红外遥控密码锁的设计与实现 精品文档格式.docx

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1.4本课题的主要研究内容...........................................5

1.4.1软件设计的研究内容........................................5

1.4.2硬件电路设计的研究内容....................................5

2系统设计...........................................................6

2.1红外遥控系统结构...............................................6

2.2红外信号的编码与解码...........................................6

2.2.1编码.........................................................6

2.2.2调制.........................................................7

2.2.3解调.........................................................7

2.2.4解码.........................................................8

3系统硬件的设计与实现...............................................8

3.1系统结构.......................................................8

3.2系统硬件结构...................................................9

3.2.1系统硬件原理图............................................9

3.2.2接收电路的设计...........................................10

3.2.3密码存储部分电路设计.....................................11

3.2.4单片机的控制.............................................17

3.2.5输出端电路...............................................23

4系统的软件设计....................................................26

4.1软件设计......................................................26

4.1.1红外接收解码..............................................26

4.1.2按键控制设计..............................................27

4.1.3数据存储设计..............................................28

4.2KeilC..........................................................31

5总结..............................................................31

致谢................................................................32

参考文献............................................................32

1绪论

1.1设计的背景和意义

随着计算机的普及和信息技术的大力发展，人们对家庭和住宅小区提出更高的要求，智能化被引入家庭及住宅小区，并迅速在世界各地发展开来。

电子技术的飞速发展，给古老的锁具生产带来了巨大的变革，现代的电子技术与机械技术相结合，产生了一大批如声控锁、磁控锁、密码锁、遥控锁，指纹锁等先进的锁具。

目前国内外密码锁系统的主要发展方向是：

接触式密码锁系统、非接触式密码锁系统、智能识别密码锁系统，但是他们都相应的存在着不同的缺点。

例如：

接触式密码锁系统成本较低，体积小，卡片本身无须电源，但使用不太方便，而且有接触磨损。

相比之下，红外遥控密码锁系统的成本与接触式密码锁系统相当，而且可以进行近距离遥控，使用十分方便。

由于红外遥控具有许多优点，例如红外线发射装置采用红外发光二极管，遥控发射器易于小型化且价格低廉；

采用数字信号编码和二次调制方式，不仅可以实现多路信息的控制，增加遥控功能，提高信号传输的抗干扰性，减少误动作，而且功率消耗低；

红外线不会向室外泄露，不会产生信号串扰；

反应速度快、传输效率高、工作稳定可靠等。

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。

所以红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。

1.2课题的市场前景

目前，市场上有射频卡密码锁、IC卡密码锁、红外遥控密码锁、指纹识别密码锁等先进的智能锁。

射频卡密码锁是非接触式密码锁，其体积小，重量轻，技术成熟受到广泛欢迎，但是成本偏高；

IC卡密码锁成本低，体积小，本身也无需电源，市场占领一定份额，但由于其是有机械接触，容易产生磨损，使用也不太方便，所以限制了它的应用；

指纹识别系统可靠性很高，但是成本太过高昂，未能受到广泛使用。

红外遥控密码锁的成本与接触式密码锁相当，而且可以实现近距离遥控且距离远高于射频卡的遥控距离，耗电量低，使用方便。

近年来随着生活水平的提高，人们更加注重生活质量，更乐意去享受方便快捷的生活方式，而红外密码锁恰恰具有使用方便、操作简单、价格低廉等特点，可以给人们的生活带来了极大方便而受到广大人们的欢迎。

又因其有着广泛的应用，因此其发展前景可观。

1.3红外遥控技术的发展现状

最早的遥控器之一，是一个叫尼古拉·

特斯拉（NikolaTesla）（1856-1943）的发明家（他曾经为爱迪生工作，同样被誉为天才发明家）在1898年时开发出来的。

此后，到了60年代初期，发达国家也尝试着研究遥控技术，但是由于技术有限，所以发展比较缓慢。

70年代末，伴随着计算机技术和大规模集成电路的发展，遥控技术也得到了快速的发展。

在遥控的方式上，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。

无线遥控装置采用的是电磁波传输信号，因为电磁波易受到外界干扰，所以后来逐渐用超声波和红外线代替了电磁波。

又由于红外线比超声波传感器频带宽，所能携带的信息量多，且不易受干扰，红外线逐渐取代超声波的遥控方式，出现红外线多功能遥控器，并成为当今时代的主流。

由于红外线在频谱上位于可见光之外，所以抗干扰性强，具有光波的直线传播特性，不易产生相互间的干扰，是很好的信息传输媒体。

信息可以直接对红外光进行调制传输，例如，信息直接调制红外光的强弱进行传输，也可以用红外线产生一定频率的载波，再用信息对载波进调制，接收端再去掉载波，取到信息。

从信息的可靠传输来说，后一种方法更好，这就是目前大多数红外遥控器所采用的方法。

红外遥控技术在这十年来得到了迅猛发展，在家电和其他电子领域都得到了广泛应用。

随着生活水平的提高，人们对产品的追求是使用更方便、更具智能化，红外遥控技术正是一个重点的发展方向。

1.4本课题的主要研究内容

1.4.1软件设计的研究内容

a.实现密码外泄可随时改变密码

b.实现近距离开锁功能

1.4.2硬件电路设计的研究内容

a.电路图的设计检查

b.电路板的焊接

2系统设计

2.1红外遥控系统结构

红外遥控系统主要由发射和接收两部分组成，单片机在发送端将准备发送的二进制信号编码调制为一系列的脉冲信号，通过红外发射管发射红外信号（本设计我们可简单的用遥控器来完成）。

红外接收采用性能可靠的一体化红外接收头接收红外信号，它同时对信号进行检波、整形，得到TTL电平的编码信号，再送给单片机，经单片机解码并进行相关操作，如图2-1所示:

由上所述可知，遥控系统分为编码、调制、解调和解码如图2-2所示四大部分：

2.2红外信号的编码与解码

2.2.1编码

如图2-3，二进制信号中的‘1’的高低电平均等于0.26ms,相当于10个26us的宽度；

二进制信号中的‘0’的低电平宽0.52ms，高电平宽0.26ms。

图2-3编码示意图

2.2.2调制

红外信号的调制有脉冲宽度调制（PWM），脉冲位置调制（PPM）等方法，本设计采用脉宽调制。

二进制的调制由单片机来完成，它把编码后的二进制信号调制成频率为38khz的间断脉冲串，此脉冲串即是用于红外发射二极管发送的信号。

如图2-4，A是二进制信号的编码波形，B是频率为38khz（周期约为26us）的连续脉冲串，C是经调制后的间断脉冲串，即是用于发送的信号。

图2-4中，待发的二进制数据为101。

图2-4信号调制示意图

2.2.3解调

二进制信号的解调由一体化红外接收头来完成，它把接收到的信号（图2-5中的波形D也是图2-4中的波形C）经内部处理并解调复原，输出图2-5中的波形E（正好是图2-4中A的取反）。

接收头的解调可理解为：

在输入脉冲串时输出低电平，否则输出高电平。

二进制的解码由单片机来完成，它把红外接收头送来的二进制编码波形通过解码，还原成发送端发送的数据。

如图2-5，把波形E解码还原成数据信息101。

图2-5信号解调示意图

2.2.4解码

在发送字节的开始先通过单片机发送20个脉冲宽度（每个脉冲周期26us）的高电平作为传输的开始（同步帧），接着发送8位二进制数据（高位在前，低位在后），最后发送10个脉冲宽度的低电平作为传输的结束，如图2-6所示：

图2-6字节传输

3系统硬件的设计与实现

3.1系统结构

硬件系统主要包括红外发送模块、红外接收模块、数据处理模块、数据存储模块以及外围电路，其中红外发送模块为简单起见用一遥控器代替，接收模块用一个一体化的红外接收头HS0038，数据处理模块的处理器用的是STC89C52，数据储存模块用一个AT24C02。

结构示意图如图3-1

图3-1系统的结构示意图

3.2系统硬件结构

3.2.1系统硬件原理图

系统的整体设计原理图如图3-2

图3-2系统整体硬件设计原理图

3.2.2接收电路的设计

红外接收模块电路如图3-3

图3-3红外接收模块电路

（一）电路分析

红外接收模块中红外接收头HS0038的连接方法是：

1脚接电源，2脚接地，3脚输出，接收来至红外遥控器的输出信号，把接收的信号按位传送给单片机。

此处的LED灯主要用于对修改密码的提示，单片机的P2.0口处的按键按下的时间大于学习时间且按键弹起后D1被点亮，提示输入密码，若一段时间后仍没有密码输入，D1就会闪烁，闪烁大于60次时灯自动熄灭，此时再输入红外信号已无效。

（二）电路中所使用的元器件

红外接收头HS0038

图3-4红外接收头HS0038

红外接收头的种类很多，引脚定义也不相同，一般都有三个引脚，包括供电脚，接地和信号输出脚，也有些红外接收头添加了可以调节解调频率的端口。

应用时必须保证发射端调制载波的频率与接收端相应的解调频率之间互相匹配。

红外接收电路如图3-5

图3-5红外接收电路

红外信号接收系统的基本电路结构如图3-5所示，该电路包括红外光电二极管，前置放大电路，限幅放大电路，带通滤波器，积分电路，比较器等。

图左侧的红外光电二极管将接收到的红外光信号转化为电信号，然后把信号送到放大电路进行放大，限幅放大电路在放大信号的同时又把脉冲幅度控制在一定的水平，而不论红外发射器和接收器的距离远近。

交流信号进入带通滤波器，带通滤波器滤除中心频率外频率的噪声，出来的信号通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出高低电平，还原出发射端的二进制信号波形。

以上电路通常被集成在一个元件中，成为一体化红外接收头（HS0038），如图3-4所示,中心频率为38KHZ，工作电压5V，它的1脚接电源，2脚接地，3脚输出，它把接收到红外遥控信号的遥控码转换后传给单片机的中断口INT0。

3.2.3密码存储部分电路设计

数据存储模块电路如图3-6

图3-6数据存储模块电路

储存端由AT24C02构成，主要用于对接收到的红外代码进行存储，它的SCL、SDA端分别接单片机的T0、T1端,用于与单片机之间读写操作的数据传输；

WP接低电平表示单片机可以对器件进行正常的读/写操作；

A0、A1、A2是器件地址输入端，都接低电平表示只有一个AT24C02被器件寻址。

（二）电路中所使用的元器件

AT24C02

AT24C02是美国ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它是内含256×

8位存储空间，具有工作电压宽（2.5～5.5V）、擦写次数多（大于10000次）、写入速度快（小于10ms）等特点。

1、特性

与400KHzI2C总线兼容

2.5到5.5伏工作电压范围

低功耗CMOS技术

写保护功能当WP为高电平时进入写保护状态

页写缓冲器

自定时擦写周期

1,000编程/擦除周期

可保存数据100年

8脚DIPSOIC或TSSOP封装

温度范围商业级工业级和汽车级

2、概述

AT24C02是一个2K位串行CMOSE2PROM，部含有256个8位字节，ATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗，CAT24WC01有一个8字节页写缓冲器CAT24WC02/04/08/16有一个16字节页写缓冲器，器件通过I2C总线接口进行操作，一个专门的写保护功能。

3、管脚配置

图3-7AT24C02管脚配置

4、管脚描述

5、极限参数

工作温度：

工业级：

-55°

C--+125°

C商业级：

0°

C--+75°

C

储存温度：

-65°

C--+150°

各管脚承受电压：

-2.0V--+2.0V

Vcc管脚承受电压：

：

-2.0V--+7.0V

封装功率损耗：

（Ta=25°

C）：

1.0W

焊接温度（10秒）：

300°

输出短路电流：

100mA

6、可靠性参数

7、功能描述

AT24C01/02/04/08/16支持I2C总线数据传送协议，I2C总线协议规定，任何将数据传送到总线的器件作为发送器。

任何从总线接收数据的器件为接收器。

数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。

主器件和从器件都可以作为发送器或接收器，但由主器件控制传送数据发送或接收的模式，通过器件地址输入端A0A1和A2可以实现将最多8个24WC01和24WC02器件4个242C04器件,2个24WC08器件和1个24WC16器件连接到总线上。

8、管脚描述

SCL：

串行时钟

CAT24WC01/02/04/08/16串行时钟输入管脚用于产生器件所有数据发送或接收的时钟，是一个输入管脚。

SDA：

串行数据/地址

CAT24WC01/02/04/08/16双向串行数据/地址管脚用于器件所有数据的发送或接收，SDA是一个开漏输出管脚。

A0A1A2：

器件地址输入端

这些输入脚用于多个器件级联时设置器件地址，当这些脚悬空时默认值为024WC01除外。

当使用24WC01或24WC02时最大可级联8个器件，如果只有一个24WC02被总线寻址，这三个地址输入脚A0A1A2可悬空或连接到Vss，如果只有一个24WC01被总线寻址，这三个地址输入脚A0A1A2必须连接到Vss。

当使用24WC04时，最多可连接4个器件该器件，仅使用A1A2地址管脚，A0管脚未用可以连接到Vss或悬空，如果只有一个24WC04被总线寻址，A1和A2地址管脚可悬空或连接到Vss。

WP：

写保护

如果WP管脚连接到Vcc，所有的内容都被写保护只能读，当WP管脚连接到Vss或悬空，允许器件进行正常的读/写操作。

9、I2C总线协议

I2C总线协议定义如下

只有在总线空闲时才允许启动数据传送。

在数据传送过程中，当时钟线为高电平时，数据线必须保持稳定状态不允许有跳变，时钟线为高电平时，数据线的任何电平变化将被看作总线的起始或停止信号。

起始信号:

时钟线保持高电平期间数据线电平从高到低的跳变作为I2C总线的起始信号。

停止信号:

时钟线保持高电平期间数据线电平从低到高的跳变作为I2C总线的停止信号。

图3-8总线时序

图3-9写周期时序

图3-10起始/停止时序

10、器件寻址

主器件通过发送一个起始信号启动发送过程，然后发送它所要寻址的从器件的地址，8位从器件地址的高4位固定为1010，接下来的3位A2A1A0为器件的地址位用来定义哪个器件以及器件的哪个部分被主器件访问。

上述8个CAT24WC01/02，4个CAT24WC04，2个CAT24WC08，1个CAT24WC16可单独被系统寻址。

从器件8位地址的最低位作为读写控制位，1表示对从器件进行读操作，0表示对从器件进行写操作，在主器件发送起始信号和从器件地址字节后，CAT24WC01/02/04/08/16监视总线并当其地址与发送的从地址相符时，响应一个应答信号通过SDA，CAT24WC01/02/04/08/16再根据读写控制位R/W的状态进行读或写操作，应答信号I2C总线数据传送时每成功地传送一个字节数据后，接收器都必须产生一个应答信号应答的器件，在第9个时钟周期时将SDA线拉低，表示其已收到一个8位数据。

CAT24WC01/02/04/08/16在接收到起始信号和从器件地址之后响应一个应答信号，如果器件已选择了写操作，则在每接收一个8位字节之后响应一个应答信号。

当CAT24WC01/02/04/08/16工作于读模式时，在发送一个8位数据后释放SDA线并监视一个应答信号，一旦接收到应答信号CAT24WC01/02/04/08/16，继续发送数据，如主器件没有发送应答信号，器件停止传送数据且等待一个停止信号。

图3-11应答时序

图3-12从器件地址位

A0A1和A2对应器件的管脚1、2和3

a8a9和a10对应存储阵列地址字地址

11、写操作

字节写：

在字节写模式下，主器件发送起始命令和从器件地址信息R/W位置零给从器件，在从器件产生应答信号后，主器件发送CAT24WC01/02/04/08/16的字节地址，主器件在收到从器件的另一个应答信号后再发送数据到被寻址的存储单，AT24WC01/02/04/08/16再次应答并在主器件产生停止信号后开始内部数据的擦写，在内部擦写过程中CAT24WC01/02/04/08/16不再应答主器件的任何请求。

图3-13字节写时序

12、读操作

对CAT24WC01/02/04/08/16读操作的初始化方式和写操作时一样仅把R/W位置为1有三种不同的读操作方式立即地址读、选择读和连续读。

立即地址读：

CAT24WC01/02/04/08/16的地址计数器内容为最后操作字节的地