一种基于单片机的教室用电子密码锁设计

设计了一种基于单片机的教室用电子密码锁，该系统主要包括核心处理器STM32VET6、TF卡外部存储、4*4矩阵键盘、DS1302定时模块、LCD1602显示器、步进电机驱动及电源模块。将该电子密码锁用于教室管理，可以极大地减轻学校教室管理人员的工作负担，该系统能够按照学校作息时间进行修改从而使学生能够更好地上课，并且方便学校管理，非常适合高校教室管理使用。

随着电子技术的发展，电子密码锁是现代社会用的比较广泛的一种智能工具，市面上的密码锁具有防盗、语音提示等功能，因此电子密码锁取代传统的、安全性差的机械式密码锁已是必然趋势。目前，在高校上课时，教室均由学校专职或兼职管理员负责上课教室的开门和关门，这样不仅需要管理员按照课表逐一管理上课教室，同时一旦管理员忘记或者弄错就会影响学生的正常上课，所以就需要一种能够灵活方便的教室用电子密码锁。同时结合我校长安校区的实际情况，教室较多而管理教室的专制或兼职人员较少，部分教室由学生参与管理，偶尔会出现学生忘记带钥匙等实际情况，设计一款基于单片机的教室用电子密码锁。

1 电子密码锁组成及工作过程

该系统的硬件框图如图1所示。

该系统中1为核心处理模块采用STM32VET6单片机，2为键盘模块采用4*4矩阵键盘，3为外部存储模块采用TF卡模块，4为外部定时模块采用DS1302实时时钟芯片，5为电源模块采用USB供电，6为步进电机模块，7为显示器模块采用LCD1602液晶显示器。

2 电路实现

2.1 核心处理STM32VET6单片机

STM32VET6单片机是32位单片机，为意法半导体公司生产。此单片机基于ARM Cortex-M3内核，继承了ARM优良性能，32位处理器，带有512K字节FLASH，定时器多达11个，通信接口多达13个，内置3个AD转换器，而且快速双向的I/O端口多达80 个，LQFP封装，尺寸只有14mm*14mm，减少了在主控板上的占地面积，这使得其具有极高的性价比。

2.2 矩阵键盘

该系统所需按键较多，为了减少单片机I/O口的占用，因此采用矩阵形式的键盘。该系统需使用“0-9”十个数字、修改、确认、清除等功能，按键数量应不少于15个。满足需求且不造成浪费的矩阵键盘为4*4式矩阵键盘若需扩展只需要在4*4的基础上多加一条线就可以构成“4*5”=20键的键盘。由此可见，，采用4*4矩阵键盘具有16个按键满足本设计需求可实现输入密码、确认、更改、身份转换、授权及取消等功能。

2.3 DS1302实时时钟芯片

该系统对定时器有两方面的需求，主要是延时要准确，长时间工作误差要小。因此选用了由美国DALLAS公司设计生产的DS1302芯片。该芯片具有延时精确度高，长周期计时误差小的特点。并且DS1302还可以具有闰年补偿功能，工作电压范围宽优点。使用时仅需用三根线与CPU连接并通信。

2.4 LCD1602液晶显示器

LCD1602液晶显示器是目前电路设计中广泛使用的一种字符型液晶显示模块。该模块只要由字符型液晶显示屏(LCD)、控制驱动主电路HD44780及其扩展驱动电路HD44100组成，工作时仅需加上少量电阻、电容元件和结构件等便可正常工作。满足了系统对电路简单、占用资源少的要求。

3 软件

该系统采用实时检测过程，检测是否有课同时检测是否到达开启时间。若达到开启时间则开门，若没达到时间则继续等待并实时扫描。流程图如图2所示。

4 系统工作原理

基于单片机的教室用电子密码锁，在使用时，通过外部存储模块来存储该教室的课表，通过外部定时器的定时功能实现计时功能，通过单片机计算可完成每天为星期几的运算，然后由单片机在外部存储器中实现查表功能，查看本教室是否有课，有课时，由核心处理模块来控制步进电机在上课前10分钟将教室门自动打开，延时5分钟后锁芯归位处于待锁状态，防止课程临时调整以及教师上完课后直接锁门，若出现意外情况，也可以通过在电子密码锁上的矩阵键盘直接输入密码进行开门，也可在矩阵键盘上实现密码输入、密码清除、密码变更、开/关锁和授权等不同等级密码功能，电子密码锁上还可以通过设置指纹密码用来解锁和开门。