XJTUSE-计组大实验

YiYo832

1943人浏览 · 2024-04-10 21:30:27

YiYo832 · 2024-04-10 21:30:27 发布

引言

背景

随着科技的不断进步，智能家居技术逐渐成为人们生活中的重要组成部分。在传统门锁存在的问题和需求的推动下，智能门锁作为一种创新的解决方案受到了广泛关注。智能门锁不仅提供了更高级别的安全性，还赋予了用户更便捷和智能化的门禁控制体验。

项目介绍

本实验报告旨在设计和实现一个智能门锁系统，该系统具备密码设定和重置功能，并在密码输入完成后给予反馈信息。我们将探索智能门锁在提供安全和便利性方面的潜力，并评估其性能和功能的可行性。

具体可用功能如下：

门锁设定密码：用户可以通过设定密码来保护门锁的安全性。通过按键输入。
密码验证：门锁可以对用户输入的密码进行验证，以确保只有授权用户可以进入。
输错密码锁定：系统可以追踪用户输入的错误密码次数，当错误次数达到一定阈值时，智能门锁会自动锁定，以防止暴力破解。
密码重置：用户可以选择重置密码，以便更换旧密码或恢复遗忘的密码。这个功能可以通过特定的操作流程或者按键组合来实现。

项目目标：

提供高级别的安全性：智能门锁的主要目标是提供比传统门锁更高级别的安全性。通过使用密码验证和输错密码锁定功能，确保只有授权用户能够进入。
提供便捷的门禁控制体验：智能门锁旨在提供便捷的门禁控制体验。用户可以通过设定和重置密码来管理门禁权限，而无需使用传统的钥匙。
保护门锁免受暴力破解：通过输错密码锁定功能，智能门锁可以防止恶意攻击者通过暴力破解方式尝试多次密码，从而提高门锁的安全性。
提供可定制的安全功能：智能门锁的设计允许用户根据自己的需求定制安全功能，如设定密码长度、锁定时间等，以满足不同环境和使用场景的要求。

Quartus

硬件设计原理图

首先是整体：

我们这里的电路首先大致上的思路是把显示器的电路和4*4键盘的电路所结合，它们各需要一个口进行数据的传输，因而确定了P0口用来进行显示器的相关数据的绑定，P3口用于进行4*4键盘的数据传输。

我们这里对P3和P1口进行处理，使得这两个I/O口成为双向口。

（如图为P3的处理，P1口的处理与其相同）

键盘帮助我们进行数据的输入，显示器用于相关信息的输出，为了实现多种功能，我们还需要其他的输出进行调控，这里我们使用了P2I，即P2口的输入。 P2的多位数值能够根据我们的需要随时修改为0或1。

这样我们还剩下一个P1口没有使用，P1可以帮助我们完成lcd显示的相关工作，还可以帮助完成蜂鸣器的发声。

我们这里P1的输出其中的声音信号以及控制lcd显示的相关信号。

关于这些P0，P1，P2，P3口的具体使用将在程序中介绍。

模式

我们选取的标准是存在扬声器并且尽可能拥有多的按键

于是最终采用的是存在扬声器且键1到键8均能控制一位数据的模式5

引脚说明

这里和我们功能密切相关的引脚有P1O[0..3]，P2I[0..7]，P0，P3

我们先说输入，

即P2I[0..6]，本来可以使用8位，不过我们最后只使用了7位，这7个引脚对应的是键7到键1，每次键的按下都会改变P2I中对应的值。

然后是其他的引脚，

P0，P3以及P1O[1..3]都对应的是电路板上的系统扩展端口，绑定引脚之后我们就能在程序中控制这些数据的改变，同时实现键盘、显示器和芯片之间的数据传输，从而在程序中获取4*4键盘按下的哪个按键，以及将我们想要显示的内容显示在显示器上。

最后还有一个P1O[0]这一个是我们实现蜂鸣器的关键，绑定的是DA24口，让我们得以输出声音信号，并且程序中不断改变其值能够实现播放不同的歌曲。

软件设计

流程图

下面给出我们智能门锁设计流程图：

流程图描述

我们智能门锁一共分为两个部分，初始化模式和工作模式。两个模式可以相互转化，通过键5进行工作模式转化到初始化模式。

下面详细介绍两个模式：

初始化模式：

该模式分为两个模块，录入密码长度和录入密码。
首先，我们要求使用者录入密码长度(1-8位)，当按下确定键后转入录入密码模块。
当使用者设置好密码后，按下确定键，转化至工作模式。

工作模式：

工作模式分为三个大块：输入密码，门铃模式，开锁模式。
用户可以选择输入密码，然后按下确定开锁按钮，系统进行判断：1.当密码准确，开启门锁；2.当密码错误，但还有试错机会，回到输入密码模式；3.当试错机会使用完毕，门锁进入死锁模式，只有按下对应按钮解锁死锁模式。
门铃模式则为按下按钮，蜂鸣器发出声音，即门铃功能。

C语言源代码

下面我们将详细讲述我们编写的C语言源代码。由于代码部分涵盖老师给的代码和一些标准引用，因此，在本环节我们只讲述实现项目的关键部分。

常量/变量部分

// 下面为实现功能所需的变量，全局变量存在ROM中，节省RAM 
uchar i; // 循环时的变量 
uchar pivot = 0; // 循环时的变量 
uchar keynum=16;        //两个全局变量
uchar now_pd[8]={0}; // 存放当前输入的密码 
uchar pass_pd[8] = {0}; // 存放设置好的密码 
uchar chances = 3;  // 代表试错机会一共有三次 
uchar flag_verifypd = 1; // 在初始化密码时候，代表是否确认密码 
uchar pd_len = 0; // 存储密码的长度 
uchar flag_init = 2; // 一个辅助标记变量，用在初始化中 

// 下面是将变量绑定各引脚 
sbit SPK = P1^0;
sbit pd7 = P2^0;
sbit pd6 = P2^1;
sbit pd5 = P2^2;
sbit pd4 = P2^3;
sbit pd3 = P2^4; 
sbit pd2 = P2^5;
sbit pd1 = P2^6;

uchar code song_tone[]=        // 存储音乐，下面三个同理 
{
         190,212,142,212,0
};

uchar code song_tone2[]=         
{
         212,212,190,0
};

uchar code song_long[]= 
{
         12,12,12,12,0
};
uchar code song_long2[]= 
{
         3,12,12,0
};

可以看到，常量/变量部分都是根据各功能所定义出来的，具体的功能已经给出，不再赘述。

工具函数

// 该方法转化uchar pd为str类型，可用于LED屏幕显示 
uchar *transpd(uchar pd){
        switch(pd)
  {
    case 0: return "0";
        case 1: return "1";
        case 2: return "2";
        case 3: return "3";
        case 4: return "4";
        case 5: return "5";
        case 6: return "6";
        case 7: return "7";
        case 8: return "8";
        case 9: return "9";
        case 10: return "A";
        case 11: return "B";
        case 12: return "C";
        case 13: return "D";
        case 14: return "E";
        case 15: return "F";
        default: return "0";//
  }
}

// 该方法为将三个按钮pd1,pd2,pd3表示二进制转化为十进制。 
uchar getNum(){ 
                if(pd1==0 && pd2==0 && pd3 ==0){
                        return 0;
                }
                else if(pd1==1 && pd2==0 && pd3 ==0){
                        return 1;
                }
                else if(pd1==0 && pd2==1 && pd3 ==0){
                        return 2;
                }
                else if(pd1==1 && pd2==1 && pd3 ==0){
                        return 3;
                }
                else if(pd1==0 && pd2==0 && pd3 ==1){
                        return 4;
                }
                else if(pd1==1 && pd2==0 && pd3 ==1){
                        return 5;
                }
                else if(pd1==0 && pd2==1 && pd3 ==1){
                        return 6;
                }
                else if(pd1==1 && pd2==1 && pd3 ==1){
                        return 7;
                }
        return 0;
}


// 检查now_pd即输入密码是否与pass_pd一致即设置密码 
uchar check_pd(){
        for (pivot=0;pivot<pd_len;pivot++){
                if (now_pd[pivot]!=pass_pd[pivot]){
                        return 0;
                }
        }
        return 1;
}

// 初始化密码，全部设为0 
void init_pd(){
        for (pivot=0;pivot<pd_len;pivot++){
                now_pd[pivot]=0;
                pass_pd[pivot] = 0;
                }
}

// 改变密码，将输入的密码存为设置好的密码 
void change_pd(){
        for (pivot=0;pivot<pd_len;pivot++){
                pass_pd[pivot] = now_pd[pivot];
                }
}

这些工具函数在后续的编写有用，实现功能都较为简单，而且实现方法也较为简单，不再赘述。

主函数

void main(void){
        
        lcd_init();//初始化
        
        // 初始化模式 
        while(1){//循环执行 
                if (flag_init==2){ // 进入初态 
                lcd_init();//初始化
                while (1){
                        display(1,0,"set u pd length(1-8)");        
                        if (P3!=0xf0) key_scan();//判断按键是否按下，按下时扫描键盘获得按键序号
                        if (keynum!=16){
                                if (keynum<=8 && keynum>=0){
                                        pd_len = keynum; // 设置密码长度 
                                        flag_init--; // 更新状态 
                                        display(2,0,transpd(keynum)); // 在特定的LED屏幕位置进行展示，后面的类似，不再赘述 
                                        break;
                                }
                        }
                }
                if(flag_init==1){
                        display(3,0,"set u pd:");
                        while(1){
                                        P3=0xf0;
                                        if (P3!=0xf0) key_scan();//判断按键是否按下，按下时扫描键盘获得按键序号
                                        if (keynum!=16)
                                        {
                                                if (getNum()<pd_len && getNum()>=0){ // 密码只能设置1-8位 
                                                        now_pd[getNum()] = keynum; // 设置密码 
                                                }
                                        }
                                        for(pivot=0;pivot<pd_len;pivot++){
                                                display(4,pivot,transpd(now_pd[pivot]));
                                        }
                                        if (pd6 == 1){ // 确定设置密码 
                                                change_pd(); //改变密码 
                                                flag_init --; // 更改状态 
                                                break;
                                        }
                        }
                }
                lcd_init();//初始化
        }
        
        // 工作模式 
        display(1,0,"please entry pd:");        

        P3=0xf0;
        if (P3!=0xf0) key_scan();//判断按键是否按下，按下时扫描键盘获得按键序号
        if (keynum!=16)
        {
                if (getNum()<pd_len && getNum()>=0){
                        now_pd[getNum()] = keynum; // 获取当前输入密码 
                }
        }
        // 循环展示密码 
        for(pivot=0;pivot<pd_len;pivot++){
                display(2,pivot,transpd(now_pd[pivot]));
        }
        // 下面为验证密码 
        if (pd4==1 && chances>0 && flag_verifypd==1){
                // 成功 
                if (check_pd()==1){
                        display(3,0,"success!!         ");
                        display(4,0," ");
                        chances = 3;
                        playmusic(); // 播放音乐 
                }
                // 失败 
                else{
                        chances --;
                        flag_verifypd = 0;
                        display(3,0,"fail!! chance(s):");
                        display(4,0,transpd(chances));
                }
        }
        // 重置辅助修改密码的flag 
        if (pd4 == 0){
                flag_verifypd = 1;
        }
        // 下面回到初始化模式 
        if (pd5==1){
                init_pd();
                chances = 3;
                keynum = 16;
                flag_init = 2;
        }
        // 下面为重置修改次数，仍在工作模式 
        if(pd6==1){
                chances = 3;
                  lcd_init();//初始化
        }
        // 按门铃功能 
        if(pd7==1){
                playmusic2();
        }        
        delay_ms(500);        
}
}

简单来讲，在主函数存在两个模式：初始化模式和工作模式。在不同模式中，不同按钮、按键存在不同含义，同时不同模式可以切换，不同模式存在不同的具体功能。

初始化模式功能：设置密码长度，设置密码。

工作模式：输入密码，按门铃，重置密码，回到初始化模式。