數(shù)字電子密碼鎖的設(shè)計(jì)

數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)題目：基于數(shù)字電子密碼鎖的設(shè)計(jì)學(xué)院:機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器052班姓名：笑笑學(xué)號(hào)：20054600245指導(dǎo)老師：黃智偉摘要隨著人們生活水平的提高，如何實(shí)現(xiàn)家庭防盜這一問(wèn)題也變的尤其的突出，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖由于其構(gòu)造的簡(jiǎn)單，被撬的事件屢見(jiàn)不鮮，電子鎖由于其保密性高，使用靈活性好，平安系數(shù)高，受到了廣闊用戶的親睞。本文的電子密碼鎖利用數(shù)字邏輯電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)門(mén)的電子控制，并且有各種附加電路保證電路能夠平安工作，有極高的平安系數(shù)。關(guān)鍵詞電子密碼鎖電壓比擬器555單穩(wěn)態(tài)電路計(jì)數(shù)器JK觸發(fā)器UPS電源。目錄1、設(shè)計(jì)任務(wù)------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2、總體方案設(shè)計(jì)------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------3、設(shè)計(jì)原理分析----------------------------------------------3.1鍵盤(pán)輸入、密碼修改、密碼檢測(cè)、開(kāi)鎖及執(zhí)行電路--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4總結(jié)與體會(huì)---------------------------------------------------5附錄----------------------------------------------------------------------------------------------1設(shè)計(jì)任務(wù)1.1、根本局部：根本局部設(shè)計(jì)如下：1〕密碼鎖控制器中存儲(chǔ)一個(gè)4位代碼，當(dāng)開(kāi)鎖按鈕開(kāi)關(guān)設(shè)置9位，其中只有4位有效〕的輸入代碼等于存儲(chǔ)代碼時(shí)啟動(dòng)開(kāi)鎖控制電路，并且用綠燈亮、紅燈滅表示開(kāi)鎖狀態(tài)。2〕從第一個(gè)按鈕觸動(dòng)后的5秒內(nèi)假設(shè)未能將鎖翻開(kāi)，那么電路自動(dòng)復(fù)位并由揚(yáng)聲器發(fā)出20秒的報(bào)警信號(hào)，同時(shí)用綠燈滅、紅燈亮表示關(guān)鎖狀態(tài)。3〕要求性能可靠、操作簡(jiǎn)便。1.2、發(fā)揮局部：發(fā)揮局部設(shè)計(jì)如下：1〕密碼鎖控制器中存儲(chǔ)的4位密碼可以修改。2〕開(kāi)鎖信號(hào)可以推動(dòng)機(jī)械執(zhí)行構(gòu)件3〕其他3、分析各部件工作原理，繪制電路圖，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告。設(shè)計(jì)本課題時(shí)構(gòu)思了兩種方案：一種是用以AT89C2051為核心的單片機(jī)控制方案；另一種是用以74LS112雙JK觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路控制方案?？紤]到單片機(jī)方案原理復(fù)雜，而且調(diào)試較為繁瑣，所以本文采用后一種方案。2總體方案設(shè)計(jì)共設(shè)了9個(gè)用戶輸入鍵，其中只有4個(gè)是有效的密碼按鍵，其它的都是干擾按鍵，假設(shè)按下干擾鍵，鍵盤(pán)輸入電路自動(dòng)清零，原先輸入的密碼無(wú)效，需要重新輸入；如果用戶輸入密碼的時(shí)間超過(guò)40秒〔一般情況下，用戶不會(huì)超過(guò)40秒，假設(shè)用戶覺(jué)得不便，還可以修改〕電路將報(bào)警80秒，假設(shè)電路連續(xù)報(bào)警三次，電路將鎖定鍵盤(pán)5分鐘，防止他人的非法操作?？傮w方框圖3設(shè)計(jì)原理分析電路由兩大局部組成：密碼鎖電路和備用電源(UPS)，其中設(shè)置UPS電源是為了防止因?yàn)橥ｋ娫斐傻拿艽a鎖電路失效，使用戶免遭麻煩。密碼鎖電路包含：鍵盤(pán)輸入、密碼修改、密碼檢測(cè)、開(kāi)鎖電路、執(zhí)行電路、報(bào)警電路、鍵盤(pán)輸入次數(shù)鎖定電路。3.1鍵盤(pán)輸入、密碼修改、密碼檢測(cè)、開(kāi)鎖及執(zhí)行電路.其電路如下列圖1所示：圖1鍵盤(pán)輸入、密碼修改、密碼檢測(cè)、開(kāi)鎖、執(zhí)行電路開(kāi)關(guān)K1~K9是用戶的輸入密碼的鍵盤(pán)，用戶可以通過(guò)開(kāi)關(guān)輸入密碼，開(kāi)關(guān)兩端的電容是為了提高開(kāi)關(guān)速度，電路先自動(dòng)將IC1~IC4清零，由報(bào)警電路送來(lái)的清零信號(hào)經(jīng)C25送到T11基極，使T11導(dǎo)通，其集電極輸出低電平，送往IC1~IC4，實(shí)現(xiàn)清零。密碼修改電路由雙刀雙擲開(kāi)關(guān)S1~S4組成〔如圖2所示〕,它是利用開(kāi)關(guān)切換的原理實(shí)現(xiàn)密碼的修改。例如要設(shè)定密碼為1458，可以撥動(dòng)開(kāi)關(guān)S1向左，S2向右，S3向左，S4向右，即可實(shí)現(xiàn)密碼的修改，由于輸入的密碼要經(jīng)過(guò)S1~S4的選擇，也就實(shí)現(xiàn)了密碼的校驗(yàn)。本電路有16組的密碼可供修改。1458RD圖2密碼修改電路由兩塊74LS112〔雙JK觸發(fā)器，包含IC1~IC4〕組成密碼檢測(cè)電路。由于IC1處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，當(dāng)用戶按下第一個(gè)正確的密碼后，CLK端出現(xiàn)了一個(gè)負(fù)的下降沿，IC1計(jì)數(shù)，Q端輸出為高電平，用戶依次按下有效的密碼，IC2~IC3也依次輸出高電平，送入與門(mén)IC5，使其輸出開(kāi)鎖的高電平信號(hào)送往IC13的2腳，執(zhí)行電路動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖。執(zhí)行電路是由一塊555單穩(wěn)態(tài)電路〔IC13〕，以及由T10、 T11組成的達(dá)林頓管構(gòu)成。假設(shè)IC13的2腳輸入一高電平，那么3腳輸出高電平，使T10導(dǎo)通，T11導(dǎo)通，電磁閥開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)，同時(shí)T10集電極上接的D5〔綠色發(fā)光二極管〕發(fā)亮，表示開(kāi)門(mén)，20秒后，555電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，電磁閥停止工作，以節(jié)電。其中電磁閥并聯(lián)的電容C24使為了提高電磁閥的力矩。3.2報(bào)警電路報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)的功能是：當(dāng)輸入密碼的時(shí)間超過(guò)40秒〔一般情況下用戶輸入不會(huì)超過(guò)〕，電路報(bào)警80秒，防止他人惡意開(kāi)鎖。電路包含兩大局部，2分鐘延時(shí)和40秒延時(shí)電路。其工作原理是當(dāng)用戶開(kāi)始輸入密碼時(shí)，電路開(kāi)始2分鐘計(jì)時(shí)，超出40秒，電路開(kāi)始80秒的報(bào)警。如圖3所示圖3報(bào)警電路有人走近門(mén)時(shí)，觸摸了TP端(TP端固定在鍵盤(pán)上，其靈敏度非常高，保證電路可靠的觸發(fā))，由于人體自身帶的電，使IC10的2腳出現(xiàn)低電平，使IC10的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，其3腳輸出高電平，T5導(dǎo)通(可以通過(guò)R12控制T1的基極電流)，其集電極接的黃色發(fā)光二極管D3發(fā)光，表示現(xiàn)在電子鎖處于待命狀態(tài),T6截止，C4開(kāi)始通過(guò)R14充電(充電時(shí)間是40秒,此時(shí)為用戶輸入密碼的時(shí)間，即用戶輸入密碼的時(shí)間不能超過(guò)40秒，否那么電路就開(kāi)始報(bào)警,由于用戶經(jīng)常輸入密碼，而且知道密碼，一般輸入密碼的時(shí)間不會(huì)超過(guò)40秒)，IC2開(kāi)始進(jìn)入延時(shí)40秒的狀態(tài)。開(kāi)始報(bào)警:當(dāng)用戶輸入的密碼不正確或輸入密碼的時(shí)間超過(guò)40秒，IC11的2腳電位隨著C4的充電而下降,當(dāng)電位下降到1/3Vcc時(shí)(即40秒延時(shí)結(jié)束時(shí)候),3腳變成高電位(延時(shí)時(shí)是低電平),通過(guò)R15使(R15的作用是為了限制T7的導(dǎo)通電流防止電流過(guò)大燒毀三極管)T7導(dǎo)通,其集電極上面接的紅色發(fā)光二極管D4發(fā)亮,表示當(dāng)前處于報(bào)警狀態(tài),T8也隨之而導(dǎo)通,使蜂鳴器發(fā)聲,令賊人生怯,實(shí)現(xiàn)報(bào)警.停止報(bào)警:當(dāng)?shù)竭_(dá)了80秒的報(bào)警時(shí)間，IC10的6,7腳接的電容C5放電結(jié)束,IC10的3腳變成低電平,T5截止,T6導(dǎo)通,強(qiáng)制使強(qiáng)制電路處于穩(wěn)態(tài)，IC11的3腳輸出低電平,使T7,T8截止,蜂鳴器停止報(bào)警；或者用戶輸入的密碼正確，那么有開(kāi)鎖電路中的T10集電極輸出去除報(bào)警信號(hào)，送至T12〔PNP〕，T12導(dǎo)通，強(qiáng)制使T7基極至低電位，解除報(bào)警信號(hào)。3.3報(bào)警次數(shù)檢測(cè)及鎖定電路假設(shè)用戶操作連續(xù)失誤超過(guò)3次，電路將鎖定5分鐘。其工作原理如下：當(dāng)電路報(bào)警的次數(shù)超過(guò)3次，由IC9〔74161〕構(gòu)成的3位計(jì)數(shù)器將產(chǎn)生進(jìn)位，通過(guò)IC7，輸出清零信號(hào)送往74161的清零端，以實(shí)現(xiàn)重新計(jì)數(shù)。經(jīng)過(guò)IC8〔與門(mén)〕，送到IC12〔555〕的2腳，使3腳產(chǎn)生5分鐘的高電平鎖定脈沖〔其脈沖可由公式T=1.1RC計(jì)算得出〕，經(jīng)T9倒相，送IC6輸入端，使IC6輸出低電平，使IC13不能開(kāi)鎖，到鎖定的目的。電路圖如下列圖4所示：圖4報(bào)警次數(shù)檢測(cè)及鎖定電路3.4備用電源電路為了防止停電情況的發(fā)生，本電路后備了UPS電源，它包括市電供電電路，停電檢測(cè)電路，電子開(kāi)關(guān)切換電路，蓄電池充電電路和蓄電池組成。其電路圖如下列圖5所示：圖5電源電路220V市電通過(guò)變壓器B降壓成12V的交流電,再經(jīng)過(guò)整流橋整流,7805穩(wěn)壓到5V送往電子切換電路，由于本電路功耗較少，所以選用10W的小型變壓器。由R8，R9，R6，R7及IC14構(gòu)成電壓比擬器，正常情況下，V+<V-IC14輸出高電平，繼電器的常閉觸點(diǎn)和市電相連；當(dāng)市電斷開(kāi)，V+>V-IC14輸出高電平，由T3，T4構(gòu)成的達(dá)林頓管使繼電器J開(kāi)啟，將其常開(kāi)觸電將蓄電池和電路相連，實(shí)現(xiàn)市電和蓄電池供電的切換，保證電子密碼鎖的正常工作〔視電池容量而定持續(xù)時(shí)間〕。其電路圖如下列圖6所示：圖6停電檢測(cè)及電子開(kāi)關(guān)切換電路T1，T2構(gòu)成的蓄電池自動(dòng)充電電路，它在電池充滿后自動(dòng)停止充電，其中D1亮為正在充電，D2為工作指示。由R4，R5，T1構(gòu)成電壓檢測(cè)電路，蓄電池電壓低，那么T1，T2導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)對(duì)其充電；充滿后，T1，T2截止，停止充電，同時(shí)D1熄滅，電路中C4的作用是濾除干擾信號(hào)。其電路圖如圖7所示：圖7蓄電池自動(dòng)充電電路4總結(jié)與體會(huì)經(jīng)過(guò)兩個(gè)多星期的努力，我的是數(shù)字電子密碼鎖課程設(shè)計(jì)終于完成了，剛開(kāi)始時(shí)不知道如何入手，覺(jué)得困難比擬多，感覺(jué)有點(diǎn)累，不過(guò)最后還是做完了，有種如釋重負(fù)的感覺(jué)。雖然這個(gè)電路經(jīng)過(guò)屢次修改和整理，但因?yàn)樗接邢?，還是存在一定的問(wèn)題，譬如說(shuō)電路的密碼不能遺忘，一旦遺忘，就很難翻開(kāi)，這可以通過(guò)增加電路解決，但過(guò)于復(fù)雜，本次設(shè)計(jì)未考慮；用開(kāi)關(guān)作74LS112的CLK脈沖，不是很穩(wěn)定，可以調(diào)換其它高速開(kāi)關(guān)或計(jì)數(shù)脈沖；電路密碼只有16種可供修改，但由于他人不知道密碼的位數(shù)，而且還要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)按一定的順序開(kāi)鎖，所以他人開(kāi)鎖的幾率很??；電路中未加顯示電路，但可通過(guò)其它數(shù)字模塊實(shí)現(xiàn)這一功能。這需要一段時(shí)間的進(jìn)一步改良，如果有好的意見(jiàn)，希望老師給以支持。在沒(méi)有做課程設(shè)計(jì)以前，覺(jué)得課程設(shè)計(jì)只是對(duì)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面，課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，也是對(duì)自己能力的一種提高，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使自己明白了原來(lái)的那點(diǎn)知識(shí)是非常欠缺的，要學(xué)習(xí)的東西還很多，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作和生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己的知識(shí)和綜合素質(zhì)。

在這次課程設(shè)計(jì)中，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，發(fā)現(xiàn)我們所學(xué)的知識(shí)實(shí)在是有限，不過(guò)我們能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)去查閱資料。最后，課程設(shè)計(jì)中涉及到的電路圖，本想用圖片制作工具繪制，但還是水平有限，最后只能自己動(dòng)手手工作圖，就是效率太低也太累，以后要好好學(xué)習(xí)相關(guān)的圖片制作。通過(guò)這兩周的學(xué)習(xí)，我感覺(jué)有很大的收獲：首先，通過(guò)學(xué)習(xí)使自己對(duì)課本上的知識(shí)可以應(yīng)用于實(shí)際，使的理論與實(shí)際相結(jié)合，加深自己對(duì)課本知識(shí)的更好理解，同時(shí)實(shí)習(xí)也段練了我個(gè)人的動(dòng)手能力：能夠充分利用圖書(shū)館去查閱資料，增加了許多課本以外的知識(shí)。能對(duì)protel99等仿真軟件操作，能到達(dá)學(xué)以致用。對(duì)我們學(xué)生來(lái)說(shuō)，理論與實(shí)際同樣重要，這是我們以后在工作中說(shuō)明自己能力的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中懂得了許多東西，也培養(yǎng)了獨(dú)立思考和設(shè)計(jì)的能力，樹(shù)立了對(duì)知識(shí)應(yīng)用的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作和生活有非常大的幫助，并且提高了自己的動(dòng)手實(shí)踐操作能力，使自己充分體會(huì)到了在設(shè)計(jì)過(guò)程中的成功喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的不怎么好，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。5、附錄5、2相關(guān)芯片資料5.1.174LS16174LS161是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器，他可以靈活的運(yùn)用在各種數(shù)字電路，以及單片機(jī)系統(tǒng)種實(shí)現(xiàn)分頻器等很多重要的功能，其管腳圖如下：管腳圖介紹：

時(shí)鐘CP和四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端P0~P3

清零/MR

使能CEP，CET

置數(shù)PE

數(shù)據(jù)輸出端Q0~Q3

以及進(jìn)位輸出TC.

(TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET)<74LS161功能表>輸

入輸

出CRCPLDEPETD3D2D1D0Q3Q2Q1Q00ФФФФФФФФ00001↑0ФФdcbadcba1↑10ФФФФФQ3Q2Q1Q01↑1Ф0ФФФФQ3Q2Q1Q01↑111ФФФФ狀態(tài)碼加1從74LS161功能表功能表中可以知道，當(dāng)清零端CR=“0”，計(jì)數(shù)器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0”，這個(gè)時(shí)候?yàn)楫惒綇?fù)位功能。當(dāng)CR=“1”且LD=“0”時(shí)，在CP信號(hào)上升沿作用后，74LS161輸出端Q3、Q2、Q1、Q0的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D3，D2，D1，D0的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只