声。管理员模式下可进行多种功能，例如：数字密码的修改、指纹密码的修改。根据显示屏提示修改密码，完成新密码或指纹录入后确认退出，则密码修改成功。

2.2设计结构图

设计结构如图2.1所示，使用了51单片机来作为控制器，指纹识别模块、矩阵键盘模块将指纹和密码传输到控制器，记忆存储模块即用来存储密码，又用来对比密码。晶振电路为单片机提供时钟频率，复位电路帮助初始化。所有过程的进行通过液晶显示上的提醒。

单片机

指纹识别模块

液晶显示

复位电路

记忆存储

晶振电路

蜂鸣器

矩阵键盘

图2.1 硬件设计结构图

2.3方案论证

在查阅过相关文献后，本设计决定采用STC89C52单片机、AT24C02EEPROM芯片、AS608光学指纹识别模块、蜂鸣器、矩阵键盘等器件。通过理论分析、电脑仿真、实验室操作下单元模块研发再综合模块研发的顺序来进行。

经过理论分析、参考文献研设计出初步可行方案。先将设计为几个部分，单片机用C语言编写程序，指纹识别部分，输入部分，显示部分，蜂鸣器，硬件电路设计。使用Keil编译软件可以兼容51系列单片机。每部分独立完成后为节省成本可先进行电脑仿真实验，验证正确性。元器件焊接完成后，各单元模块通过硬件检测，将软件下载带单片机中，看看是否符合当初的预设。观察在各种实际环境单片机的工作情况，根据实际结果不停调整参数，使产品达到最优状态。

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