红外射频.docx

1、红外射频遥控防盗密码锁设计摘 要本文主要是围绕遥控防盗密码锁控制系统的相关理论和实践应用进行了研究。根据项目要求提出了以单片机89C52为核心，短距离无线遥控技术和电子密码锁技术相结合的系统解决方案，给出了硬件设计电路和软件结构，详细描述了系统的硬件线路和软件设计思想，并给出了流程图。采用4个数据位的编解码芯片来完成数据的传输的设计方法，给出了该设计方法详细的原理和具体的设计电路。发射模块中采用8个按键，接收模块中采用典型的超再生接收电路。最后介绍了详细的系统抗干扰措施和系统节能措施，其电路和控制方法有一定的实用性和通用性。关键字 无线遥控 密码锁 89C52 超再生Remote anti-t

2、heft combinationlock designABSTRACTThis paper is on research under the related theoretical and practical application about the infrared remote controlling system on security password locker. It designed a solution project using the microcontroller 89C52 which is connected the remote controlling tech

3、nology and the technology of electronic code locker. It explained the hardware structure and software design of system in detail. At the same time, the flowchart of important subroutine is shown in this paper. The design way of transmitting data is used by the remote controlling encoder and decoder

4、microchip with four data pins. The principle and specific circuit of the design way is given in this paper in detail. 8 buttons and typical super-regenerative receiver circuit are applied respectively in the transmitter module and the receiver module. Finally, the disturbance dejecting measures and

5、system energy-saving measures are described in detail in this paper. These circuits and methods are practicable and universalizable. Keyword wireless remote control password lock 89C52 super-regenerative目 录中文摘要 I英文摘要 II1 绪论 11.1 发展现状 11.2 课题来源及系统简介 21.3 系统设计方案 21.3.1 发射电路 31.3.2 遥控接收电路 32 硬件电路设计 52.

6、1 硬件设计原则 52.2 CPU的选择 52.3 PT2262简介 62.4 解码电路 102.5 报警电路 142.6 开锁电路 142.7 遥控发射电路 152.7.1 遥控方式的选择 152.7.2 发射电路 172.8 射频接收电路 192.8.1 超再生接收电路 192.8.2 超外差接收电路 212.8.3 接收电路方案论证 233 软件设计 253.1 软件设计方案 253.2 设计原则 263.3 遥控接收 263.3.1 开锁和报警 263.3.2 接收主程序 273.4 遥控接收程序 284 技术难点及解决方案 324.1 无线电干扰 324.2 抗干扰措施 334.2.

7、1 抑制干扰源 334.2.2 切断干扰传播路径 344.2.3 提高敏感器件的抗干扰性能 345 设计总结 36致谢 37参考文献 38附录 391 绪论1.1 发展现状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1与机械技术相结合，产生了一大批如声控锁、磁控锁、密码锁、遥控锁等先进的锁具。目前最常用的锁是五十年代意大利人设计的机械锁，这种锁结构简单、使用方便、价格便宜，但在使用中暴露了很多缺点：机械锁是靠金属制成的，通过钥匙上的不同齿形与锁芯的配合来工作的，据统计每四千把锁中就有两把锁的钥匙齿牙相同或类似，安全性较低；钥匙一旦丢失，无论谁捡到钥匙都可将门打开；机械锁

8、的材料多为黄铜，质地较软，容易损坏。到了80年代，在日本产生了最早的电子密码锁。随着日本经济复苏，电子行业的快速发展，一些利用简单的门电路设计的密码锁出现了。这类电路安全性差，容易破解。密码锁采用密码代替钥匙，省去了佩带钥匙的烦恼，也从根本上解决了普通门锁保密性差的缺点。到了90年代，美国、意大利、德国、日本、加拿大、韩国以及我国的台湾、香港等地的微电子技术的进步和通信技术的发展为密码锁提供了技术上的基础，从而推动密码锁走向实际应用的阶段。我国于90年代初开始对密码锁进行初步的探索。到目前为止，在此领域虽已有较大的发展，采用各种电路进行设计的比较多，技术也相当先进，但是，我们必须正视的一个事实

9、是，出口产品中高档产品只占15%-20%，而我国高档产品在发达国家也只能算是中档产品，价格低是普遍现象。此外，我国目前的出口产品，与国外产品相比，无论是品牌知名度还是产品售价，我国产品有着非常大的差距。电子技术发展至今已达到相当高的水平，电子密码锁技术己十分成熟。家庭、宾馆已开始使用电子门，贵重物品、机密文件的保管也用到了电子密码锁，电子密码锁控制器在现场与传感器及执行机构相连，进行状态监视和完成控制功能。小型便携的新型装置，可广泛应用在各种场合，其结构简单、造价低廉、安全性好。通常电子密码锁系统由电路部分和机械执行部分组成。控制器将输入的密码与电子锁内预置的开锁密码进行比较、鉴别，当确认完全

10、一致时，送出一个信号给功率放大器，然后由继电器带动机械执行部件开锁。输入的密码将被与电子锁内预置的开锁密码进行比较。目前国内外密码锁系统的主要方向的发展是：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，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。1.2 课题来源及系统简介由于盗窃犯罪分子的猖獗，很多电动车，汽车偷盗情况比较严重，遥控密码锁通过密码打开方式，可以有效地防止被盗，而且遥控控制方便了人们的使用。遥控密码

11、锁系统由两部分组成：遥控发射器和遥控接受系统。使用者将密码从遥控发射器上的键盘输入，经过PT2262编译，然后由发射器发射出去。遥控接收系统接受到用户输入的密码后，由超再生接收电路进行解调，然后通过PT2272解码，并且进行比对，如果比对通过则驱动继电器进行开锁，如果比对失败则不产生任何操作。同时遥控密码锁系统具有一般电子密码锁系统的普遍特点，该系统能由用户自己设定密码，密码由4个10位数构成，最高有8的4次方个组合方式，安全性高，并能对试图非法开锁操作进行惩罚性的自锁，同时发出蜂鸣警告。同时遥控器具有通用性，便于生产，即使遥控器被盗或丢失，由于密码的保密性，别人也无法打开本系统。1.3 系统

12、设计方案目前电子密码锁普遍采用单片微处理器来作为应用系统的中央处理器。单片微处理器具有集成度高，系统结构简单，应用灵活，处理功能强，运算速度快等一系列优点，这就使单片机为基础的应用系统容易做到体积小，性能好，价格便宜，易于产品化。目前单片机繁多，有8位机的IntelMCS-51系列，PIC系列等，16位单片机2有IntelMCS-96系列等。在本系统中，8位单片机就能满足系统的设计需要。目前的8位单片机中，以IntelMCS-51系列单片机的品种最多，接口芯片以及应用软件也非常丰富。在选择MCS-5l系列单片机芯片时，在成本允许的的情况下，尽可能地选用集成度高的微处理器。ATEML公司推出的A

13、t89C52单片机3是一种以80c52为内核的低功耗高性能的8位COMS单片机。它内部集成了8k的flash程序存储器，这种flash存储器可以反复擦除1000次之多，将使程序调试非常方便。同时At89c52具有256字节内部RAM，32位输出输入口线，3个16位定时器计数器，8个中断源，2级中断处理能力，具有休眠和掉电两种节电模式。从系统的各个方面考虑。选用At89c52单片机4作为遥控接受系统的中央处理器，它应该完全能够满足系统的需要。本系统中选用无线315mhz5射频RF(radiofrequency)方式来完成无线通讯315mhz的发射频率是国家规定的无线报警专用频率，符合国家规定。因

14、为无线遥控采用了多组编码的射频方式，频率调制精密，发射功率微小，既不容易对外界造成干扰，也不容易受到外界干扰。对于射频发射和接收电路6，可以采用当前市场上普遍采用的OOK调制的发射电路，这种电路实现简单，元器件少，发射距离在50100米，能够达到系统的设计目标。接收电路选用超再生接收电路，通过PT2272解码，数据传送给单片机7进行控制操作。要使解码芯片PT2272能够正常地接收并解码信号产生输出就必须使其地址位的状态与编码芯片PT2262的地址位状态完全相同，也就是说，只要解码芯片PT2272和编码芯片PT2262的地址位接地，接高电平或悬空状态相同，那么解码芯片就会有数据输出。1.3.1

15、发射电路发射电路通过PT2262编码后，有315MHz的高频载波调制，在由天线发射出去。发射电路框图如图1-1所示。图1-1 发射电路框图用12伏电源供电，当按键按下时，PT2262上电，发射电路上电，PT2262将按键的状态编码产生方波，采用315M报警专用高频频率作为载波，在经过OOK调制，由发射电路发射出去。当没有任意按键按下对，电源截断，遥控8发射器的静态功耗为0.00mA。1.3.2 遥控接收电路接收电路包括解码芯片PT2272、单片机89C52、接收模块、报警电路和开锁电路。接收电路框图如图1-2所示。图1-2 遥控接收电路默认状态下CPU处于掉电状态，遥控接收模块和PT2272直

16、处于工作状态，当遥控器的数据位上的健按下时，遥控9接收模块接收到已调波信号，经过解调还原成原来的方波信号，这些方波信号经过电压匹配处理，输入给解码芯PT2272产生输出，这个输出将CPU从掉电模式中唤醒，使CPU处于正常工作状态，CPU接收数据，然后CPU对接收到的数据输入进行处理，产生相应的操作结果，完成密码的比对，产生驱动输出。2 硬件电路设计本文系统大体上分为遥控发射电路11和遥控接收电路。遥控接收电路中包括按键电路、编码电路和无线发射电路。遥控接收电路包括报警电路、开锁电路和接收模块，并且以单片机为处理核心部件。2.1 硬件设计原则系统的扩展和配置设计遵循下列原则：（1）尽可能选择典型

17、电路，并符合单片机的常规用法。为硬件的标准化，模块化打下良好的基础。（2）系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当的余地，以便二次开发。在本系统中选用有32个IO口线的89C52，当前设计中只选用了其中的27根口线，留有5个IO口线，为以后系统扩展留有空间。（3）硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产上相互影响，考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件实现，但必须注意，由软件实现的硬件功能，其相应时间要比直接用硬件实现来得长，而且占用CPU时间。因此，选用软件方案时要考虑这些因素。（4）整个系统中的相关的器件要尽可能做到性能匹配。如在本系统中

18、，选择CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统中所有芯片都应该选择低功耗的产品。（5）可靠性及抗干扰设计是硬件系统设计不可缺少的一部分，它包括芯片。器件选择，去藕滤波，印刷电路板布线等。在第四章中将详细说明本系统中所采取的抗干扰措施。2.2 CPU的选择在本系统中，89c52的32根输入输出口线分配如下：P0.0-P0.3的4根I0口线用于接收解码芯片的四位数据位； P1.1控制蜂鸣器。采用89C52的内部振荡器时钟方式，外部晶振采用6MHZ的石英晶振，以保证单片机的内部时钟不与系统的遥控载波频率315MHZ相互干扰。图2-1 89C52的引脚图由于该芯片采用了CMOS工艺，它配置了空闲模式和

19、掉电模式。空闲模式下外围器件继续工作，可以产生中断激活处理器。所有被允许的中断及复位均可结束空闲模式。在掉电模式将振荡器停振以使功耗最小，片内RAM和SFR内容被保存直至掉电模式结束。该芯片只能通过硬件复位来结束掉电模式。复位将从新定义SFR(特殊功能寄存器)但不改变片内RAM的值。注意：硬件复位必须在电源电压恢复到正常工作电压之前都必须一直有效，并且要保证复位时间必须到IOMS以使振荡器重新开始工作并稳定下来。在正常运行(5V，12MHZ)时，工作电流为16mA，同样条件下如果处于空闲模式，工作电流则为3.7mA，在掉电模式下，工作电压为2V时，工作电流仅为50nA。由于该系统是使用在遥控器

20、上，没有外部电源，只能靠干电池供电，因而器件的功耗是必须首先考虑的。89C52具有节电模式，且节电效果显著，因而能够满足系统需要。2.3 PT2262简介无线遥控的实现通常会用到PT2262和PT2272这两个芯片，它们是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺的低功耗通用编、解码芯片。编码芯片PT2262引脚图如图2-2所示。图2-2 PT2262PT2262的各个引脚功能如下：（1）A0-A5：地址输入端，可编成“1”、“0”和“开路”三种状态（2）A6/D0-A11/D5：地址或数据输入端，地址输入时用Pin1-Pin6，做数据输入时只可编成“1”、“0”两种状态（3）TE：发射使能端，低电平

21、有效（4）OSC1、OSC2：外接振荡电阻，决定振荡的时钟频率（5）Dout：数据输出端，编码由此脚串行输出（6）VCC，Vss：电源+，-接地端PT2262最大可以具有12个地址位，它的数据位最大可以有6个。每一个地址位可以有接地，接电源，悬空三种状态。每个数据位可以有接地，接高两种状态。PT2262就是将地址位和数据位的状态进行编码然后输出相应的编码信号。PT2262能够满足两种工作方式：射频工作方式(RF)和红外线工作方式(IR)。在整个系统的遥控方式上选用射频的工作方式。下面详细介绍PT2262的射频工作方式。无线电射频标签与终端机之间交换的是数据，由于采用无接触方式通信，还存在一个空

22、间无线信道。因而，无线电射频标签与终端机之间的数据交换构成的是一个无线数据通信系统。在这样的数据通信系统模型下，无线电射频标签是数据通信的一方，终端机是通信的另一方。要实现安全、可靠、有效地数据通信目的，数据通信的双方必须遵守相互约定的通信协议。没有这样一个通信双方公认的基础，步调也无从协调一致，从而造成数据通信无法进行。由于无线电射频系统的发射设备本身具有很多特殊性，无线电射频标签的计算机资源和存储资源都十分有限，因此极少有人设计使用公钥密码体制之上。根据以上几个无线电射频安全协议的认证方式将它们抽象成两种协议模型，采用单向认证模型。编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码和同步

23、码组成一个完整的码字。位码是编码波形的基本单位，可以分为AD位(地址，数据)和SYNC位(同步)。根据相应端予电平的低，高，或者悬空状态，AD位可分别置为“0”，“l”或“f”，每位波形由两个脉冲周期构成，每个脉冲周期含16个时钟周期，一组位码构成了字码，字码由12位AD位码再紧跟1位SYNC位码构成。如图2-3所示。说明：a=时钟振荡周期，位“f”仅对码地址有效12位AD位码的值是由发射时的AOA5和A6D5一A11DO位的相应状态决定的。当PT2262的数据位被使用时，它的地址位就相应地减少。图2-3 AD波形图同步位的长度是四个AD位的长度，含有一个18AD位宽度的脉冲。同步位的波形如图

24、2-4所示。图2-4 同步位波形在这个遥控编码中采用8个地址位，4个数据位和1个同步位构成字码。一个帧码包括4个连续的字码。当PT2262的TE置底时，PT2262的DOUT脚就是输出帧码的。如果TE(发射使能位)在帧码输出完以后依然置低，那么PT2262就输出其他的帧码。注意，只要TE置低，DOUT就输出帧码，这是同步的。TE与Dout的关系如图2-5所示。图2-5 TE与Dout的关系本系统采用4个数据位，8个地址位进行编码。发射格式如图2-6所示。图2-6 发射格式一个完整的字与地址位的关系如图2-7所示。A0A1A2A3A4A5A6A7D3D2D1D0SNYC 图2-7 字与地址位的关

25、系因而当Sl等按钮按下时，PT2262输出的相应的编码波形，输出的编码波就可以直接输入射频发射电路进行工作。2.4 解码电路PT2272是与PT2262配对使用的一块遥控解码专用集成电路。采用CMOS工艺制造，它最大拥有12位的三状态地址管脚，可支持多大531441个地址的编码。因此极大地减少了码的冲突和非法对编码进行扫描以使匹配的可能性。PT2262、PT2272都内置的振荡回路，通过在OSCI和0SC2端外接一个振荡电阻可构成一个精确的振荡器。对于信号的编码和解码，可以采用专门的配对编码芯片和解码芯片。台湾普城公司生产的PT2262，PT2272芯片就是对专用的信号编码解码芯片。下面简要介

26、绍其设计思路：要使解码芯片PT2272能够正常地接收并解码信号产生输出就必须使其地址位的状态与编码芯片PT2262的地址位状态完全相同，也就是说，只要解码芯片PT2272和编码芯片PT2262的地址位接地，接高电平或悬空状态相同，那么解码芯片就会有数据输出。PT2272的引脚图如图2-8所示。图2-8 PT2272PT2272引脚的各功能如下：（1）A0-A5：地址输入端，可编成“1”、“0”和“开路”三种状态。要求与PT2262设定的状态一致 （2）D0-D5：数据输出端，分暂存和锁存两种状态 （3）DIN：脉冲编码信号输入端 （4）OSC1、OSC2：外接振荡电阻，决定振荡的时钟频率 （5

27、）VT：输出端，接收有效信号时，VT端由低电平变为高电平 （6）VCC，VSS：电源+，-接地端PT2272的输入与输出的数据关系如图2-9所示。其中，Ta是8个时钟宽度，Tb是1个时钟宽度，Tc是2个字码宽度。 图2-9 输入数据与输出数据的关系通过接收电路解调后，经过PT2272进行解码，PT2272的链接图如图2-10所示。图2-10 PT2272连线并且PT2272也有不同的输出类型。PT2272的操作流程如图2-11所示。图2-11 PT2272流程图上电后PT2272进入待机模式，检查是否有接收信号，如无接收信号，仍停留在待机状态。否则在收到信号后，进行接收，码地址与设置的码地址进

28、行比较。当接收地址与设置地址相互匹配时，数据存于寄存器中。当检查到连续两帧的码地址都匹配，且数据都一致时，相应的数据输出端有输出，并且驱动VT输出。当联系两帧的码地址不匹配时，VT不会被驱动，对于瞬态输出型来说，输出数据复位，而对锁存型的输出，则输出数据维持。2.5 报警电路选用蜂鸣器作为报警指示电路，其硬件电路简单，成本低能比较直观地起到报警指示作用。由蜂鸣器发声进行报警，蜂鸣器接在89C52的引脚P1.1上，通过PNP型三极管做电流放大，因此可以通过单片机控制蜂鸣器的频率及蜂鸣时间。当输人错误的密码进行开锁时，系统会报警，由P1.1口输出低电平使得PNP型三极管5导通，蜂鸣器两端加电，由蜂

29、鸣器发出报警声。报警电路如图2-12所示。图2-12 报警电路2.6 开锁电路当遥控输入密码正确时，密码锁打开。密码不正确时，发出报警。开锁电路从单片机的P1.0引脚引出电路，接到8550继电器驱动三极管的基极，发射极与继电器相连，而集电极接地。其电路如图2-13电路原理图所示。当开锁时，P1.0 脚发出驱动信号，使驱动三极管导通。图2-13 开锁电路2.7 遥控发射电路发射器电路包括按键和发射电路。射频发射电路要实现的功能就是将经PT2262编码后的编码信号通过调制然后发射出去。2.7.1 遥控方式的选择对于无线遥控技术，当前基本上通过以下几种方式来实现：红外线(infrared ray)遥

30、控方式，无线电遥控方式，超声波遥控方式。红外遥控13是单工的红外通信方式，本设计的红外遥控采用以通信方式为基础的红外遥控，而且本设计也使用了红外通信技术，故着重分析红外通信的基本原理。红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。它一般由红外发射和接收系统两部分组成。发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。红外线是波长在 750nm至1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。红外通信一般采用红外波段内的近红外线，波长在 0.75um至 25um之间。红外数据协会（IrDA）成

31、立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通信效果，红外通信协议将红外数据通信所采用的光波波长的范围限定在 850 至 900nm之内。红外通信的基本原理是发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号（载波信号），通过红外发射管发射红外信号。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法。红外线技术出现较早，成本低，价格也具有优势。红外线遥控具有以下优点：控制内容多，抗干扰能力较强，不会发生任何误动作；响应速度快，不会对其它电器产生干扰，从而影响用户使用；体积小，成本低，功耗小，与其它方式相比，可降低消耗功率90。但它的缺点也明显，在使用中需要保证遥控发射器和遥控接收设备处于一定的角度范围，中间不能有任何物品，否则就会阻挡红外线的传输，因为红外线不能穿越砖瓦水泥砌筑的墙体，这在日常使用中经常会造成不便，毕竟用户不希望只能在一定的角度范围内才能操作，此外红外方式也容易受到外界干扰。超声波遥控方式中的超声传感器频带窄，所能携带的信息量少，易受干扰而引起误