红外遥控电子密码锁设计软件设计开题报告Word文档格式.docx
《红外遥控电子密码锁设计软件设计开题报告Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《红外遥控电子密码锁设计软件设计开题报告Word文档格式.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
2红外遥控电子密码锁的最新成果及动态
2.1红外线通信原理
在许多单片机应用系统中，常常利用非电信号传送信息以实现遥控的功能。
而红外通信具有传输可靠性高、实施方便、控制简单等特点，是一种较为常用的通信方式。
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。
红外通信一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75um至25um之间。
红外数据协会（IrDA）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通信效果，红外通信协议将红外数据通信所采用的光波波长的范围限定在850至900nm之内。
红外通信的基本原理是发送端将基带二进制信号调制为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。
常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法。
脉时调制（PPM）是红外数据协会（IrDA）和国际电子电工委员会（IEEE）都推荐的调制方式，本设计采用脉时调制方法，即用两个脉冲串之间的时间间隔来表示二进制信息，数据比特的传送仿照不带奇偶校验的RS232通信，首先产生一个同步头，然后接着8位数据比特。
如图1所示：
图1PPM调制波形图
普通的红外遥控采用面向指令的帧结构，数据帧由同步码，地址码和指令码组成，指令码长度多为8～16个比特，传送多字节遥控协议时效率偏低，而增加指令码的长度不利于接收器同步，为此本设计选用一种面向字节的帧结构，采用类似于异步串行通信的帧结构，每帧由一个起始位（二进制数0）、8个数据位和2个停止位（二进制数1）构成，如图2所示。
每帧传送1个字节的数据，帧与帧间隔大于2ms，帧结构不含地址信息，寻址问题由高层协议解决。
图2数据帧结构示意图
简言之，红外通信的实质是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输。
红外通信的硬件组成即通用红外遥控系统由发射和接受两大部分组成。
应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作。
发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；
接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。
如图3所示：
图3红外遥控系统框图
2.2红外遥控技术
红外遥控技术在遥控方式上大体经历了从有线到无线的超声波、从振动子到红外线、再到使用总线的微机红外遥控这样几个阶段。
无论采用何种方式，准确无误传输信号，最终达到满意的控制效果是非常重要的。
最初的无线遥控装置采用的是电磁波传输信号，由于电磁波容易产生干扰，也易受干扰，因此逐渐采用超声波和红外线媒介来传输信号。
与红外线相比，超声波传感器频带窄，所能携带的信息量少，易受干扰而引起误动作。
较为理想的是光控方式，逐渐采用红外线的遥控方式取代了超声波遥控方式，出现了红外线多功能遥控器，成为当今时代的主流。
随着单片机等技术的广泛应用，促使红外遥控技术也得到空前的发展，越来越多的功能强大，操作简便的实用性红外遥控接收器出现在市场上。
由于红外遥控具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其他小型电器装置上也纷纷采用红外遥控。
工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。
在这些因素影响下，红外遥控技术得到了迅猛发展，随着越来越多功能强大、结构复杂的电器设备的出现，需要更多各种功能强大的红外遥控器。
2.3红外遥控电子密码锁硬件部分功能模块
目前，红外遥控电子密码锁的系统各式各样，但他们的组成模块大都相同，大致可以分成6个模块：
红外遥控模块、单片机模块、蜂鸣器报警功能模块、LED数码管显示模块、按键功能模块,开锁功能模块等。
如图4所示；
图4系统硬件功能模块框图
各个功能模块的功能大致如下：
红外遥控模块：
遥控器按键被按下时，输出一定数量被调制的脉冲信号。
当接收器收到发射器的红外指令信号时，它将红外信号变成TTL电平信号，再经放大、解调、整形、解码处理后送入CPU，由CPU进行识别处理，以控制电子密码锁的工作。
单片机模块：
主控电路模块主要采用以单片机AT89S52为核心的主控电路。
红外线接收器把接收到的信号传送给单片机，单片机对信号进行识别，把信号识别成指令，利用这些指令控制电子密码锁的运行。
蜂鸣器报警功能模块：
每按一次键时，单片机发出驱动信号，使蜂鸣器“嘀”的一声响。
LED数码管显示模块：
此模块采用单片机向液晶显示屏的串口发送数据，当串口接收到一串数据后，液晶显示屏能实现文字的显示、清屏操作和光标的设置等操作。
按键功能模块：
使用者可以通过该模块输入密码；
开锁功能模块：
当密码输入正确时，单片机发出驱动信号，使电子密码锁开启。
2.4红外遥控电子密码锁的软件部分
由于C语言的编辑，编译，调试等久较汇编简单，目前红外遥控电子密码锁系统软件部分的设计通常基于C语言，采用模块化设计思路，以主程序为核心设置了多个功能模块子程序。
主程序主要起到一个导向和决策的作用，系统的各种功能模块主要通过调用具体的子程序来实现。
程序分为主程序、红外遥控模块子程序、密码判断子程序、数码管显示子程序、键盘扫描中断服务程序及待机中断服务程序等。
主程序完成内部RAM单元和特殊功能寄存器的初始化后，进入一个循环结构。
在循环中，首先调用数码管显示子程序，接着判断是否有键按下，然后判断是数字键还是功能键，若是数字键则进行密码判断，若是功能键则判断是确认键还是取消键，然后根据确认键和取消键执行相应的操作。
目前，红外遥控电子密码锁系统各式各样，但是其组成有很大的相似之处，这些系统大都可以满足易用性，通用性，保密性及扩充性等方面的性能，真正解决了传统密码锁和一般的电子密码锁的不足，操作方便，提高密码锁的可靠性和安全性，实现了远距离控制技术，并且能够很稳定的实现远距离控制技术，真正达到了密码锁的功能，基本可以满足用户的需要，起到防盗的作用。
3课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标
3.1该课题的研究方法
（1）整体设计思路
本系统的硬件以单片机控制为中心，分为红外遥控，单片机控制，蜂鸣器报警，LED数码管显示，键盘输入，开锁模块以及电源。
方框图如下：
软件是整个控制系统的核心，在硬件结构一定的情况下，只要改变软件就能实现一些不同的功能。
C语言是一种源于编写unix操作系统的语言，是一种结构化语言。
与汇编相比有许多优点，仅要求对51的存储器结构有一定地了解，可以分为不同的函数。
这种方式可以使程序结构化，有将可变的选择与特殊操作组合在一起的能力，大大提高了效率，而且C语言程序本身并不依赖于机器硬件系统，比较灵活。
通过以上的比较，该课题的设计基于C语言，使用KeiluVision编辑、调试、编译通过。
采用模块化设计，自顶而下的设计思路，这样的设计有利于程序代码的优化，而且便于设计、调试和维护。
以主程序为核心设置了多个功能模块子程序。
程序大致可以分为系统初始化程序、红外遥控模块子程序、密码判断子程序、显示子程序、键盘扫描中断服务程序等。
其中主程序主要起到一个决策和导向作用，系统的各个功能模块主要通过调用具体的子程序来实现。
系统初始化主要包括：
定时器、中断、1602芯片以及系统参数等的初始化；
往EEPROM写入初始化密码主要是完成对原先密码进行更改或者进行相关设置的任务，然后将更新后的密码保存到EEPROM中。
校对是将输入的密码和保存在EEPROM中的密码进行比较
相同则开锁，不同就要进入报警模块；
报警模块主要任务是，输入的密码和保存在EEPROM中密码不同是进行报警，本文设计的是如果3次输入密码错误，报警
模块就会报警；
译码部分主要完成在遥控处理状态下对遥控器所发出的信号进行解码，以得到相应到完成相应功能的码值。
图5主程序流程图
（2）主程序流程图
如图5所示：
（3）矩阵键盘的流程图
如图6所示：
（4）红外遥控模块的流程图
如图7所示：
图6矩阵键盘的流程图
遥控发射程序框图遥控接收程序框图
图7红外遥控模块流程图
3.2该课题的研究难点
该系统是一个数模结合的系统，其中红外遥控部分的发射和接收是模拟电路部分，单片机以及它的外围电路均是数字电路部分。
那么防止模拟电路和模拟电路之间的相互干扰是一项极为重要的任务。
（1）红外遥控模块
在红外遥控模块，由于有红外线信号的发射和接收，必须减少元件之间的干扰并且采取措施以提高该模块的抗干扰能力。
形成干扰的基本因素有一下三个：
1.干扰源：
指产生干扰的元件、设备或者信号；
2.传播路径：
指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或者媒介；
3.敏感器件：
指容易被干扰的器件。
针对形成干扰的三个因素，可以采取下列抗干扰技术：
1.抑制干扰源：
例如系统中晶振就是一个干扰源，可以在其两端并联电容来减小其对系统产生的干扰；
2.切断干扰传播路径：
例如单片机对电源噪声很敏感，为了减小电源噪声对单片机干扰，可以采取给电源加滤波电路的方法；
3.提高敏感器件的抗干扰性能：
提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件方面考虑尽量减少对干扰噪声的拾取，以及从不正常状态尽快恢复的放法。
例如选用合适的晶振，单片机闲置的I/O口都要接地或者接电源。
该模块的基本任务就是红外遥控用户的按键信息。
理想系统是红外遥控接收信息和红外遥控发送信息是完全一致的，但这种理想系统是很难实现的，因为信息在传递过程中总会伴随着一定的信号失真。
而产生信号失真的原因大致分为两类：
1.由于通信设备自身性能不完善，例如红外遥控发射器和接收器中的部分器件性能不好造成信号失真。
这就需要通过反复的硬件调试和软件调试，找出问题，解决问题，这个过程还是有一定的难度的。
2.干扰和噪声引起的信号失真，这种信号失真通常是不能被完全解决的，一般只能够尽可能的减小。
另外，红外遥控接收模块调试也是一个难点，出现的问题是红外遥控发射器已经发射了数据，但是红外遥控接收器却无法接收数据，这需要修改程序以及进行不断地调试，直到红外遥控接收器能接收数据，并且与发射的数据相一致。
（2）密码存储模块
在密码存储模块中，密码的保存也是一个难点。
矩阵键盘处理程序的操作包括:
密码的设定和密码的比对。
遥控器的操作包括:
密码的比对。
在各种操作过程中，原始密码的保存和用户更新密码的保存均采用E2PROM来解决。
E2PROM电可擦可编程只读存储器，它是一种掉电后数据不丢失的存储芯片，可以在电脑上或专用设备上擦除已有信息，重新编程。
3.3预期达到的目标
红外遥控电子密码锁系统的软件部分是根据系统功能要求设计的。
在该系统中，软件设计要力求做到以下几点:
1）软件结构清晰，简捷，流程合理。
2）各功能程序实现模块化，子程序化。
3）运行状态实现标志化管理。
各个功能程序运行状态，运行结果以及运行要求都要设置状态标志以便查询，程序的转移，运行，控制都可通过状态标志条件来控制。
4）实现软件抗干扰设计。
软件抗干扰是单片机应用系统提高可靠性的有利措施。
该系统的主要内容和预期达到的目标如下：
1、外遥控信号的接收（遥控距离达到8－10米）；
2、键盘输入、本机设置的键盘信息管理功能；
3、单人、多人的电控锁开锁、关锁的控制功能；
4、报警功能。
4研究工作详细进度和安排
12010-11-23—2011-01-10课题调研，文献检索，完成外文翻译、文献综述、开题报告的初稿工作
22011-02-21—2011-03-11完成软件设计（设计程序结构，编写软件），完成毕业设计初稿
32011-03-14—2011-05-03毕业实习并提交实习报告
42011-05-04—2011-05-22论文修改与提交
52011-05-23后准备毕业论文答辩
5参考文献
[1]石晶晶李亚梅.新型红外遥控密码锁的研究与设计[J].中国科技信息2008（19）：
134-136.
[2]王晓东,刘春红,于鑫.单片机和计算机的串口通信[J].应用科技,2003（30）
1:
14-16.
[3]何小艇主编.电子系统设计[M].浙江大学出版社，1998.12.
[4]曹开田.基于单片机的红外遥控密码锁的设计与实现[J].中国仪器仪表，2006（3）：
93-94.
[5]于会山，崔学礼.一种新型红外线遥控智能密码锁[M].电子技术，2005.10.
[6]曹巧媛.单片机原理及应用[M].北京:
电子工业出版社，2002.
[7]牛翌光.单片机原理及接口技术[M].北京:
电子工业出版社，2008：
32-79.
[8]杨路明.C语言程序设计[M].北京:
北京邮电大学出版社，2005:
52-268.
[9]张文峥,李先亮,张其善.IrDA红外通信在导航仪中的应用[J].2000（10）：
54-56.
[10]尹学锋.红外线遥控密码锁的研究[M].安防科技研究与探索，2008.3.
[11]李明等.C语言程序设计教程[M].上海.上海交通大学出版社，2008.
[12]马冬梅,屈 霞.一种简易红外遥控密码锁设计与实现[J].现代电子技术,2010（13）：
159-162.
[13]程院莲，卢飞跃，基于AT89S51单片机的电子密码锁的设计[J].福建电脑,2010（6）：
58-61.
[14]王金国.采用单片机的电子密码锁控制电路[J].山东煤炭科技,2000（3）:
30-33.
[15]董继成.一种新型安全的单片机密码锁[J].电子技术应用,2004,（3）:
58-60.
[16]JimemezPetal.ImprovedPPMschemesforinfraredwirelessLAN[J].ElectronicsLettrs.1996.10.
[17]SerialInfraredLinkAccessProtocol（IrLAP）,Version1.1.June16,1996,IBMCorporation,Hewlett-PackardCompany,AppleComputer,Inc.,CounterpointSystemsFoundry,Inc.
升级会员 