论文基于单片机的红外遥控密码锁4Word文档格式.docx
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参考文献……………………………………………………………………………………31
基于单片机红外遥控密码锁的设计
电子工程专业学生张新宇
指导老师张钟芳
摘要：
红外遥控电子密码锁是将红外遥控技术和单片机技术应用相结合的一种方案。
红外电子密码锁能实现多种控制功能，有较好的市场发展前景和技术应用价值。
针对传统的机械锁的各种缺点和重要部门安全性要求，设计了一种红外遥控电子密码锁，可以满足安全方面的要求，也能够实现特殊环境下的使用需求。
系统能完成开锁、出错报警、修改用户密码等基本的密码锁的功能，并且能实现遥控、掉电存储、声音提示等功能。
关键词；
电子密码锁红外遥控单片机
Abstract:
Thedesignofelectronicpasswordlockbasedoninfraredremotecontrol.Itisakindofdesignofcombiningtechnicalapplicationthemicro-controlunitwithinfraredremotecontroltechnologytotheelectronicpasswordlockbasedoninfraredremotecontrol.Accordingtothedesignofthetradionalmechanicallocks,thismethodofdesigntotheelectronicpasswordlockcannotonlymeetsafetyrequirements,butalsobeabletoadapttothespecialneedsoftheuseofenviornment.Thissystemhasthebasicfunctionofopeningthelock,alarmingtheerrorpromptandmodifyingthepasswordoftheusersaswellasthefunctionofremotecontrol,droppingtheelectricityandsaving,soundandlighthinting,etc.
Keywords:
Electronicpasswordlock;
Infraedremotecontrol;
Micro-controlunit
引言
当今社会各种电子信息技术进入高速发展阶段，包括信息系统技术微电子、计算机和现代通信技术、传感器技术，这也包括红外线技术，红外线是一种人的肉眼看不见的光线，最近十几年十年来，初露头角的红外技术，在各个领域里得到了广泛的应用，并形成了一门崭新的技术—红外技术。
针对传统的机械锁的各种缺点和重要部门安全性要求，提出的一种基于红外遥控的密码锁设计，通过此方案设计的密码锁电路可以满足安全性要求，也能够适应特殊环境的使用需求。
它是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁等任务。
1.1系统的概述
红外遥控发射器部分主要由AT89C51单片机，红外发射二级管，矩形键盘，数码显示管及复位电路等组成；
主机接收部分主要由AT89C51单片机，红外接收头，矩形键盘，数码显示管，报警器，电磁锁及复位电路等组成。
红外遥控密码锁的应用研究主要应用了红外线编码及解码技术，并通过单片机实现密码的设置、修改等功能。
1.2系统的整体设计
本设计主要是以AT89C51单片机为核心，硬件设计电路主要由3×
4矩阵键盘、74LS164芯片、数码管、发光二级管、LED、电磁继电器、报警器等组成，并具有两大部分的软件设计，包括遥控发射和主机接收部分。
通过定时器T1（P3.5）口，利用定时中断来发射信号。
定时器1中断服务程序的功能是：
红外管发射的信号需经过高频（采用38.5KHZ）调制载波才可发射出去，利用定时器1的定时作用，在发射高频脉冲时，通过定时对P3.5口的取反的操作，使发射信号调制成38.5KHZ的高频，再经过红外发射二级管发射，发射距离为8-10米。
接收时利用P3.2口（外部中断0）的下降沿触发中断来接收信号，并通过P3.3口来判断高低电平。
外部中断0的中断服务程序的功能是：
由接收第一位码的下降沿触发中断后，对第一位（起始位）码的码宽进行验证。
若第一位低电平码的脉宽小于2ms，将作为错误帧处理。
当间隔位的高电平脉冲宽大于3ms时，结束接收，然后根据累加器A中的脉冲数，执行相应的功能操作。
1.2.1遥控发射
遥控发射器主要由AT89C51单片机，红外发射二级管，矩形键盘，数码显示管及复位电路等组成。
该部分的结构图如图1-1所示。
AT89C51
红外发射器
键盘
显示
复位
晶振
图1-1遥控发射结构框图
1.2.2主机接收
该部分的结构图如图1-2所示。
红外接收头
电磁锁
报警器
图1-2主机接收结构框图
1.2.3发射信号的编码
遥控器信息码是由AT89C51单片机的定时器T1调制成38.5KHZ红外载波信号，而关键是它的编码，在这里遥控器的编码采用脉冲个数编码格式，不同的脉冲个数代表不同的操作码信息，最少为2个脉冲，其它信息码的脉冲个数逐个递增。
为了使接收尽量可靠，第一位码宽为3ms，其余码宽为1ms，码间距为1ms，遥控码数据间隔大于10ms。
遥控器上每个键都有唯一的一个键号，单片机通过查得按下键的键值发约定个数的脉冲。
频率为38.5KHZ，即周期约为26us,第一位码需115个脉冲周期，其余为38个脉冲周期，结束帧至少为385个脉冲周期。
一帧信号两帧信号间隔一帧信号
115个38个38个115个38个
………
3ms1ms1ms至少为10ms3ms1ms1ms
图1-3控器编码图
1.2.4发射信号的解码
接收信号的解码是根据红外线接收器输出脉冲帧的格式来进行解码的，即用累加器A分别对符合条件的负跳变脉冲进行计数。
当红外线接收器输出脉冲帧数据时，第一位码的低电平将启动中断程序，实时接收数据帧。
在接收数据帧时，根据发射帧的格式将对第一位（起始）码的码宽进行验证。
若第一位低电平码的脉冲宽小于2ms，将作为错误码处理。
当间隔位的高电平脉冲大于3ms时，结束接收，然后根据累加器A中的脉冲个数，执行相应的操作。
停止位
10ms1ms10ms
…
3ms1ms
图1-4遥控解码图
1.3密码锁的主要功能
1．设定密码：
在该设计中设定了一组原始密码：
123456，用户可以通过矩形键盘的修改键来修改原始密码。
2．密码输入有效显示：
为了确信是否有键按下以及防止密码外泄，在电路中设置了数码管显示，即在显示时并不是显示用户按下的数字符号，而是在输入一位时，数码管则显示一个字符“H”，这样既巧妙地提醒了用户又保护了用户密码。
3．错误报警：
当用户输入的密码连续三次出现密码错误时，系统会长期报警不止，这时必须按复位方可停止。
4.遥控开锁：
这是本论文设计中的最大特点之处，用户可以不必在主机上输入密码开锁。
只要手执遥控器，键入正确密码，便会自动开锁；
如果密码错误，同样也会报警。
2红外密码锁硬件部分
2.1芯片的介绍
2.1.1AT89C51的介绍
设计是以AT89C51单片机为核心的。
AT89C51单片机是由ATMEL公司推出的AT89系列的单片机。
AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89C51具有如下特点：
40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。
1.它的性能与主要特点如下：
（1）与MCS-51微控制器产品系列兼容。
（2）片内有4KB可在线重复编程的快闪擦写存储器（FlashMemory）。
（3）全静态工作：
0Hz-24KHz
（4）三级程序存储器保密锁定
（5）存储器可循环写入/擦除1000次。
（6）宽工作电压范围：
Vcc可为2.7V-6V。
（7）128×
8位内部RAM。
（8）32条可编程I/O线。
（9）两个16位定时器/计数器。
（10）中断结构具有5个中断源和2个优先级。
（11）可编程全双工串行通道。
（12）空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容。
2．AT89C5引脚介绍
图2-1AT89C51引脚排列图
主要引脚（图2-1）的具体描述如下:
Vcc:
电源。
提供掉电、空闲、正常+5V工作电压。
Vss（GND）:
接地。
P0口:
P0口可以作普通的双向I/O口使用，也可以在访问外部存储器时用作低8位地址线和数据总线。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，向P1口管脚写入1后，被内部上拉为高电平可用作输入口，当作为输入脚时，被外部拉低的P1口会因为内部上拉而输出电流。
P1口还具备第二功能。
P2口:
P2口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，向P2口管脚写入1后，被内部上拉为高电平可用作输入口，当作为输入脚时，被外部拉低的P2口会因为内部上拉而输出电流。
在访问外部程序存储器和外部数据存储器时，可作为地址总线的高位字节。
P3口:
也是一个双向功能口既可以作普通输入输出口使用，也可以按每一位的定义实现第二功能操作。
P3口的第二功能,如表2-1所示。
表2-1P3口的第二功能
口线
第二功能
信号名称
P3.0
RXD
串行输入口
P3.1
TXD
串行输出口
P3.2
/INT0
外部中断0
P3.3
/INT1
外部中断1
P3.4
T0
定时器/计数器0
P3.5
T1
顶时器/计数器1
P3.6
/WR
外部数据存储器写选通
P3.7
/RD
外部数据存储器读选通
RESET/VPD:
RESET是复位信号输入端，高电平有效，此端保持两个机器周期以上的高电平时，就可以完成复位操作。
RESET引脚的第二功能VPD即备用电源的输入端。
ALE/PROG:
地址锁存控制信号。
在系统扩展时，ALE用于控制把P0口输出的低8位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的分时传送。
ALE是以1/6晶振频率的固定频率输出的正脉冲。
/PSEN:
程序存储器允许信号输出端。
当访问片外程序存储器时，此脚输出负脉冲作为读选通信号，低电平有效。
/EA/VPP:
片内程序存储器选通控制端，低电平有效。
当/EA端保持低电平时，将只访问片外程序存储器。
当EA端保持高电平时，执行访问片内程序存储器，但在PC值超过0FFFH或1FFFH时将自动转向执行片外程序存储器内的程序。
VPP加入编程电压端。
对EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚用于施加21V的编程电压。
XTAL1:
片内高增益反相放大器的输入端。
接外部石英晶体和电容的一端。
若使用外部输入时钟，该引脚必须接地。
XTAL2:
片内高增益反相放大器的输出端。
接外部石英晶体和电容的一端，若使用外部输入时钟，该引脚作为外部输入时钟的输入端。
3．芯片的可擦除性
AT89C51单片机还具有芯片擦除性，整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下，CPU停止工作。
但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
2.1.274LS164芯片
在显示部分，运用LED静态显示，静态显示方式编程简单，但占用单片机I/O口线多适合于显示器位数较少的场合。
AT89C51单片机应用系统中，当串行口空闲时，可用来拓展并行I/O口（这里设定串行口工作在移位寄存器方式0状态下），作为LED静态显示接口。
在这里运用74LS164来扩展并行I/O口，节约单片机资源。
74LS164是一个串行输入并行输出的移位寄存器。
并带有清除端。
引脚排练图以及逻辑图如图2-2所示。
74LS164引脚定义图
74LS164逻辑图
图2-274LS164器件图
引脚说明：
74LS164是串行输入、并行输出的移位寄存器，其引脚功能如下：
A、B——串行输入端。
Q0-Q7——并行输出端。
/MR——清除端。
CP——时钟脉冲输入端。
在脉冲上升沿实现移位；
当CP=0、/MR=1时，输出保持不变。
2.2单片机硬件电路
2.2.1电源电路
电源电路由桥式整流,滤波电容,7805稳压器及电源指示灯组成。
交流电经过桥式整流变成直流电,再经过电容滤波。
7805集成稳压器稳压成为稳定的＋5V电源。
用一个发光二级管指示灯指示电源状态。
电源电路如图2-3
所示。
图2-3电源电路图
2.2.2复位电路
单片机复位时RESET需要保持96个晶振周期的高电平（即需8个机器周期）。
复位以后P0─P3口输出高电平，堆栈指针SP指向07H，其他特殊功能寄存器和程序计数器PC清零。
只要RESET保持高电平，AT89C51就会循环复位。
RESET当由高电平变为低电平后，单片机从程序存储器0地址开始执行程序。
但单片机复位不影响内部RAM的状态，包括工作寄存器R0─R7。
常见的复位电路有：
上电复位电路和上电按钮复位电路，在本设计中均采用上电按钮复位电路，如图2-4所示。
图2-4复位电路
2.2.3晶振电路
所谓的晶振电路即指单片机的时钟电路。
该电路通常有内部时钟电路和外部时钟电路。
一般选用前者。
单片机芯片内部有一个反相放大器构成的振荡器。
反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，把XTAL1和XTAL2与外部石英晶体及两个电容连接起来可构成一个石英晶体振荡器如图2-5所示。
时钟发生器是一个2分频电路。
它把晶体振荡器的频率2分频后供给片内其他电路。
一般电容C1和C2起到稳定振荡频率、快速起振的作用。
XTAL1
XTAL2
C1晶振
C2
图2-5晶振电路
2.3发射和接收装置
2.3.1发射装置
常用的发射器为红外发光二级管它是电视机、影碟机、音响装置、空调等各类红外遥控系统中不可缺少的电子器件，它将脉冲编码遥控指令用红外发光二极管发射红外线去控制受控装置时，受控装置中均有相应的红外光—电转换元件，通过这个转换把相应的光信号转换为电信号。
这里采用红外发光二极管如SE303·
PH303，外形和发光二极管LED相似，发出红外光（近红外线约0.93μm）。
管压降约1.4V，工作电流一般小于20mA。
为了适应不同的工作电压，回路中常串有限流电阻。
发射红外线去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。
为了增加红外线的控制距离，红外发光二极管工作于脉冲状态，因为脉动光（调制光）的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提高峰值电流，就能增加红外光的发射距离。
提高峰值电流的方法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度。
减小脉冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。
要使红外发光二极管产生调制光，只需在驱动管上加上一定频率的脉冲电压。
红外发射电路如图2-6所示。
图2-6红外发射电路
2.3.2接收装置
常用的红外接收装置有如红外接收二极管，光电三极管等。
实用中已有红外发射和接收配对的二级管。
在本设计中采用红外一体化接收头HS0038。
它有如下优点：
一体化的红外接收装置将遥控信号的接收、放大、检波、整形集于一身，并且输出可以让单片机识别的TTL信号，这样大大简化了接收电路的复杂程度和电路的设计工作，方便使用。
接收头连接图及红外接收电路图如图2-7所示。
HS0038黑色环氧树脂封装，不受日光、荧光灯等光源干扰，内附磁屏蔽功耗低，灵敏度高。
在用小功率发射管发射信号情况下，其接收距离可达35m。
它能与TTL、COMS电路兼容。
HS0038为直立侧面收光型。
它接收红外信号频率为38KHZ,周期约26μs，同时能对信号进行放大、检波、整形，得到TTL电平的编码信号。
三个管脚（1、2、3）分别是地、＋5V电源、解调信号输出端。
图2-7红外接收图
4矩阵键盘
在单片机运用系统中，经常使用简单的键盘和BCD拨码盘作为系统的输入。
键盘由一组常开的按键组成，可以通过键盘输入数据或命令。
每个按键都被赋予一个代码，称为键码。
键码分为编码键盘和非编码键盘。
编码键盘是通过一个编码电路识别闭合键的键码，而非编码键盘是通过软件来识别键盘的。
通常由于机械触点的弹性作用，触点在闭合和断开瞬间的电接触情况不稳定，造成了电压信号的抖动现象，键抖动的时间一般为5—10ms。
为了避免一次闭合引起CPU多次处理，通常会采取去抖动措施。
非编码键盘有独立式键盘和行列式（矩阵）键盘。
由于前者在按键较多时会站用较多的I/O口，因此采用行列式（矩阵）键盘，如图2-8所示。
1.矩阵键盘及其接口
行列式键盘又叫矩阵键盘，是将I/O线的一部分作为行线，另一部分作为列线，按键设置在行线和列线的交叉点上，它是通过检测键盘有无闭合以及查找闭合键的键号，一般采用扫描法。
在这里设计的3×
4的矩阵键盘。
（1）先向所有的行线输出0，列线输出1，然后检测各列线的按键状态，由相应的列线读入累加器A中。
有键按下时，对应的列线输入0，无键按下时所有的列线输入为1。
（2）若有键闭合，依次从行线上逐列输出0，然后依次检测各列线的状态。
若为1，说明闭合键不在该列；
若有的为0，则说明闭合键在该列与行线的交点上。
由于每个按键所有的行号与列号不相同，所以每个按键按行号加列号的值赋予了一个键号。
图2-8矩阵键盘图
2.5数码管
单片机运用系统中，使用的显示器主要有LED（发光二级管显示器）和LCD（液晶显示器）。
这两种显示器成本低廉，配置灵活，与单片机接口方便。
LED显示器结构与原理：
LED显示器是由发光二级管显示字段的显示器件有共阴极与共阳极两种。
（如图2-9所示）其中7只发光二级管（a-g7段）构成字符“8”，另外还有一只小数点发光二级管dp。
当某个发光二级管的阳极为高电平时，发光二级管点亮。
当人为控制某几段发光二级管点亮就能显示某个数码或字符。
LED显示器有静态显示与动态显示两种方式。
LED显示器的字码段（7段码）。
图2-9LED显示器
表2-2LED显示器的字段码（7段码）
显示字符
共阴极字段码
共阳极字段码
3FH
C0H
9
6FH
90H
1
06H
F9H
A
77H
88H
2
5BH
A4H
B
7CH
83H
3
4FH
B0H
C
39H
C6H
4
66H
99H
D
5EH
A1H
5
6DH
92H
E
79H
86H
6
7DH
82H
F
71H
8EH
7
07H
F8H
P
73H
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