密码报警电路设计与制作.docx
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密码报警电路设计与制作
明达职业技术学院
毕业设计（论文）
2011－2012 学年度
信息工程系 系 电子信息工程技术 专业
班级09电信
（1）班学号43093113
课题名称密码报警电路设计与制作
学生姓名 董家健
指导教师 卜令涛
2011年12月15日
数字密码锁的设计
作者：
董家健
【摘要】：
数字密码锁是由数字密码锁主体以及附加的外围指示电路组成的，其中数字密码锁主体的主要作用是接收密码并进行密码的验证操作；附加的外围指示电路的主要作用是用来显示输入的密码和根据密码验证的结果来给出不同的指示灯显示。
本系统由集成块CD4017,LED显示和报警系统组成。
系统能完成开锁、超时报警、超次锁定、管理员解密、修改用户密码基本的密码锁的功能。
除上述基本的密码锁功能外，还具有调电存储、声光提示等功能，依据实际的情况还可以添加遥控功能。
本系统成本低廉，功能实用
【关键词】：
CD4017数字密码锁数字开锁密码更改数字逻辑电路
一．方案论证比较与选择
方案一：
采用数字电路控制。
其原理方框图如图1－1所示。
采用数字密码锁电路的好处就是设计简单。
用以CD4017构成的数字逻辑电路作为密码锁的核心控制，共设了10个用户输入键，其中只有4个是有效的密码按键，其它的都是”伪键”，若按下伪键，键盘输入电路自动清零，原先输入的密码无效，需要重新输入；当按到伪键时电路报警，其低位电位可以保持5分钟，在这短时间内，如果正确按动所有的密码键，电路便可解除报警。
如果用户输入密码的时间超过5分钟,电路将返回停止计数状态。
电路由两大部分组成：
密码锁电路和备用电源（UPS），其中设置UPS电源是为了防止因为停电造成的密码锁电路失效，使用户免遭麻烦。
密码锁电路包含：
键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警
电路、键盘输入次数锁定电路。
如图1-1所示，它主要由输入，存储，鉴别，编码，驱动，显示，报警，抗干扰等单元电路组成。
图1-1数字密码锁的基本原理框图
方案二：
采用单片机为核心的控制方案
采用一种是用以AT89S51为核心的单片机控制方案。
利用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口，及其控制的准确性，能实现基本的密码锁功能。
在单片机的外围电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制。
当用户需要开锁时，先按键盘开锁键之后按键盘的0-9输入密码。
密码输入完后按下确认键，如果密码输入正确则开锁，不正确显示密码错误重新输入密码，当三次密码错误则发出报警。
还能添加调电存储、声光提示甚至添加遥控控制功能。
其原理如图1-2所示。
图1-2单片机密码报警电路原理图
通过比较以上两种方案，采用数字电路控制的系统成本低廉，功能实用最终确定采用方案一：
数字电路控制。
二.电路的设计
1.按钮式数字密码报警电路
用于保安报警中的按钮式密码报警电路如图2-1所示，它由报警触发电路，声光报警电路，数字密码解除开关电路等组成。
电路有两种状态：
待报警状态和报警状态。
电路处于待报警状态时，计数器CD4017的第7脚Q3端输出高电平，三极管9012截止，报警器不工作，处于安全状态。
这时如果按动报警器触发电路的报警按钮AN,CD4017的第15脚，复位端接收到复位信号，Q3Q2Q1Q0=0000,Q3输出低电位，三极管9012导通，声光报警器报警，要解除报警状态，在本电路中，必须依次按动AN1.AN2.AN3.AN4后，计数器CD4017通过加1计数。
其第7脚Q3输出高电平，控制声光报警器停止工作，报警状态解除。
图2-1按钮式数字密码报警电路
2.按钮数字密码报警电路的原理
如图2-1所示，本电路设定的密码4位，分别由AN1.AN2.AN3.AN4.来输入密码。
当电路处于报警状态时，如果尚未按动任何密码键，时钟选通控制端（CPE）的积分电路充电，使它保持高电平，这时，无论按动其他任何按钮。
包括AN2.AN3.AN4,计数器CD4017都不能计数，当按下AN1后，CPE端（第13脚）电位变低且Q0=1;此时再按动AN2连通Q0端和CP端，CD4017做加1计数；其结果是Q0端变为低电平，而Q1变为高电平。
继续依次按动AN3.AN4最后的结果是CD4017的Q3端输出高电位，声光报警电路就会解除报警状态。
由于首先要按动是AN1,它使得CPE端电位变低，但当AN1松开后，该端的积分电路R3，C2就会继续充电，导致该端点位升高，其低电位可以保持约5分钟。
如果在这段时间内，正确按动所有的密码键，电路便可解除报警。
如果超过5分钟时间，电路就会返回停止计数状态，可按任何键，声光报警状态都不能解除。
密码的设置可以用改变按钮AN1.AN2.AN3.AN4的位置来实现。
也可以使用10个按钮开关，从AN1—AN10分别表示0.1.2……9在0—9个数字键中，选定密码键分布在不同的数字中，就组成了不同的密码。
三．电路的功能单元设计
1.密码修改电路：
密码修改电路由AN0—AN10（如图3-1所示）,密码的设置可以用改变按钮AN1.AN2.AN3.AN4的位置来实现。
也可以使用10个按钮开关，从AN1—AN10分别表示0.1.2……9在0—9个数字键中，选定密码键分布在不同的数字中，就组成了不同的密码。
图3-1密码修改电路
2.报警电路：
报警电路实现的功两种工作状态：
待报警状态和报警状态。
处于待报警状态时，计数器CD4017的第7脚Q3端输出能是：
当按动AN0,AN5—AN10伪键时，电路报警，防止他人恶意开锁。
电路分为高电平，三极管9012截止，报警器不工作，处于安全状态。
这时如果按动报警器触发电路的报警按钮AN三极管9012导通，声光报警器报警，要解除报警状态，在本电路中，必须依次按动AN1.AN2.AN3.AN4。
图3-2报警电路
3.CD4017介绍
CD4017：
十进制计数器/脉冲分配器
CD4017是5位Johnson计数器，具有10个译码输出端，CP、CR、INH输入端。
时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。
INH为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。
CR为高电平时，计数器清零。
Johnson计数器，提供了快速操作、2输入译码选通和无毛刺译码输出。
防锁选通，保证了正确的计数顺序。
译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。
在每10个时钟输入周期CO信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。
CD4017引脚功能：
CD4017内部是除10的计数器及二进制对10进制译码电路。
CD4017有16支脚，除电源脚VDD及VSS为电源接脚，输入电压范围为3–15V之外，其余接脚为：
A、频率输入脚：
CLOCK（Pin14），为频率信号的输入脚。
B、数据输出脚：
a、Q1-Q9（Pin3，2，4，7，10，1，5，6，9，11），为*后的时进制
输出接脚，被计数到的值，其输出为Hi，其余为Lo电位。
b、CARRYOUT（Pin12），进位脚，当4017计数10个脉冲之后，CARRY
OUT将输出一个脉波，代表产生进位，共串级计数器使用。
D、控制脚：
a、CLEAR（Pin15）：
清除脚或称复位（Reset）脚，当此脚为Hi时，会
使CD4017的Q0为”1”，其余Q1-Q9为”0”。
b、CLOCKENABLE（Pin13），时序允许脚，当此脚为低电位，CLOCK
输入脉波在正缘时，会使CD4017计数，并改变Q1-Q9的输出状态。
图3-3CD4017实物图
CD4017提供了16引线多层陶瓷双列直插（D）、熔封陶瓷双列直插（J）、塑料双列直插（P）和陶瓷片状载体（C）4种封装形式
推荐工作条件
电源电压范围：
3V-15V
输入电压范围：
0V-VDD
工作温度范围
M类：
55℃-125℃
E类：
40℃-85℃
极限值
电源电压：
-0.5V-18V
输入电压：
-0.5V-VDD十0.5V
输入电流：
±10mA
贮存温度：
-65℃-150℃
图3-4引脚图
引出端功能符号
CO：
进位脉冲输出
CP：
时钟输入端
CR：
清除端
INH：
禁止端
Q0-Q9计数脉冲输出端
VDD：
正电源
VSS：
地
4.蜂鸣器介绍
1．压电式蜂鸣器压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。
有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。
多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。
当接通电源后（1.5~15V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.5~2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。
压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。
在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。
2．电磁式蜂鸣器电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。
接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。
振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。
图3-6蜂鸣器电路
四、安装与调试
1.安装前对应元器件清单核对元器件是否规格一致。
2.在安装电路时
（1）为了防止集成电路芯片受损，在插入和拔出芯片时要非常小心，细心。
插入时使用的元器件方向要一致，集成块缺口一端朝左，所有引脚均对准面包板的小孔，均匀的用力按下；拔出时必须使用镊子，夹住集成块，垂直拔起，或者用小起子对撬，以免使其引脚因受力不均而弯曲或者断裂。
CD4017引脚由左上逆时针为1-16引脚。
（2）正确合理的布线，在布线时，元器件和连线排列整齐，不能跨线。
电源线和地线不能接错，在连接电路时，有一次电源线和地线不小心接到了一起，还好没有造成什么影响。
3.电路的调试和故障的检查与排除
（1）解好全部连线，对照电路图，检查没有漏线和错线，用万用表检查电源和电线阻值也排除了断路或短路现象。
（2）连线无误，接通电源，各元器件没有异常发热现象、异味等现象。
但接通电源后，一直再响，并且当蜂鸣器处于报警状态时，输入正确的密码一直解除不了报警。
通过用万用表的测量，发现三极管处于截止状态。
最后在同学的帮助下终于将故障排除。
测量数据：
未按键3脚4.9V
7脚0.8V
按正确3脚0.5V
7脚4.45V
9013未按键C4.92V
按正确C1.24V
心得体会
经过一个多月的努力我的毕业设计终于完成了，但是现在回想起来做毕业设计的整个过程，颇有心得，其中有苦也有甜，艰辛同时又充满乐趣，不过乐趣尽在其中！
通过本次毕业设计，没有接受任务以前觉得毕业设计只是对这两年多来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。
在此次课程设计的过程中，我觉得既锻炼了我的实际动手能力，也再一次复习了上学期学习的数电知识，对逻辑门逻辑电路，各种基本集成芯片都有了进一步的理解。
由简单的抽象理解到实际认知。
通过这次课程设计，我觉得学习像数电这样实用的知识，不仅要掌握书本上的基本内容，还要灵活思考，善于变换，这样才能找到最优设计，达到事半功倍的效果。
而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。
我在学习上和思想上都受益匪浅，这除了自身的努力外，与老师的支持和他的循循善诱是分不开的。
这次设计使我更加懂得了自己所学知识是多么的有限，自己的在各个方面都需要再加强。
而我们是要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践，通过这些不断的改正自己。
这样才能使自己不被社会淘汰。
总之，在这次课程设计过程中，我既学习到了数电知识，又学到了许多书本之外宝贵的分析动手能力。
与其临渊羡鱼，不如退而结网。
这次数电课程设计给我的最大的印象就是如果自己有了兴趣，就动手去做，困难在你的勇气和毅力下是抬不了头的。
【参考文献】
1.刘国魏编.数字电子技术基础北京：
国防科技大学出版社，2008.06.
2.王斌主编电工电子实验实践教程北京出版社，2007.08
3.欧阳星明主编数字逻辑（第三版）华中科技大学出版社，2007.02
4.谢云刘冰茹易波王春茹.现代电子技术实践课程指导.机械工业出版社,2003.01
附录一：
元器件清单
元器件清单
序号
元器件名称
型号与规格
数量
1
计数器
CD4017
1
2
电解电容
100uF/25V
1
3
电解电容
3.3uF/50v
1
4
涤纶电容
0.022uF/63V
1
5
涤纶电容
0.22uF/63V
1
6
电阻
1.5M
5
7
电阻
470K
1
8
电阻
10K
1
9
电阻
3K
1
10
电阻
2K
1
11
电阻
1K
3
12
电阻
220
1
13
发光二极管
红色
1
14
发光二极管
黄色
1
15
蜂鸣器
DC6-24V
1
16
开关
10
工具清单：
万用表一部
镊子一把
剪刀一把
示波器一台
面包板一块
附录二：
总电路图
附录三：
实物图
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