1 前 言
1.1 研究背景和意义
作为保障消费者的权益，对自动存包柜消费升级的主要途径，自动存包柜在我们日常生活中扮演着日益重做的角色。目前，我国的自动存包柜行业还处于起步阶段，随着自动存包柜建设的推进，键释放出巨大的自动存包柜设备的需求。自动存包柜具有技术优势，替代老式存包柜的趋势较为明显。
过去的机械密码锁其结构较为复杂，制造精度要求高，成本高，且易出现故障，人们常需携带多把钥匙，使用极不方便，且钥匙丢失后安全性即大打折扣。针对这些锁具给人们带来的不便若使用机械式钥匙开锁，为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。它的出现为人们的生活带来了很大的方便，有很广阔的市场前景。随着电子元件的进一步发展，电子密码锁也出现了很多的种类，功能日益强大，使用更加方便，安全保密性更强，由以前的单密码输入发展到现在的，密码加感应元件，实现了真真的电子加密，用户只有密码或电子钥匙中的一样，是打不开锁的，随着电子元件的发展及人们对保密性需求的提高出现了越来越多的电子密码锁[11]。目前一些大超市的入口处，常有自动存包柜提供给顾客存取物品。并且根据用途和场合，其种类不断增多，例如数码锁，指纹锁，磁卡锁，IC卡锁，生物锁等。但较实用的还是按键式电子密码锁。
出于安全、方便等方面的需要许多电子密码锁已相继问世。但这类产品的特点是针对特定有效卡、指纹或声音有效，且不能实现远程控制，只能适用于保密要求高且供个人使用的箱、柜、房间等。由于数字、字符、图形图像、人体生物特征和时间等要素均可成为钥匙的电子信息，组合使用这些信息能够使电子防盗锁获得高度的保密性，如防范森严的金库，需要使用复合信息密码的电子防盗锁，。组合使用信息也能够使电子防盗锁获得无穷扩展的可能，使产品多样化，组合使用电子信息是电子密码锁以后发展的趋势[9]。 1.2 自动存包柜设计内容
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本设计的就是利用系统产生一组5位随机密码来控制柜门开关的自动存包柜系统。它是利用单片机STC89C51实现的，具有12个按键和LCD1602液晶显示屏显示5位随机密码。客户通过键盘输入随机密码可以进行存取包操作。此系统每组密码使用一次有效，有三次容错功能，并能够格局客户要求修改密码，密码输入三次错误后具有报警功能和密码锁定。整个系统稳定可靠，且有管理员密码，管理容易。柜门锁由电磁阀控制，当顾客需要存放包裹的时候，可以自行到存包柜前按下“确认键”取得密码，存包柜门会打开，如果顾客不需要这个密码时，可以按下“修改密码键”，然后输入自己确认的5位数为新密码。当关门后，顾客自能通过随机密码（若修改过自己密码的只能通过修改密码）来打开存包柜。如果顾客输入密码三次错误后，密码锁死并报警，直到管理员输入管理员密码才能解锁。
要求本系统由比较高的自动化程度，一般做到无人看守即可实现顾客自我存包，并且有光敏自动识别，白天不亮黑夜亮，这样可以节约用电，在现实中有着较高的实用功能。
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2 总体设计
2.1 电子密码锁设计的要求
（1）基于STC89C52/51单片机，是整个电路的核心部分，其中震荡电路为输出工作的时序，复位电路使系统中的其他部件处于确定的初始状态。
（2）采用LCD1602液晶显示屏，显示光亮适中，背光采用的是光敏自动识别，白天不亮黑天亮，这样可以节约电能，随时都可以看的清楚屏幕。
（3）采用矩阵按键输入，键盘有16个按键，分别为0-9的数字键和存包键（随机产生密码）和去包键（确认密码）、删除键和修改密码键。
（4）当用户使用时能够自动分配一组5位数的密码，并开启锁；当存包柜锁上时输入密码则开启锁。
（5）用户取得密码后可以根据自己要求修改密码。 （6）密码输入错误3次，密码锁死并报警。 （7）断电保护，系统断电也可以保存密码。
(8) 用户忘记密码，可以使用管理员密码打开存包柜。 （9）存包柜能根据密码指示完成开锁，关闭动作。
2.2 设计方案的选定
2.2.1 采用数字电路控制
在电子存包柜电路的设计中，控制方法是核心技术。
用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路作为密码锁的核心控制，共设了9个用户输入键，其中只有4个是有效的密码按键，其它的都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入的密码无效，需要重新输入；如果用户输入密码的时间超过10秒（一般情况下，用户不会超过10秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警20秒，若电路连续报警三次，电路将锁定键盘2分钟，防止他人的非法操作[13]。采用数字电路设计的方案好处就是设计简单但控制的准确性和
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灵活性差，故不采用。
2.2.2 采用以单片机为核心的控制器件
单片机总类繁多，选取时有必要一一比较，选取适合环境的单片机，获得最佳的性价比。选取单片机时从下面几个方面考虑：性能、存储器、运行速度、I/O口、定时/计数器、串行接口、模拟电路功能、工作电压、功耗、封装形式、抗干扰性、保密性，除了以上的一些的还有一些最基本的比如：中断源的数量和优先级、工作温度范围、有没有低电压检测功能、单片机内有无时钟振荡器、有无上电复位功能等。在开发过程中单片机还受到：开发工具、编程器、开发成本、开发人员的适应性、技术支持和服务等等因素[1]。基于以上因素本设计选用单片机STC89C51作为核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，实现基本的密码锁功能。在单片机的外围电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制，外接AT24C02芯片用于密码的存储，外接LCD1602显示器用于显示作用。当取得密码的用户需要开锁时，先按键盘的数字键0－9输入密码。密码输完后按下确认键，如果密码输入正确则开锁，不正确显示密码错误重新输入密码，当三次密码错误后密码锁定发出报警；当用户需要修改密码时，在取得密码时就要按下修改密码键，然后输入自己选择的5位数字确认为新密码，即修改密码成功。
可以看出采用以单片机为核心的控制灵活准确性好且保密性强还具有扩展功能，根据现实生活的需要此次设计采用此方案。
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3 系统硬件电路设计
3.1 系统硬件电路
本设计主要由单片机、矩阵键盘、液晶显示器和密码存储等部分组成。其中矩阵键盘用于输入数字密码和进行各种功能的实现。由用户通过连接单片机的矩阵键盘输入密码，后经过单片机对用户输入的密码与自己保存的密码进行对比，从而判断密码是否正确，然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或者报警电路控制开锁还是报警，实际使用时只要将单片机的负载由继电器换成电子密码锁的电磁铁吸合线圈即可，当然也可以用继电器的常开触点去控制电磁铁吸合线圈。 如图3-1所示：
电源模块 单片机模块 显示模块 矩阵按键模块 报警模块 复位模块 开锁模块 晶振模块 光敏模块
图3-1 自动存包柜结构框图
3.2 单片机的最小系统电路
最小系统包括单片机及其所需的必要的电源、时钟、复位等部件，能使单片机始终处于正常的运行状态。电源、时钟等电路是使单片机能运行的必备条件，可以将最小系统作为应用系统的核心部分，通过对其进行存储器扩展、A/D扩展等，使单
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