基于 Arduino 的无钥匙门锁系统——LCD 显示与 4×4 键盘

项目简介

本项目实现一个无钥匙门锁系统：通过 4×4 矩阵键盘输入密码，16×2 LCD 显示交互信息，正确密码驱动继电器控制直流电子锁开门。默认密码为“1234”，支持通过“#”键修改密码，新密码掉电保存在 EEPROM 中。

所需组件

• Arduino UNO
• 4×4 矩阵键盘（带 LED 兼容接口）
• 16×2 字符 LCD（白字蓝底）
• 直流电子锁（7–12V 工作电压）
• 继电器模块（单路）
• 9V 电池（为电子锁供电）
• 10kΩ 电位器（调节 LCD 对比度）
• 220Ω 电阻（LCD 背光限流）

工作原理

1. 按键输入与 EEPROM 存储的初始密码“1234”比对。
2. 匹配成功：LCD 显示“Pass Accepted”，继电器吸合（低电平有效），电子锁开锁 2 秒后自动上锁。
3. 匹配失败：LCD 显示“Wrong Password”，提示按“#”修改密码。
4. 按“#”键进入修改流程：先验证当前密码，正确后输入新密码并写入 EEPROM。

接线指南

4×4 键盘接线

键盘前 6 脚接 Arduino A0–A5，后 2 脚接数字引脚 3 和 2。

LCD 接线（16 脚并口）

电子锁驱动电路

电子锁工作电压 7–12V，不可直连 Arduino。使用继电器隔离：

• 继电器信号脚接 Arduino D10
• 继电器公共端（COM）接 9V 电池负极
• 继电器常开端（NO）接电子锁一端
• 电子锁另一端接 9V 电池正极
• 继电器线圈供电可接 Arduino 5V/GND

完整代码

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

LiquidCrystal lcd(9, 8, 7, 6, 5, 4); // RS, E, D4, D5, D6, D7
char password[4];
char initial_password[4], new_password[4];
int i = 0;
int relay_pin = 10;
char key_pressed = 0;

const byte rows = 4, columns = 4;
char hexaKeys[rows][columns] = {
  {'1','2','3','A'},
  {'4','5','6','B'},
  {'7','8','9','C'},
  {'*','0','#','D'}
};
byte row_pins[rows] = {A0, A1, A2, A3};
byte column_pins[columns] = {A4, A5, 3, 2};
Keypad keypad = Keypad(makeKeymap(hexaKeys), row_pins, column_pins, rows, columns);

void setup() {
  pinMode(relay_pin, OUTPUT);
  lcd.begin(16, 2);
  lcd.print(" DIYhacking.com");
  lcd.setCursor(0,1); lcd.print("Electronic Lock ");
  delay(2000);
  lcd.clear(); lcd.print("Enter Password");
  lcd.setCursor(0,1);
  initialpassword(); // 初始化 EEPROM 默认密码 1234
}

void loop() {
  digitalWrite(relay_pin, HIGH); // 继电器默认断开（锁定）
  key_pressed = keypad.getKey();
  if(key_pressed == '#') change();

  if(key_pressed) {
    password[i++] = key_pressed;
    lcd.print(key_pressed);
  }
  if(i == 4) {
    delay(200);
    for(int j=0;j<4;j++) initial_password[j] = EEPROM.read(j);
    if(!(strncmp(password, initial_password, 4))) {
      lcd.clear(); lcd.print("Pass Accepted");
      digitalWrite(relay_pin, LOW); // 开锁
      delay(2000);
      lcd.setCursor(0,1); lcd.print("Pres # to change");
      delay(2000);
      lcd.clear(); lcd.print("Enter Password:"); lcd.setCursor(0,1);
      i = 0;
    } else {
      digitalWrite(relay_pin, HIGH);
      lcd.clear(); lcd.print("Wrong Password");
      lcd.setCursor(0,1); lcd.print("Pres # to Change");
      delay(2000);
      lcd.clear(); lcd.print("Enter Password"); lcd.setCursor(0,1);
      i = 0;
    }
  }
}

void change() {
  int j = 0;
  lcd.clear(); lcd.print("Current Password"); lcd.setCursor(0,1);
  while(j < 4) {
    char key = keypad.getKey();
    if(key) { new_password[j++] = key; lcd.print(key); }
  }
  delay(500);
  if(strncmp(new_password, initial_password, 4)) {
    lcd.clear(); lcd.print("Wrong Password");
    lcd.setCursor(0,1); lcd.print("Try Again"); delay(1000);
  } else {
    j = 0;
    lcd.clear(); lcd.print("New Password:"); lcd.setCursor(0,1);
    while(j < 4) {
      char key = keypad.getKey();
      if(key) { initial_password[j] = key; lcd.print(key); EEPROM.write(j, key); j++; }
    }
    lcd.print("Pass Changed"); delay(1000);
  }
  lcd.clear(); lcd.print("Enter Password"); lcd.setCursor(0,1);
  key_pressed = 0;
}

void initialpassword() {
  for(int j=0;j<4;j++) EEPROM.write(j, j+49); // 写入 '1','2','3','4'
  for(int j=0;j<4;j++) initial_password[j] = EEPROM.read(j);
}

代码要点解析

库引入

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

Keypad.h 处理矩阵键盘扫描，LiquidCrystal.h 驱动 16×2 LCD，EEPROM.h 实现密码掉电保存。

主循环按键处理

key_pressed = keypad.getKey();
if(key_pressed == '#') change();

检测到“#”键即进入修改密码流程。

密码输入与比对

if(key_pressed) { password[i++] = key_pressed; lcd.print(key_pressed); }
if(i == 4) {
  for(int j=0;j<4;j++) initial_password[j] = EEPROM.read(j);
  if(!(strncmp(password, initial_password, 4))) { ... }
}

连续读取 4 位按键存入 password 数组，随后从 EEPROM 读取基准密码，用 strncmp 比对。匹配则开锁，否则报错。

修改密码流程

void change() {
  // 1. 提示输入当前密码
  // 2. 比对当前密码
  // 3. 正确则提示输入新密码，逐字符写入 EEPROM 并更新 initial_password
}

双重验证机制确保只有知晓当前密码者才能修改。

原理图

另附 Fritzing 版原理图，展示电磁锁由继电器控制的完整接线。