智能密码锁的设计的文献综述

摘要：

在现代社会，电子密码锁已不是一个陌生的名词。本文中将要介绍的电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子锁装置。电子密码由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的青睐。

当今智能电子密码锁发展已经到了非常高的境界，由于电子元件特别是单片机应用在这几年得到空前发展，无论功能性，稳定性都比较全面，在保密方面已做到人眼识别，指纹识别，人声识别基本上电影上有的现实也有。在国外发展比较早，所以应用也比较广泛，主要在家庭装较贵重地方，银行，保险柜等应用较多，在国内这方面发展也较快，不管自己开发或是引进都有，在重要地方应用也较多，由于价钱比普通弹子锁较贵，早几年应用较少，现在越来越普及到平常化，未来的发展也会越来越被大众采用，由于它的功能、安全是弹子锁无法相比的。发展前境是非常大的。

关键词：单片机；智能；密码锁。

1引言

随着人们生活水平和自身防范意识的提高，个人人身财产安全越来越受到重视，而锁就是主要的有效保障手段。但是机械锁发展到现在已有悠久的历史，人们对它的内部结构已经有了很透彻的研究，可以做到不使用钥匙而轻易打开锁，也由于金属材料在复杂多变的环境下会生锈，导致锁芯卡死、弹簧老化等问题。

在信息化高速发展的今天，锁也摆脱了以往的造型，向着科技化、信息化、智能化发展。自单片机面世以来，凭借着体积小、价格低、易于编程，逐步成为越来越多的电子产品的核心控制组件。在这种趋势下，电子密码锁也就应运而生，并经过多年的快速发展，整体上有遥控式电子锁、键盘式电子锁、卡式电子锁、生物特征扫描电子锁这几种类型，电子密码锁以其可以自由更换密码、操作简单、安全性高、自动报警、自动锁死、功耗低、外观个性、附加功能多种多样[3]等优点深受人们的喜爱，但由于电子密码锁的价格远高于普通机械锁，因此市场上的主流还是机械锁，所以我们需要不断的研究、改进电子锁，学习借鉴前人的程序编码，使其更加智能化、廉价化，让电子密码锁得到普及，使人们的自身财产安全得到更好的保障。

2. 国内外研究现状

2.1 单片机的前景

计算机系统的发展已明显地朝三个方向发展；这三个方向就是：巨型化，单片化，网络化。以解决复杂系统计算和高速数据处理的仍然是巨型机在起作用，故而，巨型机在目前在朝高速及处理能力的方向努力。单片机在出现时，Intel公司就给其单片机取名为嵌入式微控制器（embedded microcontroller）。单片机的最明显的优势，就是可以嵌入到各种仪器、设备中。这一点是巨型机和网络不可能做到的。

数字单片机的技术进步反映在内部结构、功率消耗、外部电压等级以及制造工艺上。在这几方面，较为典型地说明了数字单片机的水平。在目前，用户对单片机的需要越来越多，但是，要求也越来越高。下面分别就这四个方面说明单片机的技术进步状况。

2.1.1 内部结构的进步

单片机在内部已集成了越来越多的部件，这些部件包括一般常用的电路，例如：定时器，比较器，A/D转换器，D/A转换器，串行通信接口，Watchdog电路，LCD控制器等。

有的单片机为了构成控制网络或形成局部网，内部含有局部网络控制模块CAN。例如，Infineon公司的C 505C，C515C，C167CR，C167CS-32FM，81C90；Motorola公司的68HC08AZ 系列等。特别是在单片机C167CS-32FM中，内部还含有2个CAN。因此，这类单片机十分容易构成网络。特别是在控制，系统较为复杂时，构成一个控制网络十分有用。

为了能在变频控制中方便使用单片机，形成最具经济效益的嵌入式控制系统。有的单片机内部设置了专门用于变频控制的脉宽调制控制电路，这些单片机有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列；Motorola 公司的MC68HC08MR16、MR24等。在这些单片机中，脉宽调制电路有6个通道输出，可产生三相脉宽调制交流电压，并内部含死区控制等功能。

特别引人注目的是：现在有的单片机已采用所谓的三核（TrCore）结构。这是一种建立在系统级芯片（System on a chip）概念上的结构。这种单片机由三个核组成：一个是微控制器和DSP核，一个是数据和程序存储器核，最后一个是外围专用集成电路（ASIC）。这种单片机的最大特点在于把DSP和微控制器同时做在一个片上。虽然从结构定义上讲，DSP是单片机的一种类型，但其作用主要反映在高速计算和特殊处理如快速傅立叶变换等上面。把它和传统单片机结合集成大大提高了单片机的功能。这是目前单片机最大的进步之一。这种单片机最典型的有Infineon公司的TC10GP；Hitachi公司的SH7410，SH7612等。这些单片机都是高档单片机，MCU都是32位的，而DSP采用16或32位结构，工作频率一般在60MHz以上。

2.1.2 功耗、封装及电源电压的进步

现在新的单片机的功耗越来越小，特别是很多单片机都设置了多种工作方式，这些工作方式包括等待，暂停，睡眠，空闲，节电等工作方式。Philips公司的单片机P87LPC762是一个很典型的例子，在空闲时，其功耗为1.5 mA，而在节电方式中，其功耗只有0.5mA。而在功耗上最令人惊叹的是TI公司的单片机MSP430系列，它是一个 16位的系列，有超低功耗工作方式。它的低功耗方式有LPM1、LPM3、LPM4三种。当电源为3V时，如果工作于 LMP1方式，即使外围电路处于活动，由于CPU不活动，振荡器处于1～4MHz，这时功耗只有50μA。在LPM3 时，振荡器处于32kHz，这时功耗只有1.3μA。在LPM4时，CPU、外围及振荡器32kHz都不活动，则功耗只有0.1μA。

2.1.3工艺上的进步

现在的数字密码锁不单单只有验证密码正确与否的能力,还可以报警,短信发送提醒的各个先进的功能，单单就报警这个功能,就有开发的很透彻了,不单单在是密码错误导致报警,还会因为非正常开锁,开门导致的报警也是很有用处的,作为密码锁更改密码也是一个必不可少的功能,

3. 研究历程

3.1单片机的研究历程

现在对于单片机的研究还是很多的,发展的相当迅速的。单片机的发展经历了单片微型计算机，微控制器，单片机三大阶段。

1.单片机微型计算机阶段简称SCM，其目的是为了寻找到一种较好的单片形态嵌入式系统的结构创新模式定义了单片机微型计算机与通用计算机完全不用的研究方向，该阶段英特尔公司在嵌入式的发展道路上做出了巨大贡献

2．微控制器阶段又简称为MCU，主要的研究方向是：努力扩大支持嵌入式应用时，目的控制系统需要与各种外设期间相互匹配，加强微控制的智能能力该阶段中最著名的是飞利浦公司能够把MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制。

3．单片机的阶段简称SOC，单片机是嵌入式系统独立发展之路,用嵌入式系统在芯片上的最大化解决方案；因此，专用单片机的发展过程中自发形成了单片机化的趋势。

3.1数字密码锁的研究

科学技术日新月异,人们日常生活中的安全防盗意识越来越强。相比较传统的机械式锁已经无法在满足当今社会的需求，因此，各式各样的密码锁相继出现从而来满足人们的需求。

数字密码锁最为重要的就是保护的这个功能，而他其他的一些功能现在也是越来越受到人的关注。密码设置，密码修改，报警功能，这几个模块也是日新月异，功能也是越来越强大

3.1.1密码设置

密码是电子密码锁的安全防护，密码 的数字多少位至关重要。密码太多用户也 容易记错，如果太少安全系数也会随之降 低。A89C2051 单片机研制的电子锁密码 为 8 位数。从键盘上输入密码，若是密码 正确，锁会自动打开。

3.1.2 密码修改

很多人不更改原始密码，使得家里被盗窃，苦不堪言。修改密码是安全防护 至关重要的环节，最好一段时间换一个密码，杜绝被密码破解所带来的安全隐患。 密码修改需要在锁被打开之后进行，确定 修改密码之后，进入新密码使用状态。修改密码不单单只能通过手输上次密码来验证了，还可以通过生物识别来进行识别，还可以用过短信来验证。

3.1.2.1 实现方式

修改密码通过4 × 4键盘选择密码修改按钮，此时系统会回去判断你进行的操作，从而启动密码修改功能，会在界面上显示你的原密码，不过在现在不单单只有这一种方式去修改密码了。还可以通过生物识别系统来判断，不过利用到生物识别了，也就不在需要去利用键盘输入密码了，可以通过生物识别来进行开锁，解锁了。不过在这里主要还是讲键盘输入的实现方式。我们通过键盘对原来储存着的密码进行比较，如果正确则进入到密码修改功能模块，可以直接对密码进行修改，系统会把你修改后的密码替换到储存模块里面的密码，这样下次以后就得使用这个新的密码了。密码修改模块的实现就是这样的

3.1.3 报警功能

报警功能可能尤为关键的一个功能，去使用密码锁作为报警的环节着是非常的重要，报警功能的强大与否决定了这个锁的市场价值，报警功能中包括现场报警和远程报警。现场报警是将报警声结合扬声器发出 ；而远程报警是由系统报警装置与电话连接，在出现警报之时，系统会直接拨打系统内储存的电话号码，通知主人。这两种方式都是非常好的，而这两种方法相结合的功能模块可以变的更为完善，我觉得出现报警的时候可以对门进行第二的一个加锁，然后在进行绑定手机的拨打或者短信提醒来，达到防盗的效果，第二个锁主要用于争取时间让主人回来的。

3.1.4 报警情况

在什么情况下系统会自动报警呢？ 如果密码错误输入达到三次以上，系统会自动报警 ；还有一种情况是非正常开门进入，比如破门而入、撬锁进入等情况，红外线探测到情况之后，会自动发出警报（这种方式我认为安全系数挺高的）。以此来提高安全系数，出现危险情况能够及时作出反应。对于这种非正常状态下的入门的处理方式现在科技一直在着重研究的。对于那些非正常开门进入的，利用红外线检测还是挺多，我认为可以在加入生物识别，增加安全性。

3.1.5 输入模块

用户通过矩阵键盘输入密码，经过单片 位于行列的交叉点上，密码锁的密码由 机对用户输入的密码与自己保存的密码键盘输入完成，与独立式按键键盘相比，进行对比，判断密码是否正确，从而控制 节省了很多 I /O 口。本设计中使用的这 单片机引脚的高低电平实现开锁、上锁、个 4 × 4 键盘不但能完成密码的输入，还修改密码、报警等功能。能作特别功能键使用。键盘的每个按键功能在程序设计中设置。

3.1.6 断电保护模块

密码保护电路的作用是在电源断开的时候，存储当前设置的密码信息，从而克服由于断电而引起的密码重置，当家里断电的时候，可以启动储备的的电源来保护密码锁的持久稳定性，不会因为断电而使系统瘫痪，如果电源用尽也会把密码保存在储备模块中保存当前的用户设定的信息来是系统模块，可以在断电以后继续使用原先的信息，保证了数字密码的持久性，安全性，稳定性。

3.1.6.1 备用电源电路

220V市电通过变压器B降压成12V的交流电,再经过整流桥整流,7805稳压到5V送往电子切换电路，由于本电路功耗较少，所以选用10W的小型变压器。由R8，R9，R6，R7及IC14构成电压比较器，正常情况下，V+<V- IC14输出高电平，继电器的常闭触点和市电相连；当市电断开，V+>V- IC14输出高电平，由T3，T4构成的达林顿管使继电器J开启，将其常开触电将蓄电池和电路相连，实现市电和蓄电池供电的切换，保证电子密码锁的正常工作（视电池容量而定持续时间）。

4.研究前景

电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合,完成开锁、闭锁任务的电子产品。它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。其性能和安全性已大大超过了机械锁。其特点如下：

1) 保密性好，编码量多，远远大于弹子锁。随机开锁成功率几乎为零。

2) 密码可变，用户可以随时更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降。

3) 误码输入保护，当输入密码多次错误时，报警系统自动启动。

4) 无活动零件，不会磨损，寿命长。

5) 使用灵活性好，不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁。

6) 电子密码锁操作简单易行，一学即会。

电子密码锁具有软硬件设计简单，易于开发，成本较低，安全可靠，操作方便等特点。可在意外泄密的情况下随时修改密码。保密性强，灵活性高，特别适用于家庭、办公室、学生宿舍及宾馆等场所。电子密码锁的出现为人们的生活带来了很大的方便，通过市场调研可知电子密码锁在以后的发展的趋势大，有很广阔的市场前景，是广大研究者的首选。

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