论文新版 3.docx
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论文新版3
摘要
随着科学技术的发展，密码锁在人们生活中的应用愈来愈广泛，而传统的机械式、固定键盘式、随机键盘式等常见的密码锁已越来越不能满足人们的需求，于是无线遥控密码锁应运而生，以红外遥控式为主。
红外无线遥控密码锁即是讲红外遥控技术与密码锁技术相结合的产物，本文主要阐述无线遥控密码锁的电路图、硬件构成与工作原理，采用单片机控制。
由红外接收头hs0038（红外接收频率为38khz）和AT89S52控制的接收部分构成。
采用单片机进行遥控系统的应用设计，具有编程灵活多样，电路结构清晰。
整个设计具有遥控开锁，本机控制开锁，密码修改等功能，可在密码外泄的情况下及时修改密码，具有保密性好、安全可靠、成本低廉、连接方便，简单易用，适用范围广等特点，而且特别适合家庭，宾馆，仓库，私家车库等场所。
关键字：
无线遥控；红外；单片机；密码锁。
Abstract
Withthedevelopmentofscienceandtechnology,theapplicationofcombinationlockinpeople'slifemoreandmorewidely,andthetraditionalmechanicalkeyboard,fixedtype,suchasrandomkeyboardtypecommoncombinationlockhasbeenmoreandmorecan'tsatisfypeople'sneeds,sothewirelessremotecontrolcombinationlockarisesatthehistoricmoment,giveprioritytowithinfraredremotecontroltype.Infraredwirelessremotecontrolcombinationlockisaboutinfraredremotecontroltechnologyandthecombinationofthecombinationlocktechnology,thispapermainlyexpoundsthewirelessremotecontrolcircuitdiagramofcombinationlock,hardwarestructureandworkingprincipleofcontrolledbysinglechipmicrocomputer.Byinfraredreceivingheadhs0038（infraredreceivingfrequencyis38KHZ）andAT89S52controlreceivingparts.Fortheapplicationofremotecontrolsystembysinglechipmicrocomputerdesign,programmingisflexible,thecircuitstructureisclear.Thewholedesignhasaremotecontrollock,themachinecontrollock,passwordchanges,andotherfunctions,canbeinthecaseofapasswordleakedtimelychangepasswords,hasthegoodsecrecy,safeandreliable,lowcost,convenientconnection,easytouse,widelyused,etc,andisespeciallysuitableforfamily,hotel,warehouse,garagesaleandsoon.
Keywords：
Thewirelessremotecontrol;Infrared;Singlechipmicrocomputer;Combinationlock.
目录
摘要I
AbstractII
第一章绪论1
1.1课题背景及目的1
1.2国内外研究现状1
1.3课题研究方法及设计依据2
第二章红外遥控系统3
2.1红外遥控系统结构3
2.2红外信号的二进制处理3
2.2.1编码3
2.2.2调制4
2.2.3解调5
2.2.4解码5
第三章系统设计方案6
3.1系统的概述6
3.2系统的整体设计6
3.2.1遥控发射6
3.2.2控制接收7
3.2.3密码锁的主要功能7
第四章系统硬件电路设计8
4.1元件介绍8
4.1.1STC89C52的介绍8
4.1.2AT24C0210
4.2电源电路11
4.3复位电路11
4.4晶振电路11
4.5发射和接收电路12
4.64*4键盘14
4.7数码管显示及驱动电路15
4.8发光二级管LED17
4.8.1LED简介17
4.8.2LED特性17
4.9电磁继电器18
4.9.1电磁继电器的工作原理和特性18
4.9.2电磁式继电器的主要参数18
4.10报警电路19
4.11密码存储电路19
4.12完整硬件电路图19
第五章系统软件设计20
5.1软件介绍20
5.1.1建立项目文件,设置和获取目标文件20
5.1.2源文件的建立20
5.1.3建立工程文件20
5.1.4工程的详细设置21
5.1.5编译和链接21
5.2程序设计22
5.1.1红外发射框图22
5.1.2接收部分框图24
第六章总结27
致谢28
参考文献29
附录130
附录234
第一章绪论
1.1课题背景及目的在日常生活和工作中,住房和部门安全、单位文件、财务报表以及一些个人信息的保存通常以锁的方法来解决。
如果使用传统的机械钥匙开锁,人们常常需要携带多个钥匙,使用很不方便,一旦钥匙丢失安全则无法得到保证。
随着科学技术的不断发展,人们在日常生活对保险器件要求也日益增高。
为满足人们的使用锁的需求,使其安全性更好,使用密码取代机械锁应运而生。
密码锁不仅安全性能高成本低，而且具有低能耗、操作方便等优点。
在安全技术防范领域,电子密码锁防盗警报系统功能逐渐取代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和性能得到了较大的改善。
随着大规模集成电路技术的发展,特别是单片机的出现与微处理器的智能组合,它除了具有电子密码锁的功能,还介绍了智能化管理、专家分析系统等功能,使密码锁的高安全性、可靠性得到越来越广泛的应用。
随着科学技术的发展人们对安全愈加重视,许多电子智能锁（指纹识别、IC卡识别）已经在世界范围内相继问世。
但产品的特点是针对特定指纹和有效卡,只能适用于需保密要求的箱、柜、门等。
加之指纹识别器如果使用在公共场所很容易机械损伤,IC卡很容易丢失,损坏等等。
再加上其高成本,在某种程度上,限制了这类产品的普及和推广。
鉴于目前的技术水平和市场接受程度,电子密码锁是这类电子防盗产品的主流。
然而或大或小的缺陷广泛存在于各种接触式密码锁系统。
例如:
接触密码锁系统成本低、体积小、卡本身没有电力供应,使用不便,且有触点磨损。
相比之下,红外遥控密码锁系统和接触密码锁系统成本相当,并可以进行短程控制,使用非常方便。
并结合电脑数据库,可以形成一个酒店房间门禁管理系统。
因为红外遥控器有很多优势,如红外发射装置采用红外发光二极管遥控发射，容易小型化、降低成本;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能力,减少误操作,而且能够减小功耗;红外线不会泄露或产生信号串扰,反应速度快、传输效率高、工作稳定可靠。
即使工业设备在高压、辐射、毒气、粉尘等等恶劣环境下,红外线遥控也不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。
红外遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。
在此次设计中,红外遥控密码锁与电脑、数据库的结合,可以实现及时、强有力的管理,使红外遥控系统更加完善。
1.2国内外研究现状
目前大部分的锁用于机械,最大的缺点是使用简单的工具就能很容易地打开了锁。
针对这种情况,我们设计了一种红外遥控密码锁,和通用设备采用专用的遥控编码及解码集成电路,制作简单、方便,但由于特殊功能的限制，只适用于专用电子产品,其应用范围是有限的。
而设计的红外遥控密码锁系统可以提高访问控制系统的可靠性和安全性,以适应市场需求。
该系统具有普通电子密码锁的功能同时,也增加了远程控制的功能。
该系统具有较强的实际应用价值,所涉及的技术包括:
红外载波数据传输技术和单片机控制技术,红外遥控系统的编码和解码技术,电路设计和演示板生产技术等。
1.3课题研究方法及设计依据
本设计是基于单片机为核心的红外遥控密码锁,安全可靠,成本低,方便连接,使用方便,结构紧凑。
红外遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段,使用红外线作为数据通信的传输介质是一种方便、经济实用的选择,已广泛应用于小型移动设备。
常用的红外通信为850~900纳米内的波长范围。
本设计中的红外遥控密码锁基于红外为载体，数字信号经调制到载波上,再通过红外发光二极管发射,后由接收端恢复原始信号。
第二章红外遥控系统
2.1红外遥控系统结构
红外遥控系统主要分为两个部分,发射和接收。
发送端将由单片机发送的二进制编码调制成一系列脉冲信号,再由红外发射管发送信号。
红外接收利用一体化红外接收头接收红外信号,性能十分可靠，并放大信号,再加以检波整形，获取TTL编码信号,最后传给单片机解码和其它相关操作,如图2.1所示:
图2.1红外遥控示意图
从上述得知，遥控系统分为编码、调制、解调和解码四大部分，其中红外发射使用红外发光二极管，调制部分采用38KHZ的脉冲调制，矩阵键盘使用4×4矩阵。
接收部分通过红外接收头来接收、放大和解调接收到的红外波，该接收头内部电路包括红外监测二极管AT24C02，放大器，限副器，带通滤波器，积分电路，比较器等。
然后通过内含256×8位存储空间的AT24C02进行密码存储，框图如图2.2：
一体化红外接收头
红外发射电路
单片机
单片机
调制解调接收解调
图2.2红外发射框图
2.2红外信号的二进制处理
2.2.1编码
远程控制信息的代码是由STC89C52单片机定时器T1来调制为红外载波信号,频率为38KHZ,关键在于编码,编码使用远程控制的脉冲数字编码方案,不同的脉冲数代表不同的操作码信息,至少2脉冲。
其他信息编码脉冲数依次递增。
为使接收尽可能可靠,第一个代码宽度3ms,余下的代码宽1ms,代码间距是1ms。
远程控制代码数据间隔大于10ms。
遥控器上的每个键均有特定的键号,单片机通过检查所按键的键值控制脉冲数量。
38KHZ的频率,周期大约是26us,首位代码应该是115脉冲周期,余下的38脉冲周期,最后一帧最少需要385个脉冲周期。
图2.3遥控编码图
2.2.2调制
红外信号的调制包括脉冲宽度调制（PWM），脉冲位置调制（PPM）等方法，此次设计采用脉宽调制。
利用单片机完成二进制的调制，它讲编码后的二进制信号调制成频率为38khz的间断脉冲序列，红外发射二极管就是利用这些脉冲序列来发送信号。
如图2.4，A.是二进制信号经编码后的波形，B中的脉冲序列频率为38khz（周期约为26us），C是脉冲序列调制后将用于发送的信号。
图2.4中，待发的二进制数据为101。
图2.4调制图
2.2.3解调
设计中利用一体化红外接收头完成二进制信号的解调，它将接收到的信号（图2.5中的波形D也是图2.4中的波形C）进行内处理然后解调复原，输出图2.5中的波形E（正好是图2.4中A的取反）。
接收头的解调指的是：
在输入脉冲串时对应低电平，反之对应高电平。
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解调图
2.2.4解码
接收信号解码是基于红外接收机解码输出脉冲帧的格式,它使用累加器分别对符合条件的负面跳脉冲计数。
当红外接收器输出脉冲帧数据,第一个低水平的代码将会中断程序,实时接收数据帧。
当收到数据帧,根据帧格式将检测首位（起始）码的码宽。
如果第一个低电平脉冲宽度小于2毫秒,将作为一个错误代码处理。
当高水平的脉冲的间隔超过3ms,停止接收,然后通过累加器A记录的脉冲数来执行对应操作。
第三章系统设计方案
3.1系统的概述
红外遥控发射机部分主要包括STC89C52单片机,红外发射二极管,矩形键盘、数码显示管,复位电路等。
主机接收部分主要由STC89C52单片机,红外接收头,矩形键盘,LCD1602,警报,电磁锁和复位电路等组成。
红外遥控组合应用研究主要应用红外编码及解码技术,并通过微机完成密码设置、修改、开关锁,假警报等功能。
3.2系统的整体设计
此设计主要以STC89C52单片机为核心,硬件电路设计主要由4*4矩阵键盘、报警、数码管、发光二极管、LED、电磁继电器、以及红外发送和接收等。
软件设计分为两大部分,包括主机接收部分和远程控制传输。
信号通过定时器T1（P3.5）口使用定时器中断发射。
定时器中断服务程序功能是:
红外管发射信号需要通过38KHZ高频率调制载波发射,在定时器定时作用下,高频脉冲发射时,通过P3.5口的定时操作,使信号频率调制到38KHZ,再通过红外发射二极管发射,发射距离是8到10米。
借助P3.2（外部中断0）口下降沿来触发中断接收信号,高低电平由P3.3口判断。
外部中断0的中断服务程序的作用:
接收首位码的下降沿触发中断以后验证其码宽。
假如第一个低电平码的脉冲宽度低于2毫米，则视为错误帧处理它。
结束接受的标志是间隔位又高于3ms的高电平脉宽，并依据累加器A记录的脉冲数执行对应操作。
3.2.1遥控发射
远程发射器主要包括STC89C52单片机、红外发射二极管、矩形键盘、数码显示管、复位电路等,这部分的结构如图3.1所示。
STC89C52
矩形键盘
晶振
红外发射器
显示
复位
图3.1发射框图
3.2.2控制接收
主机接收部分主要吧包括STC89C52单片机,红外接收头,矩形键盘,LCD12864,警报器,电磁锁和复位电路等部分结构，如图3.2所示。
STC89C52
显示
键盘
复位
电磁锁
晶振
报警器
红外接收器
存储器
图3.2接受框图
3.2.3密码锁的主要功能
a．设置密码:
设置在设计一组初始密码:
0123456789,用户可以通过键盘按键的矩形修改更改原始密码。
b．密码输入有效的显示:
为了确保是否有按键,防止密码泄露,并建立一个显示电路,即在显示当用户按下数字信号,但是,当输入一个数码管显示“*”字符,这样既巧妙地提醒用户又可以保护用户的密码。
c.错误警报:
当用户输入密码错误三次,系统将报警一段时间,此时必须按下复位才能停止报警。
d.遥控解锁:
这是本论文的最大特点设计,用户无须一定要在主机上输入。
通过密码开锁。
只要遥控器在手且输入正确的密码,就会自动开锁,如果错误的密码,也会报警。
第四章系统硬件电路设计
4.1元件介绍
4.1.1STC89C52的介绍设计是STC89C52单片机为核心。
STC89C52单片机是ATMEL公司AT89系列单片机。
STC89C52是一个低功耗、高性能CMOS8位单片机，其片内包含4k字节的ISP（在系统可编程）可重复擦写1000次的FLASH只读程序存储器,设备采用ATMEL公司的高密度非易失性存储技术,兼容标准MCS.51,芯片集成了一般8位CPU和ISP闪存单元,许多嵌入式控制应用程序的强大微机STC89C52提供具有成本效益的解决方案。
STC89C52具有以下特点,40引脚,4k字节片内程序存储器，128字节的数据随机存取存储器（RAM）,32个外部双向输入/输出（I/O）,五个中断嵌套中断优先级2层中断嵌套中断,两个16位可编程定时计数器,两个全双工串行通信口看门狗（WDT）电路,片内时钟振荡器。
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。
图4.1为STC89C52引脚图，表格4.1为本设计中发射模块中单片机端口资源分配，在发射程序中如下定义端口：
sbitled=P3^7;
sbitout=P3^6;
#defineportP2
单片机STC89C52未分配到的端口皆悬空。
表4.1P3口的第二功能
键盘行H1
P2.0
键盘列L4
P2.7
键盘行H2
P2.1
XTAL1
晶振电路
键盘行H3
P2.2
XTAL2
晶振电路
键盘行H4
P2.3
RST
复位电路
键盘列L1
P2.4
EA
VCC
键盘列L2
P2.5
红外端口
P3.6
键盘列L3
P2.6
红外指示灯
P3.7
图4.1STC89C52引脚排列图
RST:
复位输入。
当振荡器重置设备,保持RST脚两个高水平的机器周期。
ALE/PROG:
当访问外部存储器,地址锁存器允许的状态输出电平是用来锁地址字节。
在正常时期,ALE结束周期在恒频输出脉冲信号,频率为1/6的振荡频率,因此可以用来对付外部输出脉冲或时间的目的。
/PSEN:
外部程序存储器控制信号。
由外部程序存储器是指,每台机器周期/PSEN有效两倍。
但在访问外部数据存储器,这两个有效的/PSEN信号不会出现。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,外部程序内存这一时期（0000.h.FFFFH）,无论是否有内部程序内存。
注意加密方法1,/EA内部锁定复位,当结束/EA保持高电平时,这个内部程序内存。
在FLASH编程,这个销用于应用12v电源（VPP）编程。
XTAL1:
输入反相振荡放大器和内部时钟电路的输入。
XTAL2:
从反向振荡器的输出。
STC89C52单片机也具有芯片可擦除性，三个锁定位的电擦除和整个PROM阵列可通过结合正确的控制信号,并保证ALE管脚在10ms低电平下完成。
数组芯片刷操作时，代码阵列写“1”,且任意非空存储字节被重复编程之前，此操作必须执行。
此外,STC89C52配备稳态逻辑,可以低至零频率条件下的静态逻辑,软件支持两种可选的断电模式。
在空闲模式下,CPU停止工作。
但RAM,定时器,计数器,一个串行端口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下,保存RAM内容并冻结振荡器,禁止使用的其他芯片功能,直到一个硬件复位。
4.1.2AT24C02AT24C02是一个2K位串行CMOSE2PROM，内部含有256个8位字节，CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。
AT24C02有一个16字节页写缓冲器。
该器件通过IIC总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。
其引脚图如下图3.2。
图4.2MAX7221芯片引脚图
AT24C02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，由于A0、A1和A2可以组成000~111八种情况，即通过器件地址输入端A0、A1和A2可以实现将最多8个AT24C02器件连接到总线上，通过进行不同的配置进行选择器件。
其引脚功能如表3.2。
表4.2MAX7221引脚分布图
A0、A1、A2
器件地址选择
SDA
串行数据、地址
SCL
串行时钟
WP
写保护
VCC+1.8V~6.0V
工作电压
VSS
地
4.2电源电路电源则选用三节干电池串联供电。
4.3复位电路
单片机复位时RESET需要保持高电平状态为96个晶振周期的（八个机器周期）。
复位之后堆栈指针SP需要指向07H，P0─P3口高电平，其他功能寄存器以及程序计数器PC置零。
一旦RESET处于高电平，STC89C52则循环复位。
当RESET从高电平变成低电平后，单片机开始执行程序的程序存储器地址为0。
需要注意的是单片机复位时不会改变内部RAM的状态，亦包含工作寄存器R0.R7。
常见复位电路包括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4.3所示。
图4.3复位电路
4.4晶振电路
晶振电路一般指的是单片机的时钟电路。
一般情况下由内部时钟电路和外部时钟电路构成该电路。
前者通常更常用。
单片机芯片内部有一个振荡器，由反相放大器构成。
XTAL1、XTAL2分别为反相放大器的输入端和输出端，将外部石英晶体和XTAL1、XTAL2以及两个电容相互连接则可形成一个石英晶体振荡器，如图4.3所示。
时钟发生器可以将晶体振荡器的频率2分频，其本身是一个2分频电路，然后供给片内的其它电路。
通常电容C1和C2的作用是稳定振荡频率并快速起振。
其电路如图4.4所示。
图4.4晶振电路
4.5发射和接收电路4.5.1发射装置红外发光二级管是最常用的发射器，电视机、空调、影碟机等各种红外遥控系统中红外发光二极管是必不可少的器件，它能够用红外发光二极管发射红外线使脉冲编码遥控指令来控制受控装置，受控装置中一般都应用有红外光—电转换元件，这个元件可以使光信号转换成相应的电信号。
一般选用的红外发光二极管例如SE303·PH303，外形相似于发光二极管LED，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4.5所示。
图4.5红外发射电路
4.5.2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
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