电子密码锁说明书Word文档格式.docx
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在国外，美国、日本、德国的电子密码锁保密性较好，并结合感应卡技术，生物识别技术，使电子密码锁系统得到了飞跃式的发展。
这几个国家的密码锁识别的密码更复杂，并且综合性比较好，已经进入了成熟期，出现了感应卡式密码锁，指纹式密码锁，虹膜密码锁，面部识别密码锁，序列混乱的键盘密码锁等各种技术的系统，它们在安全性，方便性，易管理性等方面都各有特长，新型的电子密码锁系统的应用也越来越广。
1.4要解决的问题
在许多电子密码锁的设计中都能够正确地比较密码然后开锁，而没有对错误密码的报警指示，不能有效地预防非法开锁盗窃。
所以本设计要解决的问题是判断密码正确与否，而且对错误开锁方式的制止。
2总体方案设计
通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了两种技术方案来实现系统功能。
下面我将对这两种方案的组成框图和实现原理分进行说明。
2.1方案比较
2.1.1方案一
图2.1方案一的原理框图
原理：
密码存储电路时先焊接固定的密码电路，使其不能更改，在输入按钮开关处输入密码，第一个密码按下时触发5s定后自锁住按钮开关使其不能再输入密码，密码输入到锁存电路中和已存储的密码进行比较若密码正确则开锁，否则触发20s定时报警。
2.1.2方案二
图2.2方案二的原理框图
首先设置密码，通过锁存器将密码锁存。
然后输入密码，当第一位密码输入时5s定时开始，5s定时结束后自锁键盘，使其再不能输入密码。
输入的密码通过密码锁存电路锁存起来，将输入密码与设置的密码进行比较，再按确认键，若密码正确则开锁，若密码不正确则触发20s定时报警。
当密码不正确时按复位键则可以再次输入密码。
2.1.2方案三
图2.3方案三的原理框图
2.2方案论证
经论证两种方案均可行，且大体相同。
方案一中电子密码锁的基本功能能够实现功耗较低，但密码不能修改，密码为预先设置的初始密码。
另，当输入四次密码输入完后，立刻自动开锁，从安全性来说较低。
方案二中设有复位，对于错误密码有修正功能，对于调试过程中能够及时停止报警，但是功耗相对于一要大。
方案二中有原始密码修改功能。
此方案中确认键防止按键次数不对也开锁。
方案三它由四部分组成即输入电路、编码电路、执行电路、报警电路组成。
在这个设计的优点在于电路简单易懂，而且造价便宜。
具有一定的保密性。
2.3方案选择
基于功能的全面和安全性能的考虑选择了方案二。
密码修改功能在日常中很重要。
如怀疑密码被盗，可以修改密码保障安全。
且，当密码输入错误时可以按复位来再次开锁。
3单元模块设计
该密码锁主要由密码设置模块、键盘模块、密码输入锁存模块、密码比较模块、
定时模块以及开锁和自锁模块模块构成。
下面分模块介绍。
3.1各单元模块功能介绍及电路设计
3.1.1密码设置模块设计
1.该模块主要实现密码的设置以及所存的功能。
2.该模块的原理及其实现方式。
本设计要求密码为4位十进制代码。
为实现密码的设置采用了74HC160十进制的计数器和按钮按下给计数器一个脉冲，从而达到密码设置的功能，考虑到密码锁空间有限，因此没有用十个按键设置键盘。
密码设置后通过CD4511和7段数码显示器来实现译码显示已设置的密码。
但在实际使用中这是不可见的。
3.结构框图
图3.1密码设置模块框图
4.protues仿真电路图及原理
按钮按下给一个脉冲，该脉冲提供74HC160的时钟信号，从而74HC160计数一次并通过74HC4511和7段数码显示器显示出设置的数字。
74HC160有很多功能，在此模块中只选用了它的十进制加计数的功能。
密码设置原理电路如图3.1所示。
图3.2密码设置和显示电路
密码设置总电路图如图3.3所示。
图3.3密码设置总电路
3.1.2矩阵键盘模块设计
1.该模块主要实现给相应功能端一个上升和下降脉冲沿。
2.该模块实现方式和原理
按钮按下之前输出端为低，按下之后为高电平，按钮升起来为低电平。
3.protues仿真原理图
按钮之后，R之前为输出端。
图3.4按键电路
图3.5按键区总电路
由于设计要求，键盘模块内设置了确认按钮以及复位按钮。
3.1.3密码输入锁存模块
1.该模块实现的功能是密码输入及锁存。
2.该模块由两部分构成，一部分为密码输入编码，一部分为密码输入锁存显示。
3.结构框图：
图3.6密码输入模块框图
4.protues仿真原理及电路图
密码输入编码由两片4532构成的16线-4线优先编码器所构成。
由于实际使用的只有10个输入端，则高六位接地。
如下图所示。
Gs端仍为整个编码器的编码指示信号。
如图3.5所示。
图3.716线-4线优先编码器电路
由于键盘为一组，而要输入四位密码，则需要片选，本设计中用到了74HC194构成的右移的移位寄存器，从而控制了四个锁存器和译码显示器的工作（如下图）。
图中2.4.6.12分别控制4个4508的STB端和4511的LE端。
图3.874HC194构成的片选电路
图3.9整个密码输入锁存电路
3.1.4密码比较模块设计
1.该模块主要实现的功能是比较密码正确与否。
2.该模块主要四位数值比较器74LS85、一片2输入与门和一片4输入与门来实现。
图3.10密码比较模块框图
4.protues仿真电路，及其原理
该模块原理是A0，A1,A1，A3,为输入密码的四位二进制代码的输入端，B0,B1,B2,B3为存储密码的输入端。
通过74LS85比较，若比较出正确，则A=B端输出高电平，通过4片比较器比较后对结果进行与，再通过四输入与门确定四位密码正确与否，二输入与门输入端分别接密码输入次数（输入四次后05为高电平）和比较结果。
图3.11密码比较电路
3.1.5定时报警模块
1.该模块主要实现定时报警，具体有以下几个功能：
（1）5s内密码输入不正确则触发20s报警指示。
（2）5s内密码未输入完成则触发20s报警指示并且自锁复位。
（3）5s内密码输入正确则不报警。
2.该模块主要由555定时器构成的多谐振荡器和单稳态触发器来实现，其间为实现上面4个功能，用到了D触发器，多个反相器和与门和与非门。
图3.12定时报警模块框图
4.555定时报警电路仿真
图3.13555定时报警电路
3.1.6开锁自锁模块设计
1.该模块功能是密码正确时安确认按钮时开锁，开锁信号由LED灯指示。
5s后自锁电路。
2.该模块由D触发器和逻辑开关来实现。
图3.14自锁开锁模块框图
4.protues仿真电路及原理。
该模块原理为确认按钮给D触发器一个有效脉冲，密码正确后LED灯亮，否则不亮。
5s定时结束通过反相器给另一个D触发器，使其断开键盘电源达到自锁。
图3.15开锁和自锁电路
3.2电路元件选择和参数计算
3.2.1元件参数计算
设计中有5s和20s定时，选择了555定时器组成的单稳态触发器来完成。
其中5s定时电路中R为455k，C为10u。
具体公式如下：
TW=1.1RC
20s定时电路的R为1818k,C为10u。
公式同上。
报警频率设置为1Hz，则采用555定时器构成的多谐振荡器来完成，其中多谐振荡器公式为：
由上述公式计算得R1为100k，R2为21.4k，C为10u。
3.2.2元件选择
元件选择见表3.1所示
表3.1元件表
电阻R
电容C
型号
个数
1818k
2
10u
10
360
4
0.01u
5
455k
1
21.4k
3.3k
10k
3.3特殊器件的介绍
本系统中主要使用了555定时器芯片。
下面就该器件的功能特点、主要参数和使用方法作相应说明。
3.3.1555定时器的介绍
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
一般用双极性工艺制作的称为555,用CMOS工艺制作的称为7555,除单定时器外,还有对应的双定时器556/7556。
555定时器的电源电压范围宽,可在4.5V～16V工作,7555可在3～18V工作,输出驱动电流约为200mA,因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
图3.16555定时器的引脚图
555定时器的功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
若触发输入端TR的电压小于VCC/3,则比较器A2的输出为1,可使RS触发器置1,使输出端OUT=1。
如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3,同时TR端的电压大于VCC/3,则A1的输出为1,A2的输出为0,可将RS触发器置0,使输出为0电平。
555定时器功能表和参数表如表3.2和表3.3所示。
表3.2555定时器功能表
输入
输出
阈值输入
触发输入
复位
输出
放电管
*
导通
截止
不变
表3.3555定时器的参数表
参数
符号
值
单位
电源电压
Vcc
16
V
导致温度（焊接10秒）
TLEAD
300
°
C
功耗
PD
600
mW
工作温度范围
LM555/NE555
TOPR
0~+70
-40~+85
储存温度范围
TSTG
-65~+150
3.3.274HC161器件介绍
时钟CP和四个数据输入端P0~P3清零/MR
使能CEP，CET
置数PE
数据输出端Q0~Q3
以及进位输出TC（TC=Q0•Q1•Q2•Q3•CET）
74HC161功能表如表3.4所示。
表3.474HC161功能表
输入
输出
CR
CP
LD
EP
ET
D3
D2
D1
D0
Q3
Q2
Q1
Q0
0
Ф
1
↑
d
c
b
a
状态码加1
从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。
当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。
而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。
74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO=Q0·
Q1·
Q2·
Q3·
CET。
合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。
3.4各单元模块的联接
本设计中共有6个模块，各个模块之间的联接关系如下：
（1）键盘模块和密码锁存模块的联接关系是将键盘编号对应的按钮接在密码编码电路中4532对应的输入端。
（2）密码锁存模块、密码设置模块及密码比较模块的联接关系系是密码锁存器4508的输出端和对应的密码设置中的74HC160的输出端接到相应的比较器74LS85的输入端。
（3）定时报警模块、开锁自锁模块及键盘模块的联接关系是定时模块中D触发器的CLK端接相应的脉冲信号（在3.1.5中有阐述），通过定时模块中5s定时电路锁住键盘模块电源，从而达到自锁。
键盘模块中有复位按钮，复位按钮是接在所有D触发器的R端，达到复位的功能。
（4）开锁自锁模块和密码比较模块的联接关系是密码比较模块中输出结果端06接在D触发器的D输入端，作为开锁信号的判断依据。
具体联接关系见附录。
4系统调试
简单说明对系统的一些模块用仿真软件进行了具体的调试。
4.1仿真电路总图
见附录。
4.2系统仿真参数设置
在系统调试之前，我们需要对系统进行参数设置，如表4.1所示。
表4.1系统仿真参数
序号
编号
R1
10K
22
R24
3.3K
45
U27-30
74HC160
R2
23
R25
46
U16:
A
74LS04
3
R3
24
R26
47
U22:
B
4013
R4
25
R27
48
U9:
R5
26
R28
49
U18-21
OR
6
R6
27
C1
50
U32:
7408
7
R7
28
C2
51
U4-7
74HC4511
8
R8
29
C3
52
U23-26
9
R9
30
C4
53
U34-37
74LS85
R10
31
C5
54
U39:
4508
11
R15
32
C6
55
U2;
12
R17
33
C11
56
U2:
R29
34
C12
57
U3:
R12
1818K
35
C13
58
U33:
74LS21
13
R13
100K
36
C14
59
U10-14
NE555
14
R14
21.4K
37
C15
60
LS1
SOUNDER
15
R18
38
C21
61
LS2
R19
39
C22
62
D1
LED-BIRY
17
R20
40
C23
63
D2
18
R11
455K
41
C24
19
R21
42
U24:
4016
20
R22
43
U36:
21
R23
44
4.3功能调试
4.3.1定时报警模块的仿真调试
4.3.1.1调试目的
调试5s定时和20s的时间准确度。
4.3.1.2调试内容
用示波器观察555定时器中5s和20s定时。
4.3.1.3调试电路
如图4.1所示。
图4.1定时模块调试电路
4.3.1.4调试结果
如图4.2和图4.3所示。
图4.25s定时电路示波器观察
图4.320s定时电路示波器观察
4.3.2密码设置模块的仿真调试
4.3.2.1调试目的
调试密码设置模块的密码设置功能。
4.3.2.2调试内容
设置密码为2014。
4.3.2.3调试电路
如图4.4所示
图4.4密码输入模块调试电路
4.3.2.4调试结果
如图4.5所示。
图4.5密码设置电路仿真
4.3.3密码输入锁存模块的仿真调试
4.3.3.1调试目的
调试密码输入模块的密码输入功能。
4.3.3.2调试内容
密码输入为1411。
4.3.3.3调试电路
如图4.6所示。
图4.6密码输入模块调试电路
4.3.3.4调试结果
如图4.7所示
图4.7密码输入锁存电路仿真
4.3.4密码比较模块调试
4.3.4.1调试目的
调试密码比较模块的比较功能
4.3.4.2调试内容
输入正确密码和错误密码时的输出结果
4.3.4.3调试电路
如图4.8所示
图4.8密码比较模块调试电路
4.3.4.4调试结果
密码正确时如图4.9所示。
图4.9密码正确时比较结果
密码错误时如图4.10所示。
图4.10密码错误时比较结果
4.3.5开锁模块调试
4.3.5.1调试目的
验证开锁模块的指示功能。
4.3.5.2调试内容
输入正确和错误密码分别观察指示灯的工作状态。
4.3.5.3调试电路
如图4.11所示
图4.11开锁模块调试电路
4.3.5.4调试结果
正确密码输入时如图4.12所示。
图4.12密码正确时调试结果
密码错误时如图4.13所示。
图4.13密码错误时调试结果
5系统功能、指标参数
本节主要从报警器的实现的功能、开锁信号参数测试两个方面进行介绍。
5.1系统能实现的功能
在家庭防盗中各种情况实现对应功能。
主要有以下几个功能：
一、密码可以通过内部人员修改，在实际生活中密码不显示，为测试方便则有密码显示。
二、密码在5s内错误输入且按确认开锁，按确认的同时报警器就报警。
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