Arduino 矩阵键盘门锁：支持用户自定义密码与 EEPROM 断电保存

元件与物料

所需工具

• 170 点迷你面包板
• 10 根 5cm 杜邦线

项目详解

经典门锁教程：Arduino + 4x4 键盘 + I2C LCD + 电磁锁/继电器。作者注明：实际工程不推荐电磁锁 (断电即开，不安全)，建议改用机电一体锁体，兼容机械钥匙与电控开启。

核心器件说明

• 电磁锁 12V： 外接 12V 电源，IRF510N MOSFET 作开关。N 沟道 MOSFET：栅极施加 5V (Arduino 高电平) → 漏源导通 → 电磁锁得电打开；栅极低电平 → 截止 → 上锁。无需栅极电阻。
• 继电器模块： 3.3V/5V 兼容，输入逻辑与 MOSFET 相反 (低电平触发)。可控制 250VAC 电锁或同样驱动电磁锁。代码中仅需把开锁电平取反。
• 内部开门按钮： 按下 (高电平) 直接开锁 3 秒，含去抖动电阻。
• 4x4 键盘： 确认键用 'A'，3x4 键盘可改为 '*' 或 '#'，相应修改代码。

算法流程图

逻辑概览：待机 → '*' 输入密码 → 验证 → 开锁/报错 → '#' 修改密码 (需先验证旧密码) → 两次输入新密码对比 → 写入 EEPROM → 完成。内部按钮随时可开锁。

关键代码逻辑 (两版本仅开锁电平相反)

// 首次烧录：保持 EEPROM 读取代码注释
// 上传后取消注释 EEPROM.get() 循环并重新烧录 (仅需一次)
// 密码长度可变：初始 code[] 长度决定位数，sizeof(code) 自适应

完整代码：电磁锁版 (Keypad_doorlock_solenoid.ino)

#include <Keypad.h>
#include <EEPROM.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>

#define Solenoid 11
#define O_Button 10
#define I2C_ADDR 0x27
#define BACKLIGHT_PIN 3
#define En_pin 2
#define Rw_pin 1
#define Rs_pin 0
#define D4_pin 4
#define D5_pin 5
#define D6_pin 6
#define D7_pin 7

const byte numRows = 4, numCols = 4;
char keymap[numRows][numCols] = {
  {'1','2','3','A'},
  {'4','5','6','B'},
  {'7','8','9','C'},
  {'*','0','#','D'}
};

char keypressed;
char code[] = {'6','6','0','1'}; // 默认 4 位密码
char code_buff1[sizeof(code)], code_buff2[sizeof(code)];
short a=0, i=0, s=0, j=0;
byte rowPins[numRows] = {9,8,7,6};
byte colPins[numCols] = {5,4,3,2};

LiquidCrystal_I2C lcd(I2C_ADDR, En_pin, Rw_pin, Rs_pin, D4_pin, D5_pin, D6_pin, D7_pin);
Keypad myKeypad = Keypad(makeKeymap(keymap), rowPins, colPins, numRows, numCols);

void setup() {
  lcd.begin(16,2);
  lcd.setBacklightPin(BACKLIGHT_PIN, POSITIVE);
  lcd.setBacklight(HIGH);
  lcd.home(); lcd.print("Standby");
  pinMode(Solenoid, OUTPUT);
  pinMode(O_Button, INPUT);
  /* 首次烧录时注释以下循环
  for(i=0; i<sizeof(code); i++) EEPROM.get(i, code[i]);
  */
  // 取消注释后重新烧录，仅执行一次
}

void loop() {
  keypressed = myKeypad.getKey();
  if (keypressed == '*') { // 输入密码开锁
    lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Enter code");
    GetCode();
    if (a == sizeof(code)) OpenDoor();
    else { lcd.clear(); lcd.print("Wrong"); }
    delay(2000); lcd.clear(); lcd.print("Standby");
  }
  if (keypressed == '#') { ChangeCode(); lcd.clear(); lcd.print("Standby"); }
  if (digitalRead(O_Button) == HIGH) { // 内部按钮
    digitalWrite(Solenoid, HIGH); delay(3000); digitalWrite(Solenoid, LOW);
  }
}

void GetCode() {
  i=0; a=0; j=0;
  while (keypressed != 'A') {
    keypressed = myKeypad.getKey();
    if (keypressed != NO_KEY && keypressed != 'A') {
      lcd.setCursor(j,1); lcd.print("*"); j++;
      if (keypressed == code[i] && i < sizeof(code)) { a++; i++; }
      else a--;
    }
  }
  keypressed = NO_KEY;
}

void ChangeCode() {
  lcd.clear(); lcd.print("Changing code"); delay(1000);
  lcd.clear(); lcd.print("Enter old code");
  GetCode();
  if (a == sizeof(code)) {
    lcd.clear(); lcd.print("Changing code");
    GetNewCode1(); GetNewCode2();
    s=0;
    for (i=0; i<sizeof(code); i++) if (code_buff1[i]==code_buff2[i]) s++;
    if (s == sizeof(code)) {
      for (i=0; i<sizeof(code); i++) { code[i]=code_buff2[i]; EEPROM.put(i, code[i]); }
      lcd.clear(); lcd.print("Code Changed"); delay(2000);
    } else { lcd.clear(); lcd.print("Codes are not"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("matching !!"); delay(2000); }
  } else { lcd.clear(); lcd.print("Wrong"); delay(2000); }
}

void GetNewCode1() {
  i=0; j=0;
  lcd.clear(); lcd.print("Enter new code"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("and press A"); delay(2000);
  lcd.clear(); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("and press A");
  while (keypressed != 'A') {
    keypressed = myKeypad.getKey();
    if (keypressed != NO_KEY && keypressed != 'A') {
      lcd.setCursor(j,0); lcd.print("*"); code_buff1[i]=keypressed; i++; j++;
    }
  }
  keypressed = NO_KEY;
}

void GetNewCode2() {
  i=0; j=0;
  lcd.clear(); lcd.print("Confirm code"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("and press A"); delay(3000);
  lcd.clear(); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("and press A");
  while (keypressed != 'A') {
    keypressed = myKeypad.getKey();
    if (keypressed != NO_KEY && keypressed != 'A') {
      lcd.setCursor(j,0); lcd.print("*"); code_buff2[i]=keypressed; i++; j++;
    }
  }
  keypressed = NO_KEY;
}

void OpenDoor() {
  lcd.clear(); lcd.print("Welcome");
  digitalWrite(Solenoid, HIGH); delay(3000); digitalWrite(Solenoid, LOW);
}

完整代码：继电器版 (Keypad_doorlock_relay.ino)

仅 OpenDoor() 与按钮处理中继电器逻辑取反 (LOW 开锁, HIGH 上锁)，其余完全相同。

原理图