红外遥控防盗密码锁的设计.docx

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红外遥控防盗密码锁的设计

摘要

随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。

为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生，码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。

在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。

本系统采用单片机AT89C51作为本设计的核心元件，利用红外线遥控原理和单片机串行发射、接收等功能而设计的一款由遥控开锁的电子密码锁。

通过遥控器发射信号，由CPU进行解码，与原有的数据进行比对，完全正确后，发出解锁信号，解锁之后进行密码改写，按下修改键之后输入新的密码数据，密码数据存放在24C02存储芯片中，每次进行数据比对都必须从里面提取数据。

关键词：

单片机片外密码AT24C02

Abstract

Withthedevelopmentofscienceandtechnology,people'slifeinsuranceforthesafetydevicesinincreasinglyhighdemand.Inordertomeettherequirementsoftheuseoflocks,increaseitssecurity,thepasswordlockemergeasthetimesrequire,codelockhastheadvantagesofhighsafety,lowcost,lowpowerconsumption,easyoperationetc..Inthefieldofsecurityandprotection,withmechanicalcipheranti-theftalarmfunctionelectroniccombinationlockgraduallyreplacethetraditionalmechanicallock,thelockcodeless,poorsafetyperformance,makethecipherlockbothintechnicalorperformanceisgreatlyimproved.ThesystemusesAT89C51microcontrollerasthecorecomponentofthedesign,theuseofinfra-redremotecontrolprincipleandserialtransmitting,receivingandotherfunctionsandthedesignofaremotecontrolunlockingthelockbytheelectronicpassword.Throughtheremotecontrolsignal,theCPUdecoding,comparedwiththeoriginaldata,completelycorrect,sendsoutunlockingsignals,afterunlockingpasswordrewriting,presstheeditkeyinputpassworddataisnew,thepassworddataisstoredinthe24C02memorychip,eachdatacomparisontoextractdatafromtheinside.

Keywords:

SinglechipmicrocomputerChipCipherAT24C02

第一章绪论

第一节引言

在日常的生活和工作中,住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。

若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需携带多把钥匙,使用极不方便,且钥匙丢失后安全性即大打折扣。

随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。

为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生，码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。

在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。

随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的问世，出现了带微处理器的智能密码锁，它除具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化管理、专家分析系统等功能，从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性，应用日益广泛。

随着人们对安全的重视和科技的发展，许多电子智能锁（指纹识别、IC卡辨认）已在国内外相继面世。

但是这些产品的特点是针对特定的指纹和有效卡，只能适用于保密要求的箱、柜、门等。

而且指纹识识别器若在公共场所使用存在容易机械损坏，IC卡还存在容易丢失、损坏等特点。

加上其成本较高，一定程度上限制了这类产品的普及和推广。

鉴于目前的技术水平与市场的接收程度，电子密码锁是这类电子防盗产品的主流。

针对这种情况，本文设计了一种红外遥控密码锁，它具有安全可靠、成本低廉、连接方便、简单易用、结构紧凑等特点。

红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。

由于红外线遥控装置具有体积小、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、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。

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。

第二节AT89C51功能概述

AT89C51提供以下标准功能：

4k字节Flash闪速储存，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。

同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。

空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作指导下一个硬件复位。

第三节AT89C51引脚图

图1.1AT89C51引脚排列图

第二章系统的设计

第一节系统结构及原理

图2.1系统结构图及原理

第二节密码锁基本工作原理

本系统由两部分组成，红外发射部分和红外接收部分，红外发射部分是采用普通的遥控发射器，接收部分由红外遥控一体接收头、发光二极管显示、报警器等组成。

当红外遥控发射器有按键按下时，内部的编码电路将其转换为相对应的信号，从红外发射管发出，红外遥控一体接收头接收到信号后，将信号转换成相对应的脉冲信号。

红外一体接收的信号接到解码单片机P3.2管脚，进行解码，通过按键扫描，将所按下按键对应的数据存储到规定的单元中。

本系统设置了8位密码。

当输入8位密码后，输入的8为密码所对应的数据将与原先存放在EEPROM存贮器AT24C02内部的数据进行逐一的比较，当8位密码都正确以后CPU才会发解码信号，本次设计为了方便，解码信号为点亮一个发光二极管，密码错误时发出报警信号。

本系统还设有一个密码改写键，当输入的密码完全正确发出解码信号后，才能进入密码改写，按下密码改写键，输入新的8位密码，新密码所对应的数据将取代原有密码的数据。

当输入新密码后能够进行解锁。

第三节红外遥控系统

通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，遥控器应用编码专用集成电路芯片来进行控制操作，红外遥控发送/接收示意图如图2.2所示。

发射部分包括矩阵键盘、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。

图2.2红外接收图

第四节遥控发射器及其编码

遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式可以分成两大类，这里我们以运用比较广泛，解码比较容易的一类来加以说明，现以日本NEC的uPD6121G（图2.3）组成发射电路为例说明编码原理。

当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。

图2.3UPD6121G引脚图

图2.4键盘与Upd6121G芯片的连接

这种遥控码具有以下特征：

采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”，其波形如图2.5所示。

图2.5脉宽调制的串行码波形

上述“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。

然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射。

UPD6121G产生的遥控编码是连续的32位二进制码组，其中前16位为用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同机种遥控码互相干扰。

该芯片的用户识别码固定为十六进制01H；后16位为8位操作码（功能码）及其反码。

UPD6121G最多额128种不同组合的编码。

遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种32位二进制码，周期约为108ms。

一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0”和“1”的个数不同而不同，大约在45～63ms之间。

当一个键按下超过36ms，振荡器使芯片激活，将发射一组108ms的编码脉冲,这108ms发射代码由一个起始码（9ms）,一个结果码（4.5ms）,低8位地址码（9ms~18ms）,高8位地址码（9ms~18ms）,8位数据码（9ms~18ms）和这8位数据的反码（9ms~18ms）组成。

如果键按下超过108ms仍未松开，接下来发射的代码（连发代码）将仅由起始码（9ms）和结束码（2.5ms）组成。

代码格式（以接收代码为准，接收代码与发射代码反向）：

1、位定义

2、单发代码格式

3、连发代码格式

代码宽度算法：

16位地址码的最短宽度：

1.12×16=18ms16位地址码的最长宽度：

2.24ms×16=36ms,易知8位数据代码及其8位反代码的宽度和不变：

（1.12ms+2.24ms）×8=27ms，所以32位代码的宽度为（18ms+27ms）~（36ms+27ms）。

1．解码的关键是如何识别“0”和“1”，从位的定义我们可以发现“0”、“1”均以0.56ms的低电平开始，不同的是高电平的宽度不同，“0”为0.56ms,“1”为1.68ms,所以必须根据高电平的宽度区别“0”和“1”。

如果从0.56ms低电平过后，开始延时，0.56ms以后，若读到的电平为低，说明该位为“0”，反之则为“1”，为了可靠起见，延时必须比0.56ms长些，但又不能超过1.12ms,否则如果该位为“0”，读到的已是下一位的高电平，因此取（1.12ms+0.56ms）/2=0.84ms最为可靠，一般取0.84ms左右均可。

2．根据码的格式，应该等待9ms的起始码和4.5ms的结果码完成后才能读码。

第五节TSOP1738接收器

为了电路的简单实用，本实验选用一种集红外线接收和放大一体的一体化红外接收器TOSP1738，只要接上电源就能完成从红外接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而且适用性强，能满足各种红外遥控以及红外线数据传输的要求。

如图2.6所示接收器对外只有3个引脚：

GND、VS、OUT，与单片机连接十分简单方便。

其中1脚为GUD，接地（0V）；2脚为VS接系统电源（+5V）；3脚为OUT脉冲信号输出接口，直接接单片机的P3.2引脚。

图2.6TOSP1738实物图图2.7TOSP1738原理图

第三章EEPROM存贮器AT24C02的读写

第一节I

C原理图

图3.1I

C原理图

第二节I

C总线特点

I

C（Inter－IntegratedCircuit）总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。

I

C总线最主要的优点是其简单性和有效性。

由于接口直接接在组件之上，因此I

C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。

总线的长度可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件。

I

C总线的另一个优点是，它支持多主控（multimastering），其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。

一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。

当然，在任何时间点上只能有一个主控。

第三节I

C总线工作原理

一、管脚说明

图3.2AT24C02引脚图

图中AO、A1、A2是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址。

Vcc和Vss分别为正、负电源。

SDA为串行数据输入／输出，SCL为控制数输入的时钟。

SDA和SCL需要和正电源间各接一个1Ok的电阻上拉。

第7脚需要接地。

这条双向IC总线串行传送。

SCL为串行时钟线，AT24C02从地址的前四位是固定的“1O1O”。

它的低3位为A0、A1、A2，且是可编程的。

在电路中3位地址输入引脚必须接Vcc或Vss，不能悬空。

FC总线最多可挂8片AT24C02，不需要附加任何硬件电路。

它们很适合应用于一些非高速系统中。

AT24C02既可用于带I

C总线的单片机系统，也可用于不带FC总线的单片机系统。

图3.3AT24C02连线图

二、总线的构成及信号类型

I

C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。

在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。

各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，I

C总线上并接的每一模块电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器），这取决于它所要完成的功能。

CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。

这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。

I

C总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：

开始信号、结束信号和应答信号。

开始信号：

SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。

结束信号：

SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。

应答信号：

接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。

CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。

若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。

I

C总线上传送的每个字节必须为8位，启动和停止之间可传输的数据字节数不受限制。

采用串行传送，首先传送最高位，每传送一个字节后必须跟一个应答位。

主控器产生应答所需的时钟脉冲期间，发送器必须释放数据线（SDA为高），以便接收器输出应答位。

低电平为应答信号，高电平为非应答信号。

非应答信号是当主控器作为接收器时，收到最后一个字节数据后，必须发送一个非应答信号给被控发送器，使被控发送器释放数据线，以便主控器发出停止信号，终止数据传送。

当从器件不能再接收字节时也会出现非应答信号这种情况。

第四节总线基本操作

一、总线的时序顺序

I

C规程运用主/从双向通讯。

器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。

主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。

总线必须由主器件（通常为微控制器）控制，主器件产生串行时钟（SCL）控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。

SDA线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才能改变，SCL为高电平的期间，SDA状态的改变被用来表示起始和停止条件。

如图3.4所示。

图3.4I

C数据传送信号

二、控制字节

在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中高四位为器件类型识别符（不同的芯片类型有不同的定义，EEPROM一般应为1010），接着三位为片选，最后一位为读写位，当为1时为读操作，为0时为写操作。

如图3.5所示。

图3.5控制字节图

三、写操作

写操作分为字节写和页面写两种操作，对于页面写根据芯片的一次装载的字节不同有所不同。

关于字节写和页面写的地址、应答和数据传送的时序参见图3.6和3.7所示。

图3.6字节写图

图3.7页面写

四、读操作

读操作有三种基本操作：

当前地址读、随机读和顺序读。

图3.8是当前地址读，图3.9随机读，图3.10给出的是顺序读的时序图。

应当注意的是：

最后一个读操作的第9个时钟周期不是“不关心”而是为了结束读操作，主机必须在第9个周期间发出停止条件或者在第9个时钟周期内保持SDA为高电平、然后发出停止条件。

图3.8当前地址读

图3.9随机读

图3.10顺序读

第五节红外密码锁原理图

图3.11红外密码锁原理图

第四章程序的设计

第一节程序流程图

图4.1解码主程序

第二节红外遥控密码锁程序

红外解码程序：

ORG0000H

LJMPR_MAIN

ORG0003H

LJMPINPUT0

R_MAIN:

MOV30H,#00H

MOV31H,#00H

MOV32H,#00H

MOV33H,#00H

SETBEA;允许外部INT0申请中断

SETBEX0

SETBIT0;下降沿申请中断有效

SJMP$

;中断服务子程序INPUT0

INPUT0:

CLREA

PUSHACC

PUSHPSW

RU:

MOVR4,#9;读9次按键

XU:

LCALLIR;调用解码子程序

MOVA,33H;取按键号

D1:

CJNEA,#01H,D2;键盘扫描

MOV1CH,#01H

LJMPDU;存放按键号

D2:

CJNEA,#02H,D3

MOV1CH,#02H

LJMPDU

D3:

CJNEA,#03H,D4

MOV1CH,#03H

LJMPDU

D4:

CJNEA,#04H,D5

MOV1CH,#4H

LJMPDU

D5:

CJNEA,#05H,D6

MOV1CH,#05H

LJMPDU

D6:

CJNEA,#06H,D7

MOV1CH,#06H

LJMPDU

D7:

CJNEA,#07H,D8

MOV1CH,#07H

LJMPDU

D8:

CJNEA,#08,D9

MOV1CH,#08H

LJMPDU

D9:

CJNEA,#09H,D0

MOV1CH,#09H

LJMPDU

D0:

CJNEA,#00H,DOK

MOV1CH,#00H

LJMPDU

DOK:

CJNEA,#10H,OK1;确认键

BACK0:

MOV30H,#00H;清除遥控值单元，使连按失效

MOV31H,#00H

MOV32H,#00H

MOV33H,#00H

POPPSW

POPACC

SETBEA

RETI

DU:

MOVR1,#50H;把8个按键号放入片内RAM50H-57H

MOVA,1CH

MOV@R1,A

INCR1

DJNZR4,TIAO;判断按键是否按了9次

LJMPOK1

TIAO:

LJMPXU

OK1:

LCALLE2PR;按键号与储存密码对比

MOVA,50H

CJNEA,20H,ALARM

MOVA,51H

CJNEA,21H,ALARM

MOVA,52H

CJNEA,22H,ALARM

MOVA,53H

CJNEA,23H,ALARM

MOVA,54H

CJNEA,24H,ALARM

MOVA,55H

CJNEA,25H,ALARM

MOVA,56H

CJNEA,26H,ALARM

MOVA,57H

CJNEA,27H,ALARM

CLRP0.1;解码成功LED，点亮

ALARM:

CPLP0.2;密码错误报警

LCALLDELAY1

SJMPALARM

DELAY1:

MOVR4,#250

;密码修改

KEY:

JNBP1.0,KEY1;改密码按键

SJMPKEY

KEY1:

MOVR4,#9

XU1:

LCALLIR

MOVA,33H

DD1:

CJNEA,#01H,DD2;键盘扫描

MOV1CH,#01H

LJMPDU2;存放按键号

DD2:

CJNEA,#02H,DD3

MOV1CH,#02H

LJMPDU2

DD3:

CJNEA,#03H,DD4

MOV1CH,#03H

LJMPDU2

DD4:

CJNEA,#04H,DD5

MOV1CH,#4H

LJMPDU2

DD5:

CJNEA,#05H,DD6

MOV1CH,#05H

LJMPDU2

DD6:

CJNEA,#06H,DD7

MOV1CH,#06H

LJMPDU2

DD7:

CJNEA,#07H,DD8

MOV1CH,#07H

LJMPDU2

DD8:

CJNEA,#08,DD9

MOV1CH,#08H

LJMPDU2

DD9:

CJNEA,#09H,DD0

MOV1CH,#09H

LJMPDU2

DD0:

CJNEA,#00H,DDOK

MOV1CH,#00H

LJMPDU2

DDOK:

CJNEA,#10H,OK2;确认键

BACK1:

MOV30H,#00H;清除遥控值单元，使连按失效

MOV31H,#00H

MOV32H,#00H

MOV33H,#00H

POPPSW

POPACC

SETBEA

RETI

DU2:

MOVR1,#50H;把8个按键号放入片内RAM50H-57H

MOVA,1CH

MOV@R1,A

INCR1

DJNZR4,TIAO1;判断按键是否按了9次

LJMPOK2

TIAO1:

LJMPXU1

OK2:

LCALLE2PW;写入新密码

;解码子程序

IR:

MOVR6,#10;9ms引导低电平状态查询次数

IR_T9:

LCALLDELAY882;调用882us延时子程序

JBP3.2,IR_ERROR;若P3.2引脚出现高电平则退出解码程序

DJNZR6,IR_T9;重复10次，在9ms内检测引脚状态

JNBP3.2,$;等待引导脉冲结束

ACALLDELAY2400

JNBP3.2,IR_GOTO;若为低电平，则表示是连发码信号

LCALLDELAY2400;延时4.8ms越过4.5ms读取32位数据码

;读取数字信号

MOVR1,#30H;设30H为读取数据存放起始RAM地址

MOVR2,#4;从30H-33H共4个存放数据单元

IR_32B:

MOVR3,#8;每个单元接收8位二进制数

IR_8B:

JNBP3.2,$;等待识别码第一位的高电平信号出现

LCALLDELAY882;间隔882us判断输出信号的高低电平状态

MOVC,P3.2;将P3.2引脚此时的电平状态0或1存