本科毕业论文小型机电产品综合设计智能密码防盗门Word格式.docx
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控制部分设计包括控制电路部分的设计和程序部分的设计。
1.3.1机械结构设计
（1）防盗门的门体设计主要是门体主体材料、防火材料、隔音材料、保温材料等的选择。
（2）锁体部分的设计包括开锁和锁定时各传动工作部件。
它是由电磁铁、拨叉、衔铁、脱扣连杆、转动板、锁扣、执手连杆、一级锁舌、二级锁舌、三级锁舌以及弹簧等部分组成。
1.3.2控制系统设计
（1）控制电路部分设计包括单片机及配合单片机工作的各个电路。
其组成包括：
键盘电路、显示电路、电源电路、掉电保护电路、时钟电路、复位电路、上电复位电路、指示灯电路、报警电路、开锁电路。
（2）程序部分的设计包括程序任务分析、程序流程图设计以及程序的编写。
2智能密码防盗门的机械结构设计
2.1门体的设计
按照国家的规定，合格的防盗门门体钢板的厚度应该在1毫米以上，门体的厚度应该在20毫米以上，对于门体的重量，应该在40千克以上，门框选用钢板的厚度应在2毫米以上。
为了增加门体的整体强度，门体内应有数根加强钢筋使门体前后板连接起来。
门内应有石棉等具有耐火、保温、隔音功能的填充材料。
对于不锈钢的选择，采用铁素体不锈钢。
由于起步阶段，奥氏体不锈钢造价较高，于是给消费者的误导是奥氏体不锈钢性能更好。
其实不然，无论在耐高温还是防锈性能上，铁素体不锈钢都更胜一筹。
虽然现在市面上采用奥氏体不锈钢的较多，但相信随着其性能及价格上劣势的显现及人们对于不锈钢认识的加强，铁素体不锈钢必然成为防盗门上不锈钢的首选。
对于绝大多数用户普遍采用外打开方式的安装，但对于三户共用走道的户型，由于受到条件的限制，必须采用内打开的方式安装。
内打开方式安装存在一个安全隐患就是常常出现锁舌闭合不到位的情况，这样会给不法分子以非法开启的机会。
为了避免这种情况的发生，需要增加防插开启装置，其中最简单的方法就是采用刚性密封的形式阻止非法插入的非法开启。
2.2锁体的设计
智能密码锁的锁体主要由拨叉、衔铁、脱口连杆、转动板、锁扣、执手连杆、一、二、三级锁舌组成。
电子线路装在锁壳内，执行机构是电磁铁。
依次配合顺序为：
开门时由拔插或者电磁铁带动衔铁压缩或吸合，脱口连杆解扣后在支撑片的作用下带动转动板，转动板带动执手连杆，弹簧带动二三级锁舌同步运动，最后一级锁舌运动。
关门则恰好相反。
2.2.1锁芯的主要部件
（1）衔铁
衔铁——连有弹簧，与脱扣连杆配合，固定于电磁铁与拨叉之间，二者均可对其作用使其动作。
材料：
采用奥氏体不锈钢，调质处理，必须保证强度要求。
图2.1衔铁
（2）拔叉
拨叉——在屋内为开门时，为避免输密码的麻烦，拨叉可直接拨动衔铁开门。
图2.2拨叉
（3）脱扣连杆
脱扣连杆——锁定时，脱扣连杆与衔铁扣住，保证锁定。
当衔铁吸合或压合时，脱口连杆解扣，在支撑片的作用下推动转动板运动。
图2.3脱扣连杆
（4）转动板
转动板——通过转动轴装置装在二级锁舌的内板上，转动板上有扣点，转动板在脱扣连杆的推动下转动，并通过弹簧牵引二级锁舌完成开关门。
图2.4转动板
（5）执手连杆
执手连杆——与转动板配合，完成二级锁舌的缩回，完成开门动作。
图2.5执手连杆
（6）一级锁舌
一级锁舌——除临时锁定外，关门时，受门框挤压缩入锁壳内，触动锁扣使其与二级锁舌上的扣点脱离，完成关门动作。
锁舌是关键锁定件，选用45号钢，调质处理，必须保证强度要求。
图2.6一级锁舌
（7）二级锁舌
二级锁舌——与扣点相配合完成门的锁定与打开，同时其内板上的凸台带动三级锁舌与其做同步运动。
图2.7二级锁舌
（8）三级锁舌
三级锁舌——达到三点锁定目的，增加锁定的安全性。
2.2.2锁芯的执行过程分析
图2.8锁芯结构图
（1）开门过程
当在门外输入密码正确，电磁铁将衔铁吸合，或者在门内拨动拨叉将衔铁压合，脱口连杆与衔铁解扣后在支撑片的作用下与转动板相扣并推动转动板转动，转动板与执手连杆相扣转动，同时在转动板上连有的弹簧的牵引下拉动二级锁舌向右运动直至锁扣的扣点与二级锁舌上的扣点扣住为止，三级锁舌在二级锁舌内板上凸台的带动下做同步运动，完成开锁动作。
（2）关门过程
在关门时，小锁舌外端受到门框的挤压而缩入锁壳内，在缩入过程中碰到锁扣并推动其向右运动而使锁扣与二级锁舌上的扣点脱离，二级锁舌在拉伸弹簧回收力的作用下伸出锁外，同时转动板在弹簧力的作用下与执手连杆脱离，脱扣连杆与衔铁扣合，三级锁舌在二级锁舌内板上凸台的带动下做同步运动完成三点锁定。
（3）锁芯执行过程中各零件动作如表2.1
表2.1各零件动作
关门状态
开锁中
开锁状态
关门中
电磁铁
预定位置
吸合
复位
脱扣连杆
推转动板
转动板
拉二级锁舌推
拉二级锁舌
执手连杆
二级锁舌
预订位置
向锁内运动
向外运动
锁扣
卡住二级锁舌
一级锁舌
锁内
锁外
向内运动
三级锁舌
对向运动
背向运动
2.2.3电磁铁的选择
在现有条件下，可被选为做动力源的有很多，例如，电磁铁，电动机。
对于门锁的动力源而言，安全性和可靠性是选用动力源的首要准则，电磁铁的运转可靠性更高，鉴于此，选用电磁铁作为动力源[14]。
综合该系统的需求分析，选择的电磁铁满足以下参数要求：
电压：
DC12V
电流：
1A（atDC12V20℃）
功率：
6W
使用电压范围：
DC6V士10%
直流电阻：
6Ω+10%（周围温度20℃）
断电时吸力＞1000g
通电时释放，剩磁小于50g
吸合面＞
铁板
工作温度：
-20℃~+40℃
总重量：
25g
电磁铁的外观图如图2.10
图2.10电磁铁外观图
3智能密码防盗门的控制部分设计
3.1智能密码防盗门控制部分整体设计要求
（1）密码由六位数组成，取值范围为0-9；
（2）每个键按下都有声、光（显示器）提示；
（3）防盗门键盘上共16个按键，包括10个数字键和6个功能键；
3个功能指示灯，一个报警灯；
（4）只有输入的六位密码完全正确才能开锁，输入错误密码前两次报警5秒钟，第三次报警10分钟，报警期间输入密码无效，以提醒他人注意，防窃贼多次试探；
（5）为保证安全性，只有内部上电复位时才可以修改密码，门外不可以修改；
（6）电磁驱动采用脉冲驱动，通电时间必须少于2秒，以防烧坏；
（7）为使系统停电时也能正常工作，系统内应配有备用电源；
（8）在没有操作的情况下，要配有节电功能；
（9）软硬件的选择要简洁，成本要低，能实现批量生产；
3.2实现控制部分设计的逻辑层次
要想实现上述的设计要求，需要由以下四个层次来完成：
第一，收集层
该层是用作客户与系统交流的平台，是整个系统开始工作的初始层，起到先锋军的作用。
它主要用于完成用户请求信息的收集，在该系统中具体表现为对用户通过键盘输入的信息等进行收集。
第二，处理层
该层是用于对上一层收集来的信息进行验证，起到大脑中枢的作用。
在该系统中具体为对收集来的键入信息进行验证、比对，同时，对下一层发出要执行的信息。
该层是实现智能控制的关键，主要由程序来完成。
第三，执行层
该层是动作执行的结束层，当收到处理层传达的信息后，起到执行者的角色。
在该系统中具体为根据信息要求，将上一层处理的信息转化为动作，如开锁、报警等。
第四，通信层
起连接纽带作用，相当于通信光缆，将上三层有序连通。
在该系统中指各个模块之间的信息的传达。
3.3控制部分的具体实现方法
控制部分的具体实现可简单表述为：
以STC89C52单片机为核心，配以相应的辅助电路，在程序的配合下来实现。
（1）STC89C52单片机管脚分布图如图3.1
图3.1STC89C52管脚图
各管脚功能介绍：
主电源引脚（2根）
VCC：
电源输入端口，接+5V电源
GND：
接地端口
外接晶振引脚（2根）
XTAL1：
片内振荡电路的输入端口
XTAL2：
片内振荡电路的输出端口
控制引脚（2根）
REST/VPP：
复位引脚，如果引脚上出现了两个机器周期的高电平将会使单片机复位。
ALE/PROG：
地址锁存允许信号
PSEN：
外部存储器读选通信号
EA/VPP：
程序存储器的内外部选通，如果接低电平，则从外部程序存储器堵指令；
如果接高电平，则从内部程序存储器读指令。
可编程输入/输出引脚（32根）
STC89C52单片机共有4组，每组8位的可编程I/O口，分别为P0，P1，P2，P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。
（2）电路部分组成框图如图3.2：
图3.2电路组成框图
如框图3.2所示，电路系统的组成部分包括：
键盘电路、显示器电路、时钟电路、复位电路、电源电路、指示灯电路、上电复位电路、掉电存储电路、开锁电路和报警电路。
各个电路之间相互配合，共同完成控制。
电路的设计思想可简单总结为：
通过键盘电路完成密码的输入。
显示电路和指示灯电路用以在输入过程中给用户以视觉提示来确认输入的密码位数是否正确。
电源电路分为两部分，一部分为常态下直接将220交流电转化使用的电路，另一部分为备用电源的设计电路。
用掉电存储电路来保证断电时密码不丢失。
上电复位电路主要达到节电的目的。
报警电路和开锁电路执行报警和开锁程序。
时钟电路保证无论死机、重启等同步。
（3）程序部分的设计主要是配合各个电路有效实现其功能。
（4）控制系统要达到的效果：
用户可以按照自己的意愿设置密码。
通过按键输入密码，在输入过程中有声光提示，密码正确，短音提示开锁，密码不正确，前两次报警5秒钟，第三次报警10分钟，报警期间输入密码无效，同时相应的指示灯闪烁。
断电时备用电源启动，系统正常工作。
5分钟没有键按下，系统掉电，节能节电。
3.4硬件电路的具体设计
3.4.1电源电路设计
电源电路的设计包括两部分，一部分为正常情况下，将220伏交流电转化为5伏直流电直接使用；
另一部分为在停电情况下，启用备用电源蓄电池供电，保证系统正常工作。
在220伏交流电转化的过程中，由于该电路功耗较少，所以选用10瓦的小型变压器即可满足要求。
其转化过程为：
将220市电通过变压器转变为12伏交流电，再经过整流桥整流，最后通过7805稳压到5伏直流电送往工作电路。
备用电源电路由电子切换电路、蓄电池充电电路和蓄电池组成。
电源电路设计如图3.3
图3.3电源电路设计
3.4.2键盘电路的设计
在各种控制系统的设计中，我们都需要设计键盘电路，他是工作人员与控制系统对话的窗口，用其来输入参数以及对输入进去的参数进行必要的管理。
键盘可分为两类，一类为编码键盘，一类为非编码键盘。
编码键盘是由硬件电路来实现的，其优点为：
用硬件来消除按键的抖动、按键的释放与闭合。
其缺点为：
必须得加上外加芯片，这样会使其成本大大增加。
非编码键盘的优点为：
易于实现，电路简单，可以利用单片机的I/O口进行扩展，由软件来消除抖动、按键的释放与闭合，成本较低。
综合对上述两种键盘的优缺点分析，本系统采用非编码键盘。
其有两种识别方式，一种为查询，一种为中断。
相比较而言，中断方式拥有更好的实时性，不必对是否有按键按下进行查询，因此选用它。
单片机中常用的按键式键盘分为两类：
矩阵式和独立式。
矩阵式是各个按键组合成矩阵开关；
独立式是各个按键相互独立。
矩阵式相对于独立式有很大的优点：
一是，控制种类、功能多；
二是，实现较多键的控制只需要较少的I/O口；
三是，键与功能直接对应。
本次毕业设计要求配有16个按键，因此，选用4行4列的矩阵键盘，需要占用8个I/O口。
键盘电路设计如图3.4
图3.4键盘电路设计
3.4.3显示电路设计
设计显示电路的目的是给用户在输入密码时以提示，让用户知道键是否按下，已经输入了几位等。
为了节约单片机的口资源，显示电路采用串行显示的方式。
显示电路在上电复位电路的配合下，5分钟内没有操作输入就关闭以达到节能的目的。
具体过程为：
在用户最后一次按键开始后启动计时器，检测到5分钟内没有其他操作，启动程序，关闭显示器。
显示电路的设计如图3.5
图3.5显示电路设计
3.4.4时钟电路
单片机工作时需要时钟信号，时钟电路就是为单片机提供时钟信号的。
其作用为：
在唯一的时钟信号控制下，保证同步工作方式的实现。
时钟电路占据着极其重要的地位，它设计的好坏决定着芯片的正常工作与否。
产生时钟信号的方式有三种：
晶体振荡器、压控振荡、压控振荡器。
其中，晶体振荡器产生的时钟信号最好，稳定而精确。
时钟信号的产生分为外时钟方式和内时钟方式，本系统采用内时钟方式。
内时钟方式是在芯片内部电路即在XTAL1和XTAL2的引脚上外接定时原件完成的。
晶体选择1.2MHZ至12MHZ间一款即可,电容在20pf到60pf之间任意选择，30pf的效果最好，本次选择30pf。
具体时钟电路设计如图3.6
图3.6时钟电路的设计
3.4.5指示灯电路
指示灯电路的设计较为简单，由发光二级管连接而成，共4个，3个功能灯，一个警示灯。
指示灯电路设计如图3.7
图3.7指示灯电路
3.4.6复位电路
单片机的初始操作是复位。
复位电路的主要功能是使单片机初始化，从0000H开始执行程序。
复位电路在初始化及程序执行卡死时可以用到。
复位信号为高电平，持续时间为24个振荡脉冲周期，REST引脚是复位输入端。
复位电路的设计如图3.8
图3.8复位电路的设计
3.4.7上电复位电路
上电复位电路的主要作用即为节能。
尤其在停电状态下，系统主要靠蓄电池供电，为保证其长时间工作，节电环节就显得尤为重要。
而且在当今节能的大环境下，任何设计都要将节能考虑其中。
一般情况下系统自动保持掉电状态，有操作进行时才从掉电状态唤醒，进行工作。
上电复位电路设计如图3.9
图3.9上电复位电路
上电复位电路工作原理分析：
在STC89C52处在掉电状态时，P3.7位为低电平，只要使S键闭合，则Q12、Q11导通，同时，REST端出现高电平，只要REST端口保持10ms以上的高电平，就能使STC89C52有效复位。
同时，P3.7位变为高电平，以防止单片机连续的复位，之后结束掉电状态进入正常工作状态。
3.4.8掉电存储电路
在断电等意外情况发生时，为保证用户的密码信息不丢失，本系统设置了掉电存储电路，以CAT24C02的EEPROM存储器来存储信息。
EEPROM是电擦除可编程只读存储器的简写，是一种被广泛应用的只读存储器。
它的优点是能在线改写且不需电源即可保存数据，但它的擦出时间较长，这点对于本系统来说是影响不大的。
CAT24C02通过IC总线通讯方式与单片机通讯。
IC总线概述：
通过两根线使总线上的器件进行传递信息，它通过软件寻址，其优点是省掉了每个器件的片选线，接线简洁。
掉电保护电路设计如图3.10
图3.10掉电保护电路
3.4.9开锁电路
开锁电路是整个控制系统最末端的执行电路，主要执行的是开锁的动作。
在用户输入密码后，经过其他部分的核对比较确认无误后，传达开锁信息给开锁电路使电磁铁吸合从而达到开锁的目的。
开锁电路的设计如图3.11
图3.11开锁电路的设计
3.4.10报警电路
当输入的密码经过验证有错误或者检测到有误操作时，报警电路启动。
报警电路工作时，三极管工作，蜂鸣器发声，发光二极管发光。
报警电路的设计如图3.12
图3.12报警电路的设计
3.5程序部分设计
3.5.1程序任务分析
程序的任务分析环节是为程序的设计做一个整体规划。
从功能上来看，程序可以分为两大类，一类是监控程序，一类是执行程序。
监控程序的主要职责是协调各个模块与操作者的关系，充当组织调度的角色，特点是；
逻辑严密，着眼全局；
执行程序主要职责是完成各种比较实际的操作，特点是：
偏重算法效率，与硬件的关系极为密切。
本次控制系统的设计主要完成的任务有：
一是，键盘输入的识别。
二是，显示的控制。
三是，密码的比较、存储、修改等。
四是，存储电路的写入和读取。
五是，开锁电路和报警电路的电平输出控制。
3.5.2程序流程图设计
3.5.3程序的编写
此处仅列出部分信息，完整信息见附录。
输入密码并在键盘上显示星号：
Voidentercode（uchart）
{
If（t>
=0&
&
t<
10）
{
If（j==0）
Writecom（0x80+0x40）;
第一输入时要先写入地址指令，否则无法显示
Writedata（‘*’）;
}
Else
Wrightdata（‘*’）;
不是第一个输入则不用再写地址
Save[j++]=t;
保存输入的数据
校对密码正不正确：
Voidconfirm（）
uchark;
for（k=0;
k<
6;
k++）
If（password[k]!
=save[k]）对数组中的内容进行逐一比较，一旦有数据不对马上退出循环
Break;
If（k==6）要是条件退出的话说明六个数全对
Conflag=1;
进行标志密码正确
锁键盘三秒：
Voidfailan（）
Lockkey（）
}
从最后一位依次删除：
Voiddelet（）
wrightcom（0x80+0x40+j-1）;
确定删除对象
wrightdata（‘’）;
显示空格即为删除
save[--j]=0;
删除后数据清零
wrightcom（0x80+0x40+j）;
为下次输入数据时写好位置，必须是在最后一个后面
对各种变量进行复位：
Voidreset（）
ucharnum;
displayinput（）;
wrightcom（0x80+0x40）;
擦除屏幕上的显示
for（num=0;
num<
num++）
Save{num}=0;
对输入的数值进行清零
Wrightdata（‘’）;
显示的是空格
下次再输入时可以又从起始位置输入
lockflag=0;
各种变量要清零回起始状态
conflag=0;
j=0;
4结论
本次毕业设计的产品是智能密码防盗门，它的设计经过多次的修改与整理，可以认为是一个比较不错的设计。
它能够满足人们对更高性能的要求，相比于现在市场上配有钥匙的普通防盗门，其性能上更加稳定、安全、灵活。
该款智能密码防盗门的特点是：
（1）以密码代替钥匙，避免了携带钥匙的繁琐及钥匙的丢失及被复制等带来的不必要的麻烦；
（2）密码可变，安全性更高，灵活性更强，避免了必要换锁时资源和金钱浪费；
（3）密码误输入保护，多次试探报警，极大增强了安全性；
（4）停电配有备用备用电源且不掉码，解除了用户的后顾之忧；
当然，鉴于本人的能力和实验条件问题，该设计还有许多不足之处有待改进。
比如说，锁体的机械结构较为复杂，智能密码防盗门的密码不能够遗忘，一旦忘记就很难打开等。
任何一个设计都不可能十分完美，都需要在现实应用的过程中结合实际不断改进。
综合该款产品的优缺点我觉得还是有很多可取之处的，相信在以后的慢慢改进过程中，缺点会被逐步攻破，优点会被逐步放大，最终会得到
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