基于单片机的新型遥控密码锁电路系统设计Word文件下载.docx

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本设计可以实现的功能有：

管理员密码、用户密码修改、本机开锁、遥控开锁、密码错误报警和锁定按键等功能。

关键词密码锁，单片机，新型遥控，红外线

ABSTRACT

Therapiddevelopmentofmodernsociety,sothatpeopleonscienceandtechnologytechnicalrequirementsarealsoincreasing,especiallyinthedailynecessitiesweallseeksimplebutpracticalproducts.Sothisdesignistobebasedonthetraditionallocksontheremotecontroltowirelesscontrollocks,thisdesignisbasedonSCMSTC89C52newinfraredremotecontrolanti-theftlockcontrolsystemcircuittheoryandpracticerelatedapplications,includingtheInfraredlockhardwareandsoftwareimplementationprocess,detailingthesystemhardwareandsoftwaredesignstructureandpoints.

Featuresofthisdesignaretwowaystoenterthecontrolchiptocontrolthelockcircuittocompletetheinfraredlockstheoperatingmanualpasswordentryandinfraredremotecontrolpassword.Themaincontentsareasfollows:

4*4matrixkeyboardtoSTC89C52chipasthecoreofthelockofthedataprocessingandcontrolcircuit,theoutputoftheseven-segmentdisplaycircuit,inadditiontothesystemaswellasLEDwarninglamp,alarmbuzzer,themicrocontrollerresetcircuitreceiverinfraredtransmitterandinfraredandelectroniclockscircuitdesigntypicalcircuitdesignandapplicationmethod.Thisdesigncanbeimplementedfeaturesare:

theadministratorpassword,userpasswordchanges,themachinelock,remotekeylessentry,passworderroralarmandlockthekeys,andotherfunctions.

KeywordsPasswordlock,Microcontroller,anewtypeofremotecontrol,infrared

1绪论

1.1序言

随着信息技术的飞速发展以及计算机的普及，我们已经对传统的机械防盗锁具不满足，对自己居住环境的安全和财产安全提出了更高的要求，因此电子智能化就被引入到了家庭及住宅小区，并且迅速的在世界各地发展起来。

在日常生活中人们常需要携带很多不容钥匙因此很容易混淆使用，这样的话会很不方便而且钥匙丢失后也会十分麻烦安全性也会打折扣。

所以随着技术的不断发展用密码来代替钥匙开锁的密码锁就应运而生了。

随着电子技术的高速发展，传统的锁具也迎来了巨大的变革，通过现代的先进电子技术和机械技术融洽结合之后，产生的新的不同于传统的密码锁。

现在的密码锁种类也是不断的增加改变。

包括了指纹识别锁、声控锁、磁卡锁以及IC卡识别锁、生物锁等。

不过这类的密码锁只是对锁具指定的指纹、有效卡和声音才有效，并且不能够加以远程控制，因此它的性能决定了它只能适用于保密要求非常高且仅供个人或是集体使用的房间和保险柜等。

本文设计的控制电路是由STC89C52单片机来编程实现，具有管理员密码、按键提示、密码报警错误提示、锁定按键、手动开锁、遥控开锁等功能，并且还可以在密码意外泄漏的情况下及时修改密码，具有安全性强、灵活度高的性能因此适用范围十分广泛。

我们日常生活中最常用到的红外遥控具有许多的优点，例如采用红外发光二极管来作为红外线的发射装置；

它的遥控发射器都是小型化的而且价格低廉；

采用的是数字信号编码和二次调制方式。

红外线也不会轻易地向室外泄露，更不会产生无线信号的串扰；

红外线传输的反应速度快、传输效率高、工作稳定可靠等。

并且在有工业环境干扰的情况下，比如常见的高温高压、电磁辐射、有毒有害的气体以及工业粉尘，红外线遥控也可以克服他们从而达到快速安全有效的传输。

因此目前市场上使用最广泛的一种通信和遥控手段就是红外线遥控。

1.2锁具种类以及国内外发展现状

电子密码锁的种类繁多，具体有以下几种:

1普通密码锁

普通锁具在生活中被广泛使用，它的发展大致可分为五个阶段:

（1）古代用的木质锁；

（2）古代改进的机械锁；

（3）近代发展起来的机械锁；

（4）现在的普通电子密码锁等；

（5）不久之后的家用电子密码锁、遥控密码锁锁、特定功能的安全密码锁。

在五十年代，意大利人设计出了比较先进的机械锁，它的性能完全凌驾在当时的其他锁种上面。

因此到现在我们最常用的锁还是意大利人研究出来这种机械锁。

这种锁相对于之前的锁它的结构十分简单但是在使用的时候非常方便，而且在价格方面也是比较便宜。

不过随着信息技术的日益发展，它在使用的时候也暴露出了一些局限性和很多缺点：

第一点就是机械锁是金属来制作而成的，它是通过钥匙和锁芯的这两个结构的配合来工作。

但是根据权威数据的统计，用户所使用的机械锁种每四千把锁中就会出现两把锁钥匙的齿形类似甚至相同，这样的一项数据表达的信息是爆炸性的，也就是你用的锁会用几十上百相同的钥匙这样也就导致了我们日常使用的机械锁的安全性能会相对较低；

第二点是如果机械锁的钥匙一旦丢失，那么后果就会是不管谁捡到了钥匙都可以将锁打开;

第三点是因为机械锁的结构材料一般都是黄铜，黄铜的质地较软，所以容易受到损坏。

密码锁从根本上克服了传统钥匙机械锁的一些缺点，它采用的是密码来代替钥匙，这不仅省去了人们要佩带钥匙的烦恼，也解决了传统机械锁在安全性能上的一些瑕疵。

比如仅仅采用5位密码，则密码的组合就会高达105个，而平时的生活中大都采用的是六位的密码，它的组合则可达到106个，这更大程度上让随机开锁的机率变为0。

2机械密码锁

机械密码锁是将解锁的数字密码以机械的装定形式存储在锁具的识别机构上，在锁具的外围建立密码的操作按键用作密码的输入。

在密码输入之后，系统就会产生相应的识别反应，即如果输入的是正确的密码，则识别机构就会产生相应的开锁动作;

如果输入的是错误的密码，则识别机构将会做出复位反应或者是不会做出其他响应。

机械密码锁是由材料机械的加工制作而成的，结构耐用、可以抵抗电磁干扰、而且外界其他的异常信号是非常难启动它的识别机构。

但机械密码锁也存在着一些不足，比如用户在忘记密码之后会很不方便，而且机械的密码锁没有形成相应的智能系统，而且它通常是由多个比较复杂的机电功能小组件构成的，它结构的微小型化也需要依靠先进的制造装配技术以及打磨工艺，这就决定了它的制造周期相对较长、成本也会比较高，而且在机电接口的组装及测试上的要求也会比较高。

3电磁/卡片式密码锁

该类型锁具与机械锁比较相似，它是的原理是利用光电藕合或者是电磁感应，然后将锁的密钥信息预先存入卡片充当开锁钥匙，因此开锁时只需将磁卡片与锁内的感应装置进行感应就可以将锁打开。

我们可以了解到该类锁的成本相对较低；

针对用户是单一性的，可以链接机算计，并且可以保存开门记录。

不过不足之处是卡片设备在长时间的使用过程中会有一些不可逆的磨损，因此它的使用寿命也会较短；

开锁密匙的卡片也比较容易复制，因此不太容易双向控制；

因为是电磁感应所以磁卡内的存储信息会在外界磁场的干扰下发生错乱，导致卡片无法正常使用。

4指纹密码锁

该类锁是通过检验使用人员的指纹或者面部等方式来实现识别开锁。

管理员通过使用采样控制软件，来对指纹进行采集和保存；

识别软件再通过指纹的识别来对开锁者的身份进行确定再实现开锁。

指纹密码锁具有精密的系统，它也具有唯一针对性和不可变性的特点，因此一直都被当作是身份鉴定的可靠手段，因此它的安全系数极高。

不过它也会存在一定的局限性，它在使用起来不是特别的方便，而且它对安装的环境有非常高的要求；

由于它极高的精确性，因此它只会对完整的识别体产生反应，一旦识别体受到损伤，比如手指划破或者其他被用于开锁的识别部位受有损伤，那么在这样的情况下，就会产生识别错误以致于无法开锁。

5电子密码锁

80年代的时候，最早的电子密码锁在日本被生产了出来。

随着日本经济的复苏和电子行业的飞速发展，出现了一些利用简单的门电路设计出来的密码锁。

不过基于这类密码锁的电路比较简单，因此它的安全性就相对差，很容易被破解。

到了90年代，意大利、美国、加拿大、德国、日本、韩国等发达国家以及我国的台湾地区和香港地区等地因为微电子技术的不断进步和通信技术的不断发展而为密码锁的发展提供了技术上的支持，因此就推动密码锁走向了实际应用的这一关键阶段。

我国于90年的代初才开始对密码锁进行初步的探索。

从那时候的开始到现在已经在此领域有着一个较大的发展，我们采用了比较多的电路来进行设计，技术也达到了一定的先进水平相，不过，我们还是必须得正视这样的一个事实，那就是我国出口的产品中高档的产品仅仅只占15%-20%，而我国的高档产品相对于发达国家来说也只能算是他们的中档产品，因此价格上是十分受限制的。

所以我国目前出口的产品与国外的产品比较起来，无论是在品牌知名度上还是在产品的售价上，我国的产品都与发达国家的产品有着一定程度上的差距。

电子技术从以前发展到现在，总体水品已经达到了非常高的水平，电子密码锁的技术己经变得十分先进应用也十分广泛。

许多的家庭和宾馆已经在开始使用电子门，而且在贵重物品和机密文件的保管上电子密码锁也十分管用，它的控制器与传感器及执行机构相连，来进行状态的监视和控制完成的功能。

它是小型便携式的新型装置，因此在各种场合都可以应用，它的结构也十分简单、成本小、安全性能较好。

电子密码锁的系统通常是由电路和机械执行两个部分构成的。

电路部分利用的是密码锁的专用集成电路芯片控制和单片机控制以及逻辑门电路的构成等方式。

现有电子密码锁当中，基本上是用户通过键盘接口电路输入密码再将解锁码输入到控制器中去，然后通过控制器将用户输入的密码与电子锁内保存的开锁密码进行比较，当输入的密码和保存的密码完全一致时，控制芯片就会送出一个开锁的信号给功率放大器，然后再通过继电器来带动机械执行部件开锁。

1.3课题的发展趋势

电子技术的不断发展，人类对只是的不断研究，在科学技术上面不断的创新。

现在国内外智能电子密码锁的发展已经到了一定的高度，并且由于电子元件技术应用特别是单片机应用在近几年得到了非常高效地发展，无论是它的功能性还是稳定性都非常全面。

在安全保密的方面已经做到可以人眼识别、指纹识别、声音识别，所以以前只能在电影电视上面看到的高科技在显示生活中也能实现。

这些技术在国外发展的时间比较早，所以国外在这方面应用得也比较广泛，主要是装在家庭里很贵重地方、银行的保险柜等应用较多，国内在这方面发展速度相对比外国慢因为起点比较慢，目前市场上是国产和进口的都有，重要的地方应用也比较多，现在也越来越普及。

未来的发展趋势也会越来越大，人民大众对安全性能方面的要求也越来越高，由于它的安全性能和功能比弹子锁会好出一个档次，因此它的发展前境是非常大的。

1.4本课题的研究内容及要求

在通常情况下，市场上的电子密码锁只能进行亲自动手操作，比如宾馆里用的房卡或者是门禁开锁系统等。

因此它们在使用的时候都有一定的局限性，在本次的设计中通过将红外线的特性也就是红外遥控技术，通过来它与常用的键盘式密码锁进行结合，这既可以实现本机键盘的输入解锁、键盘上的修改密码、还可以实现远距离的红外遥控开锁和其他操作，实现了一锁双解和一锁多用的目的。

使得我们的电子密码锁功能变得多样化而且它的适用范围更加广泛。

设计中还采用了液晶显示模块来提示用户的操作以及在用户密码输入错误的时候会启动系统中的报警模块来实现报警从而使我们的电子密码锁安全保密的系数越高。

本次设计需要涉及到的技术要求：

（1）熟悉STC89C52单片机的原理和应用来集成和开发环境，要求使用C语言来进行程序的编；

（2）熟练应用STC89C52的内部结构以及资源，能够掌握系统需要用到的软硬件调试的基本方法；

（3）能够独立构建基于STC89C52的最小系统，而且完成相关的硬件电路系统设计；

（4）掌握遥控密码锁的原理和实现的办法。

遥控密码锁需要实现的功能：

（1）输入用户的6位密码，密码是通过键盘来输入的，若密码正确，则将电子锁打开；

如果密码错误，系统将报警；

（2）实现用户随时修改密码，但是这个操作需要用户首先将锁打开才行。

修改密码的操作由两部组成，首先第一次输入密码之后确认，然后再输入第二次密码之后当两次密码都输入正确的时候，才能够完成修改密码的操作，这就可以防止用户不经意产生的误操作；

（3）系统的报警功能，当用户输入了错误的密码时液晶显示器就会出现错误提示，蜂鸣器也会发出“滴”的报警声。

如若用户连续输入三次错误的密码时，蜂鸣器便会持续发出报警声音而且系统会锁定键盘；

（4）系统增加了管理员密码，当用户在遗忘密码的时候，可以根据管理员密码来实现密码的重设。

2系统方案分析选择

2.1系统的设计方案分析

本次系统设计主要是在信号的发射与接收和单片机芯片的选择上需要我们做出一个方案的分析和论证选择。

具体的方案有下面这三种：

方案一：

用STC89C52来作为系统的单片机芯片，再用红外线这种特殊的信号传输载体来进行信号的发射与接收，配以其他的硬件系统来完成本次的设计，具体的结构框架如下图：

红外信号发射电路

键盘输入

STC89C52

红外接收电路

报警器

复位电路

开锁电路

晶振电路

STC89C52的系统结构框图

方案二：

采用AT89C52来作为本设计的单片机系统，然后依然用红外信号来用作信号的传输载体，在结合系统需要的其他硬件电路来完成本次的密码锁设计。

方案三：

采用STC89C52单片机来作为本设计的控制系统，然后采用电磁信号来作为信号的传输载体，再配以其他的硬件电路完成本次的设计工作。

2.2方案的论证选择

方案一是利用STC89C52单片机和红外信号的特点来进行的系统的设计，STC89C52的特点是低功耗、高性能CMOS8位微控制器，而且它的引脚多，功能强大，能够满足用户对系统功能的要求。

而红外线传输起来信号十分稳定，这就使得我们整个设计的可行性非常大。

方案二用的是AT89C52单片机来作为系统，它也能够在一定的条件下完成用户需要的操作，在利用方面也能达到中规中矩的程度。

但是在某些特殊功能的要求下它显然不能达到用户的要求，其他硬件电路方面跟方案一相同。

方案三在单片机芯片的选择上面还是STC89C52，可以达到我们想要的功能，但是在信号的传输上选用的是另一种载体，电磁波来作为信号传输在抗干扰能力上有一定的欠缺，因为它容易受到磁场的干扰。

综上我最终选择的是用第一种方案，因为它可以实现我们对系统的良好控制，在芯片和信号传输的选择上我们能够更好控制。

具体实施方案如下：

它是以STC89C52的单片机为核心，再配以相应硬件电路来完成以下的功能：

（1）.密码的设置、存贮、识别、修改、驱动电磁执行器；

（2）.检测其驱动电流值、接收蜂鸣器送来的报警信号、发送数据等功能，

单片机接收键盘输入代码，然后通过系统与存贮在EEPROM中的六位密码来进行比较，因为六位的密码可以有298多万种密码组合可以让用户随意变换因此保密性极高。

如果用户输入的密码正确，驱动电磁则会做出相应的动作让执行器开锁；

如果输入的密码不正确，单片机系统就会通过通信线路向蜂鸣器发出报警信号的指令。

本设计主要是由矩阵键盘、单片机系统、外部硬件设备等部分组成的。

矩阵键盘是用于数字密码的输入和进行各种用户功能的实现；

单片机系统是用来处理输入以及输出信号的；

而外部的硬件设备则包括电子锁和红外发射以及接收器。

在实际使用的时候只需要要将单片机的负载由电路的继电器换成可以实际使用的电子密码锁电磁铁吸合线圈即可，当然最好的方式是用继电器的常开触点来控制电磁铁吸合线圈。

系统的主要部分是发射和接收模块两部分。

发射模块是由单片机、载波发生器、调制放大电路、红外发射电路构成；

接收模块则是由红外接收电路、单片机、继电器和LED指示灯构成。

大致框架如图2-7所示。

单片机

红外信号

接收

发射

调制信号发射

继电器

LED

载波发生器

发射模块接收模块

图2-7红外遥控密码锁的组成框图

系统中使用的单片机均为8051，这样可以减少系统整体体积。

发射的模块中使用的载波发生器是由4060分频器和晶振构成的；

红外发射电路是由红外线发射二极管所组成；

接收模块中的红外信号接收部分是一种专用的芯片0038B。

0038B的管脚分布如下图2-8所示，2脚为地电源3脚为地，1脚则是为了解调信号的输出，其电平与TTL兼容。

0038B系列有以下特性：

频率范围：

32.75kHz、36.7kHz、38kHz、40kHz

额定工作电流：

3mA

遥控距离：

大于8m

工作温度范围：

-10～+60℃

图2-80038B引脚图

从它的特性可以看出它的适用范围是很广的，0038B是一种黑色的环氧聚光透镜，因此它可以滤除了其他的可见光。

它的内部含有的PIN红外线接收管、解调器和选频放大器。

当红外线发射器发出的数据信号传送到0038B时，它内部的红外线PIN接收管将红外线转换为容易传输的电信号，该信号再经过选频放大解调后由0038B的1脚输出与TTL电平兼容的电信号，该电信号就可以直接送入系统的微处理器来进行信号处理。

0038B的输出波形图如图2-9所示，当系统接收到在频带内的红外数据信号时，它的接收器就会输出低电平，如果不是的话则是数据高电平，然后将时断时续的红外数据信号解调成为原来的连续方波数据信号。

高电平

已调制红外信号0038B输出信号

图2-90038B的输出波形

3系统硬件电路设计

3.1红外遥控设计

3.1.1红外通信原理

红外通信是利用红外线技术来实现两点间的近距离保密通信和信息转发，一般由红外发射系统和接收系统两部分构成。

发射系统的作用是对一个红外辐射源进行调制后生成红外信号再将其发射出去，接收系统就是用红外探测器或者光学装置来对红外信号进行接收的系统，这样就构成了一个基本的红外通信系统。

光分为可见光和不可见光两种。

可见光有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，它们的波长是在390nm~770nm之间。

在这个范围之外的光称为不可见光。

有一种光它的光谱在红色光之外，它的波长是750nm至1mm之间，这样的光称为红外线。

红外线的频率高于微波但是低于可见光，是一种人类肉眼无法看到的光线。

红外通信一般是采用红外波段内的叫近红外线的一中光线，它的波长是在0.75um至25um之间。

后来红外数据协会（IRDA）成立后，为了要使不同生产厂商的红外产品都能达到最佳的通信效果，于是IRDA将850至900nm规定为红外数据通信所采用的光波波长范围。

红外通信基本原理是基带的二进制信号通过发送端的调制，然后形成一系列的脉冲串信号也叫做载波信号，通过红外发射管来发射红外信号再通过红外接收器来实现信号的转变，这样就形成了一个红外通信的完成。

常用的调制方法有通过调制脉冲的宽度来实现信号调制的脉宽调制和通过调制脉冲串之间时间的间隔来实现信号调制的脉时调制两种。

脉宽调制也叫做PWM，脉时调制也叫做PPM。

PPM是红外数据协会和国际电子电工委员会（IEEE）都觉得可行并且推荐的调制方式。

本设计采用的就是两大组织推荐的脉时调制方法，即用脉冲串间时间的间隔来表示二进制信息，传送的数据比特是仿照不带奇偶校验的RS232通信，首先会产生一个同步头，然后再接着8位数据比特，如图2-1所示。

载波信号频率ƒ为38kHz，周期T为26.32us

本设计使用单片机软件所产生的载波，取载波信号的周期T=26us，脉冲宽度t1等于10T结果是260us，令二进制数0和1的脉冲串的周期t2和t3，则t=2500us、t3=1000us。

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生活中普通的红外遥控是采用面向指令的帧结构，数据帧是由同步码、地址码和指令码组成的。

指令码的长度多为8～16bit，它在传送多字节的遥控协议时效率偏低，但是如果增大指令码的长度又会不利于接收器的同步，因为这样的一个原因所以本设计采用的帧结构是一种面向字节的方式。

所采用的结构是类似于异步串行通信的帧结构，每帧是由一个起始位（二进制数0）、8个数据位和2个停止位（二进制数1）构成，结构图如图2-2所示。

每一个数据帧传送1个字节的数据，每两个数据帧之间的间隔大于2ms，帧结构不包括地址信息，它的寻址问题是由高层协议来解决的。

停止位

图2-2数据帧结构示意图

由于光线都会存在反射红外线也不例外，因此红外通信应该采用一种特殊的传输方式，即异步半双在全双工方式下发送的信号会有可能会被本身接收的工作方式，也就是用于通信的某一方发送和接收信号是交替进行的。

3.1.2红外通信标准

1993年，由世界知名的二十多家公司其中包括了COMPAQ、HP和INTEL等联合发起最后成立了现在红外数据协会（InfraredDataAssociation,简称I