电子密码锁的设计与制作Word格式文档下载.docx

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0、引言2

1、设计方案的选择3

2、系统基本框图及设计原理4

2.1、系统基本方框图4

2.2.基本功能设计4

2.3、硬件设计原理.5

3、系统流程图的设计13

4、系统测试13

5、总结13

参考文献14

致谢14

设计感想15

0、引言

随着电子技术科技的发展，各式各样新型锁类随之出现。

红外遥控密码锁（InfraredRemoteControlLock）下文中简称本设计，它是采用红外数据传输技术，把用户输入的信息通过红外线发射到接收控制电路中，接收控制电路采集红外数据后支配控制各个功能电路。

使用红外遥控功能，可以提高信号在传输过程的抗干扰能力，功耗低，传输效率高，不会产生信号干扰，反应速度快等优点。

本系统在家居防盗领域应用宽广，智能化的防盗技术有力地捍卫了用户的物资财产。

在工业应用中，可运用在高压，辐射，有毒气体，粉尘等人不可轻易进入的环境下，而且使用是红外控制可以有效的防止电气干扰[1]。

下文中将详细解说本系统的各部分设计要点。

1、设计方案的选择

方案一：

以at89C52为核心的单片机控制方案，4x4矩阵键盘控制密码输入，用1602LCD显示密码输入的相关信息及提示，继电器控制开关，密码输入正确则继电器启动，输入3次错误时，系统将启动蜂鸣器报警，且系统锁定30分钟，用AT24c02存储器存储密码。

本系统采用单片机AT89C2051和AT89C52作为核心的元件，利用红外遥控原理和单片机相关功能设计的一款具有本机开锁，遥控开锁和可修改密码的电子密码锁。

该系统由发射模块和接收模块两部分构成，遥控器发射模块可以随身携带，只要在接收器附近，即可遥控开锁；

接收器则集开锁、修改密码、报警和显示于一体。

方案二：

以at89s52为主芯片的控制方案，通过ht2661发射的红外信号，实现对密码正误的判断，控制6位数码管的显示和蜂鸣器的鸣叫，且通过对继电器出入电平的高低来实现对密码锁头的控制。

具体方案框图如下图1.1。

图1.1红外遥控密码锁基本功能框图

这两个方案中，都能够通过红外发射实现对密码锁的开关设置，密码修改，报警和显示等多种功能。

第一种方案用的主芯片是AT89c52，相对于at89s52来说，在功能上相似，只是主要差别在于对程序的烧录上。

At89s52可以直接用isp进行烧录，更方便快捷，因此我们这里选择第二种方案设计来制作。

2、系统基本框图及设计原理

2.1、系统基本方框图

如图1.1所示，本设计的原理框图，总体规划了整个系统的各部分电路所需要实现的功能，以及扩展部分的功能。

图2.1.1系统基本方框图

2.2、基本功能设计

将外部12V直流电源接入主板供电接口，开电源后蜂鸣一声并显示“――――――”为正常。

开启遥控器上的电源开关。

则可通过键入遥控器的按键，当一个键按下超过36ms振荡器激活红外线专用发射芯片HT6221，并通过红外发射管向外发射红外信号。

在接受端，由红外接收器件H0038将接收到的信号，并转化为二进制数据，与存储在at24c02中的初始密码比较。

2.2.1密码显示与开锁

初始键入密码时考虑到密码显示出来有可能外泄的问题，在数码管中显示时用一个固定的字母“F”来表示有一位数按下，这样既巧妙的提醒了用户又有效的保护了密码，这是本设计安全性的一个体现。

除此之外，在一个键按下后，蜂鸣器机会发出“嘀”的一声，也用于提示此键已按下。

在用户输入正确的六位密码后，再按确认键“E"

，便可开锁，绿色二极管发光管亮，表示密码正确，则开锁。

2.2.2密码的修改

输密码时按取消键（D）可返回待机状态。

当你设定的用户密码不小心外泄时，这时就要及时通过密码修改程序来更改密码了，我们则需要对其进行修改。

当选用用户密码修改时，修改密码：

按设置键（S）进入当前密码校验状态，此时显示“Set”，连续输入6位旧密码再按确认键（EN），

旧密码正确将显示“PASS”并蜂鸣一声提示，然后输入新的6位密码按确认键（EN）确认即可，5秒后返回待机状态。

旧密码错误将显示“Err”、蜂鸣一声提示并红色LED指示错误信息，无操作5秒后返回待机状态，连续3次输入错误密码系统将锁定10秒内不可操作。

当忘记所设的密码时，这就需要复位密码锁的密码，本设计中复位6位密码为“000000”：

按设置键（S）进入设置状态，此时显示“Set“,连续输入6个“8”后再按一次设置键（S），显示“PASS”并锁定5秒后返回待机状态，复位成功。

2.2.3密码错误报警

当用户键入错误密码并按下确认键“E”时，系统会发出两秒连续的报警声同时密码错误指示灯红色灯亮；

当连续三次出现密码错误时，则系统会长时间报警，并将密码锁锁定一段时间，此举可有效防止非法操作。

这是本设计安全性的又一体现。

2.2.4遥控开锁

当此锁用于私家车库或仓库时，用户可以直接在适当的距离输入正确密码并确认发送，接收端在收到相应信号便会自动开锁，这样便实现了遥控开锁。

这是本设计方便灵活的重要体现。

由于遥控器一般随身携带，所以遥控器采用电池供电。

这就要求发射系统的功耗要很低，在本设计中将芯片设计为待机模式，只有当按键按下时才正常工作，这样可以起到降低功耗的目的。

2.3、硬件设计原理.

下面将结合元器件的应用来详细说明系统各部分硬件的控制原理。

（1）、单片机AT89S52的简介。

对单片机的要求：

能够对红外数据进行采集、扩展数据存储以及输出控制IO等外设即可。

常见的单片机有8051系列的单片机、8096系列的单片机、SPCE061A的凌阳单片机。

8位的8051单片机比较普遍用于电子制作方面，且初学者均能快速掌握指令并能够熟练使用，故本本设计选择8051系列的AT89S52为主芯片,该芯片具有低功耗、高性能的特点，是采用CMOS工艺的8位单片机.如下图2.1为AT89S52单片机的引脚说明图[2]。

图2.1.1AT89S52引脚说明

AT89S52性能兼容同系列的AT89C52，而且具有在线下载代码的功能，简称为ISP下载功能，芯片不用拨离所连接的电路即可通过规定的几只引脚进行代码的烧录，在产品的调试以及生产时使用此方法烧写代码极为方便。

ISP下载电路需使用上位机软件通过PC的并口（25针打印机接口）进行控制才能向芯片烧录代码。

如图2.2为ISP与单片机的连接电路图。

图2.1.2ISP下载电路与单片机的连接

ISP下载电路使用了一片74HC373锁存器芯片，PC上的软件控制并口输出的信号通过锁存器进行锁存，再由单片机读取，而单片机发出的控制请求信号同样由74HC373锁存后再传送到PC，由此形成一个双向通信电路，用特定的命令完成对芯片的烧录。

（2）、LED指示灯电路、继电器控制（电子锁头）电路、蜂鸣提示音路.

LED指示灯电路是许多电子产品上不可缺少的一部分，因为这是智能化产品与人之间的信息交互的重要途径之一，LED指示灯电路比较简单，只要单片机的IO给予LED一个高或低电平就能使它亮或灭，在设计中用户可以选择不同颜色光以及不同规格大小的LED.LED指示灯在实际应用中应该串联一只100欧-1K欧的电阻进行分流，以防止单片机IO口的灌电流过大将LED损坏。

本系统使用LED指示用户操作后的结果:

密码正确开锁、密码错误提示及电源工作指示。

继电器的参数特点在此处不再作多余的陈述。

本本设计中的一路继电器可用于控制门锁的电子锁头动作，以达到密码控制自动制动开门效果。

实际电路中因多种继电器的工作参数不同而对驱动的电流需求也不同，在保证继电器工作稳定之下需采用三极管作扩流驱动，下图2.2.1中采用了PNP三极管，由AT89S52单片机的IO电平拉低控制三极管以驱动继电器工作。

蜂鸣器的使用与继电器的控制方法相同，主要作为用户对当前操作状态的听觉辩别。

如下图2.2.1给出这部分电路与单片机之间的连接方法。

图2.2.1电路连接图

（3）、存储器24C02的应用。

在电子仪器设备上我们常见到的数据设置与数据采集，这些数据可以直接用液晶屏或LED数码管显示出来，便于用户了解仪器设备的工作状态，但用户需要在下一次开机时得到上一次运行的数据状态，或者需要存储一系列的编码以及密码，那么这里面就涉及到数据的存储功能了。

本设计采用了最常见的低成本串行接口铁电存储器24C02（128Bye）,它具有128位存储地址0X00-0X7F，可以通过串行控制信号把数据写入指定的存储地址，在下一次开机时再将指定地址的数据读出赋值给软件的一些变量，带I2C总线接口的AT24C02，是一种具有掉电保护的存储器，其内部有连续的子地址空间，对这些空间进行n个字节的连续读、写时，都具有地址自动加1功能。

只要在初始化程序中规定好读、写字节数及指定期间内子地址，启动I2C总线后，调用相关的子程序即可完成整个操作。

对于AT24C02而言，A2、A1、A0为硬地址，当选择接地时，则存储器的写从地址为0A0H,读从地址为0A1H。

用户一次写入EEPROM中的数据字节不应大于页容量，而AT24C02的页写字节数为8B,所以在初始化密码时，要分批写入密码。

[3]。

at24C02如下图2.3.1。

图2.3.1AT24C02连接图

（4）、LED数码管显示电路与数字字符的形成。

LED数码显示广泛应用于日常生活中的许多电子产品上，它能给用户提供一些直观的数字信息，它在比较恶劣的环境中使用不易损坏、易维护。

如图2.4.1为一位数字的LED数码管实物图。

图2.4.1LED数码管实物图

实际上LED数码管就是由8段LED封装为一体的器件，它能由7段LED的亮灭状态来组成不同的字符显示，另外1段LED为小数点显示。

LED数码管有共阳极与共阴极之分，也就是说公共引脚是接电源端还是接地端[4]。

如图2.4.2为LED数码管内部所封装的电路。

图2.4.2LED封装

在简单介绍了LED的组成结构后我们可以试着来分析一下字符是怎样形成的，这里就分别说出字符“0”与“9”的形成，由图2.4.2可知LEDa-h以不同的方向排列，而字符“0”由：

a、b、c、d、e、f为亮状态,其余的g、h为灭时将显示出“0”字符,同样原理，当LEDa、b、c、d、f、g为亮，e、h为灭时显示出字符“9”，当要显示小数点时使h亮即可。

除此以外，LED数码管还可以显示A、b、C、L、n等多个英文字符。

以下图2.4.3为LED数码管动态扫描显示的控制原理图[5]，位选通开关使用了PNP三极管作驱动,本本设计中使用2个3位数码管并装组成6位数字的显示，扫描原理为：

先送第一位的段码数据，再开启该位的位驱动开关，延时后再关闭该位的位驱动开关，送第二位的段码数据~~~~~，一直循环显示6位数码管的数据即可。

此时如果数码管显示闪烁，只要修改延时关闭驱动开关的延时时间直到不再出现闪烁。

图2.4.3数码管动态扫描原理图

（5）、红外通信原理。

红外线是波长在750nm至1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。

红外通信一般采用的红外波长在0.75um至25um之间。

红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离无线通信，它一般由红外发射和接收系统两部分组成。

发射系统对一个红外发射源进行调制后发射红外信号，而接收系统由一个光学装置和红外探测器进行接收，从而构成红外通信系统。

红外数据的传输原理是[6]：

发送端将二进制数据调制成一系列的脉冲串信号（载波信号），通过红外发射管发射红外信号.接收端接收到脉冲信号串后进行解析并还原成二进制数据。

图2.5.1发射端数据时序图

图2.5.2接收端数据队列图

遥控发射器芯片很多,我们选择了HT6221作为红外编码芯片。

该芯片集载波振荡、编码、发射于一体,具有很强

的抗干扰能力,外围电路简单,使用方便本设计中采用32键红外发射专用芯片HT6221来完成这部分电路，引脚功能请参照图2.5.3,实际制作中只用到它的K1-K16的16个按键。

当遥控器的某个按键按下,其内部的信号发射器产生遥控编码脉冲,这些指令信号由调制电路调制成38KHz的信号,经调制后输出,最后由驱动电路驱动红外发射器件串行输出红外遥控信号接收端由单片机S52来完成,红外接收器件使用通用型号H0038，它与单片机的连接非常简单，信号输出端直接连接到单片机的P32口，连接电源即可。

上图图2.5.2和2.5.3为发射端及接收端的数据结构示意图。

图2.5.3红外发射电路HT6221

图2.5.4红外遥控发射芯片HT6221应用原理图

（6）、系统电源电路。

由于电子锁头工作电压为DC12V，故硬件采用外部12V电源供电插口,以最常见的三端稳压模块LM7805将12V稳压到5V供给单片机系统，12V的输入端串接一个10R1W电阻，防止LM7805工作电流过大而增加发热量,同时设置了电源指示灯,实际制作电路时可在LM7805输入端接一个二极管到地，用于防止12V输入电压接反极时损坏电路上的器件，电路如下图2.5.1。

图2.6.1电源电路

（7）、系统整体电路

本电路图由电路仿真软件Proteus7绘制完成。

图2.7.1系统整体电路

3、系统流程图的设计

给出主程序的流程框图，如图3.0。

图3.0系统主程序流程框图

4、系统测试

连接主控板的12V供电电源，开启遥控器上的电源开关，手持遥控器离主控板8米距离之内按下按键，观察主板板上的反应信息是否为用户要操作的功能，持续按压相应功能键，使主控板呈现相关功能结果直到操作完成，重复一次以上操作并记录各功能键的实现情况。

经测试红外遥控信号的发送和接收方法没有出现传输误码，证明了电路有极高的稳定性和译码准确性、高效性。

从整体来看，该设计已经具备保密性好、安全可靠、成本低廉、连接方便，简单易用，适用范围广等特点，实现了预期目标。

5、总结

5．1、实现功能。

经过查找资料、设计方案、实验、各模块的设计调试、手工制作电路板等多个阶段，所设计出的红外遥控密码锁基本能达到设计的要求：

通过红外遥控发出密码数据及开锁命令，主控板接收到数据后进行分析并给出相应的控制操作，如开门、修改密码并保存等。

5．2、不完善之处。

本设计的供电电路未能达到节能效果，用户密码管理保密度不够强。

5．3、改进意见。

A：

改为液晶模块显示界面。

B：

扩展：

输入密码10次错误时拨号报警功能。

参考文献

[1]徐爱钧.《智能化测量控制仪表原理与设计》（第二版）[M].北京：

北京航空航天大学出版社，2004.

[2]吴金戌，沈庆阳，郭庭吉.《8051单片机实践与应用》[M].北京：

清华大学出版社，2002.

[3]刘伟，赵俊逸，黄勇，《一种基予C8051F单片机的SOC型数据采录器的设计与实现》［A］.天津市计算机学会单片机分会编.

[4]段晨东，《单片原理与接口技术》[M].北京：

清华大学出版社，2008.7

[5]高峰，《单片微型计算机与接口技术》[M].北京：

科学出版社，2003.

[6]邱玉春,李文俊.单片机系统中的红外通信接口[J].电子产品世界,2000,5.

致谢

在我写本论文的过程中，朱成全老师给我提供了许多资料，并对实践中出现的问题给予耐心的解答，完稿之后在百忙之中仔细阅读，给出修改意见。

有时在休息时间向他提问题，他从不推辞，认真解答。

朱老师爱岗敬业，治学严谨，思维严密，平易近人,是我十分尊敬的老师，在此对他表示感谢。

在本文录入的过程中，得到了郭建伟同学的帮助，在这里对他们也表示的感谢！

设计感想

这是我2011年的毕业设计。

在毕业设计过程中，巩固了在大学4年内学过的知识，尤其是单片机和模拟电子方面的知识，同时通过这次毕业设计提高了单片机的编程能力、获得更多的软件调试以及手工制作PCB的经验，从中了解并克服了自己在知识领域的不足和缺陷。

由于实践及理论方面都存在不足，制作及实验条件有限，此设计仍存在一些设计问题，制作技能日后有待提高，实践与理论知识还要继续巩固加强。

TheDesignandProductionofElectronicLocks

ThecollegeofphysicsandinformationengineeringElectronicInformationScienceandTechnology

Zhengshanjun070303042

InstructorZhuchengquanLecturer

Abstract：

ThispaperpresentsadesignbasedonAT89S52MicrocontrollerInfraredRemoteControlLock,thisdesignusesinfra-redremotecontroltransmissiondatainput,canbedirectlythroughthedigitalcontrolpanelLEDdisplayrelevantdata,collectionofdatastorage、soundandlightalarm、electroniclockdriver、S52MCUminimumoperatingsystems、multiplehardwarecircuitstextfocusedonhardware,thesystemgivesthedescriptionofthevariouspartsofthecircuit，introducedtheprincipleofinfrareddatatransmission、AT89S52featuresandapplications、datamemory24C02applicationproceduresforrealizationofvariousfunctionalmodulesetc，thecircuitdesignofpractical、broadapplications、scalabilitystrong。

KeyWords:

AT89S52，24C02,InfraredRemoteControlLock,HT6221