西电A测 | 基于Arduino uno的电子密码锁仿真系统 | 使用Proteus仿真 | Arduino IDE编写
西电A测 | 基于Arduino uno的电子密码锁仿真系统 | 使用Proteus仿真 | Arduino IDE编写 | ATMEGA328P
- 电子密码锁系统
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- Arduino UNO
- Arduino IDE的下载及配置
- Proteus的说明
- Proteus仿真电路
- 仿真程序
- 结果验证
- 一些想法
电子密码锁系统
功能要求：通过4*4薄膜键盘输入密码，LCD 上显示输入密码，Arduino UNO（Atmega328P）判断密码是否正确。如果密码正确，LCD 上显示开锁成功，绿灯亮，连接继电器的黄灯亮。LCD 第一行显示PASSWORD，第二行显示输入的密码。如果输入密码正确，第二行显示OPEN，如果输入密码错误，第二行显示INVALID。
Arduino UNO
Arduino是一个开源电子原型平台，拥有灵活、易用的硬件（Arduino开发板）和软件（Arduino IDE）。其中，Arduino UNO是一款最基础的Arduino开发板，采用的芯片是ATMEGA328P。这款开发板（芯片）包含14个数字引脚（带~的数字引脚具有PMW脉冲宽度调制功能），6个模拟引脚；即图片中的0-13以及A0-A5引脚。
Arduino IDE的下载及配置
Arduino IDE是一款针对Arduino开发板的集成开发环境，可以免费在官网上下载。由于本实验需要用到4*4键盘输入，还需要下载keypad库。首次打开IDE，选择File，preferences，可以将语言修改成英文，同时勾选编译显示详细输出，后续需要。此外，IDE还会自动下载安装一些程序包，如果下载失败可以通过连接手机热点解决。点击项目，选择添加.zip库，将刚才下载的keypad压缩文件添加，后续仿真程序需要用到。
Proteus的说明
Proteus需要破解下载，可以参考一些微信公众号，如：蓝朋友啊。由于Arduino IDE编写的程序是直接烧写到开发板的，如果没有开发板，就需要使用Proteus并基于Arduino UNO的芯片（ATMEGA328P）搭建电路来模拟开发板进行仿真。本实验提供的Proteus仿真电路如下图所示。
Proteus仿真电路
Arduino微控制器电路如下图。IO0~IO13相当UNO的14个数字引脚，在程序中以数字0-13代表。IO14-IO19连接到AD0-AD5，代表6个模拟引脚，在程序中可以以A0-A5代表，也可以以数字14-19代表。IO0和IO1分别与RX和TX相连接，如果要用到串口通信，那么数字引脚0和1不能用于输入输出功能。Arduino下载程序也是通过串口完成的，所以此时USB将占用0和1脚，此时0和1脚不能接任何东西，否则会产生冲突。
继电器电路如下图所示。当IO12输出高电平时，黄灯亮，否则黄灯灭。其余电路不再提及。
仿真程序
Arduino的程序主体包含void函数和loop函数。void函数是对Arduino UNO的初始化，每次复位后执行且只执行一次。loop函数则在void函数执行完毕后重复执行。
//KEYPAD的初始程序，实例化一个4*4的键盘
#include<Keypad.h>//引入库
const byte rows =4;//行数
const byte cols =4;//列数
char akeypad[rows][cols] ={
{'7','8','9','/'},
{'4','5','6','*'},
{'1','2','3','-'},
{'@','0','=','+'}
};
byte rowpins[rows]={3,2,19,18};//连接改键盘每行的引脚编号
byte colpins[cols]={17,16,15,14};//连接改键盘每列的引脚编号
Keypad customKeypad =Keypad(makeKeymap(akeypad),rowpins,colpins,rows,cols);//实例化键盘对象，此函数后四个参数必须是byte类型
//液晶的初始化程序
#include<LiquidCrystal.h>
const int rs=9,en=8,d4=7,d5=6,d6=5,d7=4;
LiquidCrystal lcd(rs,en,d4,d5,d6,d7);//这些参数的值分别代表Arduino UNO连接到LCD的rs、en、d4-d7引脚的引脚编号
int ledyellow = 12;//控制黄色发光二极管的引脚是12引脚
int ledgreen = 11;
int ledred = 10;
void setup() {
pinMode(ledyellow,OUTPUT);//将12引脚的模式设置为输出，必须先设置模式
pinMode(ledgreen,OUTPUT);
pinMode(ledred,OUTPUT);
digitalWrite(ledgreen,HIGH);//绿地和红灯该开始不亮，设置为高电平
digitalWrite(ledred,HIGH);
lcd.begin(16,2);//lcd以两行显示，每行16个字符
lcd.print("PASSWORD");//lcd在第二行显示PASSWORD
}
void loop() {
char truekey[4]={'1','2','3','4'};//设置密码
char thekey[4];
lcd.setCursor(0,1);//将lcd光标移动到第一行第一个字符
for(int x=0;x<=3;x++){
thekey[x] = customKeypad.waitForKey();//这个函数等待键盘输入并获取其值
lcd.print(thekey[x]);//在lcd上显示输入字符
}
//判断输入的密码是否正确
if(truekey[0]==thekey[0]&&truekey[1]==thekey[1]&&truekey[2]==thekey[2]&&truekey[3]==thekey[3]){
digitalWrite(ledgreen,LOW);
digitalWrite(ledyellow,HIGH);
lcd.setCursor(0,1);//lcd第一行显示OPEN
lcd.print("OPEN");
}
//如果输入的密码错误
else{
digitalWrite(ledred,LOW);
digitalWrite(ledyellow,LOW);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("VALID");
}
}
编写玩程序后，首先需要Arduino IDE中选择工具、开发板，并且选择Arduino UNO。接下来就可以点击左上角的验证图标进行编译，在编译的输出中找到产生的hex文件地址。
结果验证
打开Proteus的电路图，右击ATMEGA328P，选择EDIT PROPERTIES，在promgram files中选择编译产生的hex文件，即可开始仿真。如果选择EDIT PROPERTIES后弹出错误，可能是没有将工程文件放在电脑文档中的Proteus文件夹中（默认）。如果仿真一会后程序闪退，可能是MODELS文件不匹配导致的。右击Proteus，选择打开文件所在位置，返回上一级Proteus 8 Professional，复制MODELS文件夹；在c盘，programdata文件夹，Labcenter Electronics文件夹，Proteus 8 Professional文件夹中，右击粘贴覆盖原来的MODELS文件即可。
当输入密码为1234时，门锁打开，绿灯和黄灯点亮；否则红灯亮。
一些想法
Arduino为我们提供了灵活易用的软件和硬件，由于没有开发板，本文采用了Proteus搭建电路来进行仿真。不过，仿真毕竟只是仿真，如果可以，操作实物还是更有意思的。