基于 Arduino、键盘与线性执行器的密码门锁

组件与物料

项目介绍

本项目实现一个基于密码的门锁：通过 4×4 矩阵键盘输入 4 位密码，正确则驱动线性执行器伸缩开锁。虽然网上已有类似教程，但作者尝试以更清晰方式讲解键盘扫描原理与密码验证逻辑。

键盘内部结构与扫描原理

矩阵键盘内部为 4 行 4 列按键，按下时对应行列短路。采用列输入上拉、行输出轮询低电平的扫描方式：依次拉低各行，读取列状态，若某列为低则判断对应按键按下。

代码 1：按键扫描 (无库版本)

手写扫描逻辑，便于理解及移植到不支持 Keypad 库的单片机 (如 STM32)。串口监视器实时显示按下的键值。

int rows=4; int columns=4;
#define c3 9 #define c2 8 #define c1 7 #define c0 6
#define r3 5 #define r2 4 #define r1 3 #define r0 2

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(c0,INPUT_PULLUP); pinMode(c1,INPUT_PULLUP);
  pinMode(c2,INPUT_PULLUP); pinMode(c3,INPUT_PULLUP);
  pinMode(r0,OUTPUT); pinMode(r1,OUTPUT);
  pinMode(r2,OUTPUT); pinMode(r3,OUTPUT);
  pinMode(11,OUTPUT); pinMode(12,OUTPUT);
}

char readkey(void) {
  digitalWrite(r0,LOW); digitalWrite(r1,HIGH); digitalWrite(r2,HIGH); digitalWrite(r3,HIGH);
  if(digitalRead(c0)==LOW){delay(500); return '1';}
  else if(digitalRead(c1)==LOW){delay(500); return '2';}
  else if(digitalRead(c2)==LOW){delay(500); return '3';}
  else if(digitalRead(c3)==LOW){delay(500); return 'A';}
  digitalWrite(r0,HIGH); digitalWrite(r1,LOW); digitalWrite(r2,HIGH); digitalWrite(r3,HIGH);
  if(digitalRead(c0)==LOW){delay(500); return '4';}
  else if(digitalRead(c1)==LOW){delay(500); return '5';}
  else if(digitalRead(c2)==LOW){delay(500); return '6';}
  else if(digitalRead(c3)==LOW){delay(500); return 'B';}
  digitalWrite(r0,HIGH); digitalWrite(r1,HIGH); digitalWrite(r2,LOW); digitalWrite(r3,HIGH);
  if(digitalRead(c0)==LOW){delay(500); return '7';}
  else if(digitalRead(c1)==LOW){delay(500); return '8';}
  else if(digitalRead(c2)==LOW){delay(500); return '9';}
  else if(digitalRead(c3)==LOW){delay(500); return 'C';}
  digitalWrite(r0,HIGH); digitalWrite(r1,HIGH); digitalWrite(r2,HIGH); digitalWrite(r3,LOW);
  if(digitalRead(c0)==LOW){delay(500); return '*';}
  else if(digitalRead(c1)==LOW){delay(500); return '0';}
  else if(digitalRead(c2)==LOW){delay(500); return '#';}
  else if(digitalRead(c3)==LOW){delay(500); return 'D';}
  return 'o';
}

char nfunc(void) { char key='o'; while(key=='o') key=readkey(); return key; }

void loop() {
  char key1 = nfunc();
  if(key1) Serial.print(key1);
}

代码 2：密码验证与开锁

设定密码 "1234"，收集 4 位输入后比对，正确则拉高引脚 11、拉低引脚 12 驱动 L293D 使执行器收缩开锁 (持续 250ms)，错误串口提示 "intruder"。

char password[5]="1234";
char typed[5];
int count=0;

void loop() {
  char key1 = nfunc();
  if(key1) {
    typed[count]=key1;
    count++;
    Serial.print(key1);
  }
  if(count==4){
    if(strcmp(typed,password)==0) {
      Serial.println(" correct");
      digitalWrite(11,HIGH);
      digitalWrite(12,LOW);
      delay(250);
      digitalWrite(11,LOW);
    } else {
      Serial.println(" intruder");
    }
    count=0;
  }
}

硬件连接

执行器接在 L293D 电机输出端，L293D 逻辑侧由 Arduino 5V 供电，功率侧接 12V。Arduino 引脚 11、12 分别接 L293D 输入端控制正反转。

原理图与演示视频

视频演示：按键显示、密码正确 LED 亮、执行器动作开锁。