紅外遙控密碼鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-5頁文檔資料

1、紅外遙控密碼鎖1 總體概述目前大部分的鎖采用的都是機(jī)械式的，其最大的缺點(diǎn)是利用簡(jiǎn)單工具就能很容易地把鎖打開。 針對(duì)這種情況， 我們?cè)O(shè)計(jì)了一種紅外遙控密碼鎖， 而一般設(shè)備都采用專用的遙控編碼及解碼集成電路， 其制作簡(jiǎn)單、 容易， 但由于特定功能的限制， 只適用于專用的電器產(chǎn)品，其應(yīng)用范圍受到限制。本設(shè)計(jì)由AT89C2051編程實(shí)現(xiàn)的發(fā)射電路和AT89C52控制的接收部分構(gòu)成。采用單片機(jī)進(jìn)行遙控系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)，具有編程靈活多樣，電路結(jié)構(gòu)清晰。整個(gè)設(shè)計(jì)具有遙控開鎖，遙控的節(jié)能設(shè)計(jì)，本機(jī)控制開鎖，密碼修改，密碼顯示，工作狀態(tài)顯示，按鍵提示，密碼錯(cuò)誤報(bào)警等功能， 可在密碼外泄的情況下及時(shí)修改密碼， 具有

2、保密性好、 安全可靠、 成本低廉、連接方便，簡(jiǎn)單易用，適用范圍廣等特點(diǎn)，而且特別適合家庭，賓館，倉庫，私家車庫等場(chǎng)所。2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)構(gòu)成框圖基于單片機(jī)系統(tǒng)的紅外遙控密碼鎖的系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖 1 所示：圖 1 紅外遙控密碼鎖系統(tǒng)框圖該系統(tǒng)由發(fā)射模塊和接收模塊兩部分構(gòu)成， 遙控器發(fā)射模塊可以隨身攜帶， 只要在接收 器附近，即可遙控開鎖；接收器則集開鎖、修改密碼、報(bào)警和顯示于一體。2.2 設(shè)計(jì)思想本系統(tǒng)采用單片機(jī) AT89C2051和AT89C52作為核心的元件，利用紅外遙控原理和單片機(jī) 相關(guān)功能設(shè)計(jì)的一款具有本機(jī)開鎖，遙控開鎖和可修改密碼的電子密碼鎖。發(fā)射模塊和接收模塊原理圖如下：圖

3、 2 發(fā)射模塊圖 3 接收模塊3 基本功能設(shè)計(jì)3.1 初始密碼的設(shè)置有些密碼鎖直接將編好的密碼程序存儲(chǔ)在EPROW，但在實(shí)際應(yīng)用中不易實(shí)現(xiàn)密碼的修改。本設(shè)計(jì)為了方便密碼的修改，擴(kuò)展了EEPRO陳存儲(chǔ)密碼。我們采用六位密碼設(shè)置并分為用戶密碼和管理密碼。用戶密碼初始設(shè)為123456，它用來開鎖和修改用戶密碼，沒有權(quán)限修改管理密碼；管理密碼初始設(shè)為 778899 ，它是專門用來防止密碼丟失而進(jìn)行的特別密碼設(shè)置，管理密碼擁有最高的權(quán)限。3.2 密碼顯示與開鎖鍵入密碼時(shí)，有時(shí)并不能確認(rèn)某一個(gè)按鍵是否被按下，故我們?cè)陔娐分性O(shè)置了模擬顯示電路。同時(shí)考慮到密碼顯示出來有可能外泄的問題，在顯示時(shí)用一個(gè)固定的字母

4、"H'來提醒用戶是否有鍵按下， 這樣既巧妙的提醒了用戶又有效的保護(hù)了密碼， 這是本設(shè)計(jì)安全性的一個(gè)體現(xiàn)。除此之外，在一個(gè)鍵按下后，蜂鳴器機(jī)會(huì)發(fā)出“嘀”的一聲，也用于提示此鍵已按下。在用戶輸入正確的六位密碼后，再按“確認(rèn)”鍵，便可開鎖，在本次設(shè)計(jì)中，基于節(jié)省材料的原則， 暫時(shí)用發(fā)光二極管代替電磁鎖， 發(fā)光管亮， 表示開鎖； 滅， 表示沒有開鎖。3.3 密碼的修改當(dāng)你設(shè)定的用戶密碼不小心外泄時(shí)，這時(shí)就要及時(shí)通過密碼修改程序來更改密碼了，我們可以選擇管理密碼和用戶密碼中的一種對(duì)其進(jìn)行修改。當(dāng)選用用戶密碼修改時(shí)，首先要正確輸入原用戶密碼，然后按“更改”鍵，如果原密碼正確則進(jìn)入密碼修改

5、程序。接下來輸入六位新密碼，接著新密碼即被存入AT24C02中，至此用戶密碼修改成功。當(dāng)選用管理密碼修改時(shí)，首先要正確輸入管理密碼，然后按“ MAS鍵，如果管理密碼正確則進(jìn)入密碼修改程序。 接下來輸入六位新密碼， 接著新密碼即被存入存儲(chǔ)器中并把原來的用戶密碼覆蓋。 當(dāng)然在普通情況下不建議使用這種修改方法， 只有在用戶密碼被非法修改時(shí)才使用。這是本設(shè)計(jì)安全性的重要體現(xiàn)。3.4 密碼錯(cuò)誤報(bào)警當(dāng)用戶鍵入錯(cuò)誤密碼并按下 “確認(rèn)” 鍵時(shí)， 系統(tǒng)會(huì)發(fā)出兩秒連續(xù)的報(bào)警聲同時(shí)密碼錯(cuò)誤指示燈亮；當(dāng)連續(xù)三次出現(xiàn)密碼錯(cuò)誤時(shí)，則系統(tǒng)會(huì)長時(shí)間報(bào)警，并將密碼鎖鎖定一段時(shí)間，此舉可有效防止非法操作。這是本設(shè)計(jì)安全性的又一體

6、現(xiàn)。3.5 遙控開鎖當(dāng)此鎖用于私家車庫或倉庫時(shí)，用戶可以直接在適當(dāng)?shù)木嚯x輸入正確密碼并確認(rèn)發(fā)送，接收端在收到相應(yīng)信號(hào)便會(huì)自動(dòng)開鎖， 這樣便實(shí)現(xiàn)了遙控開鎖。 這是本設(shè)計(jì)方便靈活的重要體現(xiàn)。 由于遙控器一般隨身攜帶， 所以遙控器采用電池供電。 這就要求發(fā)射系統(tǒng)的功耗要很低， 在本設(shè)計(jì)中將芯片設(shè)計(jì)為待機(jī)模式， 只有當(dāng)按鍵按下時(shí)才正常工作， 這樣可以起到降低功耗的目的。4 功能模塊設(shè)計(jì)4.1 紅外的發(fā)射和接收紅外線波長在750nm至1um之間的電磁波，它的頻率低于可見光，是一種人的眼睛看不到的光線。紅外遙控具有抗干擾能力強(qiáng)，信息傳輸可靠，功耗低，成本低，易于實(shí)現(xiàn)等顯著第 3 頁優(yōu)點(diǎn)。紅外遙控由發(fā)送和接

7、收兩部分組成， 發(fā)送端采用單片機(jī)將待發(fā)送的二進(jìn)制信號(hào)編碼調(diào)制為一系列的脈沖信號(hào)， 通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)。 紅外接收采用性能可靠的一體化紅外接收頭接收紅外信號(hào)，它同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，檢波，整形，得到 TTL 電平的編碼信號(hào)，再 送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)解碼并進(jìn)行相關(guān)操作。發(fā)送與接收示意圖如下所示：圖 4 發(fā)送與接收示意圖由上所述可知，遙控系統(tǒng)分為編碼，調(diào)制，解調(diào)和解碼如圖 5 所示四大部分：圖 5 遙控與接收系統(tǒng)4.1.1 編碼如圖4,二進(jìn)制信號(hào)中的1'的高低電平均等于0.26ms,相當(dāng)于10個(gè)26us的寬度；二進(jìn)制信號(hào)中的0的低電平寬0.52ms ，高電平寬 0.26ms 。圖 6

8、編碼示意圖4.1.2 調(diào)制紅外信號(hào)的調(diào)制有脈沖寬度調(diào)制（ PWM脈沖位置調(diào)制（PPM等方法，本設(shè)計(jì)采用脈 寬調(diào)制。 二進(jìn)制的調(diào)制由單片機(jī)來完成， 它把編碼后的二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制成頻率為 38khz 的間 斷脈沖串，此脈沖串即是用于紅外發(fā)射二極管發(fā)送的信號(hào)。如圖 7， A 是二進(jìn)制信號(hào)的編碼 波形，B是頻率為38khz （周期約為26us）的連續(xù)脈沖串，C是經(jīng)調(diào)制后的間斷脈沖串，即 是用于發(fā)送的信號(hào)。圖 7 中，待發(fā)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)為 101 。 圖 7 信號(hào)調(diào)制示意圖 4.1.3 解調(diào)二進(jìn)制信號(hào)的解調(diào)由一體化紅外接收頭來完成，它把接收到的信號(hào)（圖 8 中的波形 D 也是圖7中的波形。經(jīng)內(nèi)部處理并解調(diào)復(fù)

9、原，輸出圖8中的波形E（正好是圖7中A的取反）。 接收頭的解調(diào)可理解為： 在輸入脈沖串時(shí)輸出低電平， 否則輸出高電平。 二進(jìn)制的解碼由單 片機(jī)來完成，它把紅外接收頭送來的二進(jìn)制編碼波形通過解碼，還原成發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)。 如圖 8，把波形 E 解碼還原成數(shù)據(jù)信息 101。 圖 8 信號(hào)解調(diào)示意圖 4.1.4 解碼在發(fā)送字節(jié)的開始先通過單片機(jī)發(fā)送 20 個(gè)脈沖寬度（每個(gè)脈沖周期 26us ）的高電平作為傳輸?shù)拈_始（同步幀） ，接著發(fā)送 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)（高位在前，低位在后） ，最后發(fā)送 10個(gè)脈沖寬度的低電平作為傳輸?shù)慕Y(jié)束，如圖 9 所示：圖 9 字節(jié)傳輸當(dāng)接收到同步幀后， 進(jìn)入解碼部分。 解碼采

10、用軟件抽樣判別， 以 15 個(gè)脈沖為判別門限，在門限時(shí)刻讀得低電平時(shí)（如圖10中A點(diǎn)），即可判定為編碼'1'在門限時(shí)刻讀得高電平時(shí)（如圖 10 中的 B 點(diǎn)） ，即可判定為編碼 0 。解碼一位后，須等到下一位的高電平到來， 再計(jì)數(shù) 15 個(gè)脈沖后，判斷讀得的電平時(shí)高還是低，進(jìn)行解碼。4.2 鍵盤因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)用到的按鍵較多，所以本設(shè)計(jì)采用行列式鍵盤，同時(shí)也能減少所占用的I/O線的數(shù)目，節(jié)省資源。圖11行列式鍵盤原理電路圖每一條水平（行線）與垂直線（列線）的交叉處不相通，而是通過一個(gè)按鍵來連通，利 用這種行列式矩陣結(jié)構(gòu)只需要N條行線和M條列線，即可組成具有 NX M個(gè)按鍵的鍵盤。本設(shè)

11、計(jì)發(fā)射部分采用 4*3鍵盤，接收部分采用4*4鍵盤。鍵盤掃描時(shí)，首先由I/O 口低四位輸 出高電平，高四位輸出低電平， 假若有鍵按下，那么在I/O 口低四位即可讀出低電平，接著延時(shí)消抖，再具體判斷是何鍵按下。現(xiàn)將接收部分的鍵盤功能做一下說明。如圖，0至9號(hào)鍵為數(shù)字鍵，六位密碼從中產(chǎn)生?！按_認(rèn)”鍵，“更改”鍵，“取消”鍵和“ MAS鍵為功能按鍵，具有控制開鎖，更改密碼和 取消相關(guān)操作等功能。剩余的兩個(gè)鍵在本設(shè)計(jì)中未用，可作為今后的功能擴(kuò)展鍵使用。4.3 AT24C02 存儲(chǔ)器帶I2C總線接口的AT24C0Z是一種具有掉電保護(hù)的存儲(chǔ)器，其內(nèi)部有連續(xù)的子地址空間，對(duì)這些空間進(jìn)行 n個(gè)字節(jié)的連續(xù)讀、寫

12、時(shí)，都具有地址自動(dòng)加1功能。圖12 AT24C02連接圖只要在初始化程序中規(guī)定好讀、寫字節(jié)數(shù)及指定期間內(nèi)子地址，啟動(dòng)I2C總線后，調(diào)用相關(guān)的子程序即可完成整個(gè)操作。對(duì)于 AT24C02而言，A2、A1、A0為硬地址，當(dāng)選擇接地 時(shí)，則存儲(chǔ)器的寫從地址為 0A0H,讀從地址為0A1H。用戶一次寫入 EEPRO岫的數(shù)據(jù)字節(jié)不 應(yīng)大于頁容量，而 AT24C02的頁寫字節(jié)數(shù)為8B,所以在初始化密碼時(shí)，要分批寫入密碼。4.4 Max7219顯示驅(qū)動(dòng)器本系統(tǒng)中，與以往的利用74LS164芯片驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的顯示不同，采用了更加強(qiáng)大的多功能串行LED顯示驅(qū)動(dòng)器 Max7219來實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)顯示，從而大大

13、地節(jié)約了資源。Max7219是一款串行共陰極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)芯片，僅使用 LOAD DIN、CLK 3線串 行接口傳送數(shù)據(jù)，可直接與單片機(jī)接口，用戶可以方便地修改其內(nèi)部參數(shù)以實(shí)現(xiàn)多位LED顯示。MAX721弼16位串行數(shù)據(jù)的作用如表1所示：表1 MAX7219的16位串行數(shù)據(jù)D15 D14 D13 D12D11 D10 D9 D8D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0無關(guān)比特地址數(shù)據(jù)位其中，低8位表示顯示數(shù)據(jù)本身，最高的4位D15D12為無關(guān)比特，D11D8為用于尋址4個(gè)內(nèi)部寄存器。本設(shè)計(jì)選用Max7219是基于以下考慮的： Max7219能夠驅(qū)動(dòng)8個(gè)LED,可方便地對(duì)每位 LED進(jìn)

14、行單獨(dú)控制、刷新，不需要重寫 整個(gè)顯示器寄存器。通通信方式采用串行數(shù)據(jù)方式，可與任一種單片機(jī)方便地接口，僅使用單片機(jī)的3個(gè)I/O 口即可完成8位LED數(shù)碼管的顯示控制和驅(qū)動(dòng)。我們采用6位密碼，因此只使用了 6位數(shù)碼管，這6位數(shù)碼管除了具有按鍵輸入提示作 用外，還有一個(gè)重要作用就是分屏顯示，用戶在進(jìn)行不同的操作時(shí)，數(shù)碼管會(huì)顯示不同的字符以提示用戶。具體顯示字符如下所示：5調(diào)試與總結(jié)本設(shè)計(jì)采用了較獨(dú)特的 PWM （脈沖寬度調(diào)制） 調(diào)制方法。 該調(diào)制方法不但節(jié)省了硬件，而且軟件編碼也簡(jiǎn)潔易懂。按此編碼方法，信號(hào)的傳輸速度可達(dá)1200bps。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，遙控距離在室內(nèi)可達(dá)14m ，在室外也可達(dá) 10m 以上，紅外遙控信號(hào)的發(fā)送和接收方法沒有出現(xiàn)傳輸誤碼，證明了電路有極高的穩(wěn)定性和譯碼準(zhǔn)確性、高效性。本系統(tǒng)除了具有傳統(tǒng)的固定鍵盤式電子密碼鎖系統(tǒng)的功能外， 還增加了用遙控控制的功能， 因此給人們帶來很多便利， 這一點(diǎn)也正是作者開發(fā)和設(shè)計(jì)此系統(tǒng)的根本原因。 在本系統(tǒng)中，與以往的利用 7