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1、毕业设计（论文）设计(论文)题目基于单片机的电子密码锁的设计红外模块设计姓 名：刘宁学 号：20078001091学 院：机电与信息工程学院专 业：自动化年 级2007级指导教师：洪晓英目 录摘 要IAbstractI一、 引 言- 1 -（一）课题背景- 1 -（二）设计目标与意义- 1 -二、 系统总体方案设计- 2 -三、 红外遥控简介- 2 -（一）红外遥控发展简介- 2 -（二）红外遥控编码- 2 -四、 遥控模块硬件设计- 4 -（一）遥控系统的构成- 4 -（二）选用芯片介绍- 4 -1. 遥控编码芯片LC7461- 4 -2.一体化红外接收头- 4 -（三）遥控模块硬件设计-
2、5 -五、 红外模块软件设计- 5 -（一）HS0038的解调- 5 -（二）解码- 6 -（三）红外解码流程图- 7 -六、 密码锁系统硬件设计- 8 -（一）电源输入模块- 8 -（二）振荡电路- 8 -（三）复位电路- 8 -（四）密码掉电存储模块- 9 -（五）键盘- 9 -（六）液晶显示模块- 10 -（七）声光报警电路- 10 -（八）开锁电路- 10 -七、 系统软件设计部分流程图- 12 -（一）主程序流程图- 12 -（二）密码接收子程序流程图- 13 -（三）开锁判断子程序流程图- 14 -（四）更改密码判定子程序流程图- 15 -八、 总结- 15 -参考文献- 16 -
3、附录一 总电路原理图- 17 -附录二 实物图- 18 -附录三 程序清单- 19 -谢 辞- 32 -摘 要随着人们生活水平的提高，防盗意识也随之增强。由于集成电路的发展，电子密码锁以其方便、安全系数高、密码可变更性等优点，在我们的生活中得到越来越广泛的应用。本课题以单片机为主控单元，结合键盘、LCD显示、AT24C02存储、遥控等外围电路，使密码锁能够在接受用户设定的正确密码时开锁，反之报警提示。用户可随时更改开锁密码以提高安全性。设计中遥控功能更是应用广泛的人性化设计。电子密码锁简单实用，安全系数高，成本越来越低，具有很大市场前景。关 键 词：单片机 密码锁 遥控AbstractWith
4、 the development of our living standard, the sense of security is becoming stronger and stronger. As the development of IC, electronic combination lock is widely used in our life, because of its advantages such as convenience, high safety factor, the changeability of the passwords.In this design, Si
5、ngle Chip Microcomputer (SCM) is used as the main control unit. The design can unlock the door or make a warning, combined with the peripheral circuit, such as keyboard, LCD display, AT24C02 (password memory), remote control module. In addition, users can change the password to improve the security
6、standard of the lock. Whats more, the remote control is a design based on practicality and humanity.Electronic combination lock has a bright market prospect, as its simplity, practicality and high security. Keywords：SCM Combination lock Remote control一、 引 言（一）课题背景随着科学技术发展与生活水平提高，人们的安全意识也越来越强。传统的机械锁,
7、人们仍在大量使用，但是在安全性能要求较高的场合，传统的机械锁由于其成本高、制造难度大、安全系数低等缺点，早已经不能满足需求。而传统锁，再牢固，也只是机械装置，总有办法将其破坏，还要面临携带钥匙的麻烦。在钥匙丢失的情况下，则会出现安全漏洞。为了填补此漏洞，有时候甚至需要更换锁头，造成不便的同时，还增加成本。由于电子技术与集成电路的迅速发展，各种新型电子产品诞生，而电子锁则是产物之一。电子锁有很多种类，目前比较实用的是按键式电子密码锁。其他电子锁有指纹锁，生物锁，磁卡锁，数码锁， IC卡锁等。电子密码锁是由输入密码来控制电路或芯片工作，继而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。它有很多
8、的种类，有简易的逻辑电路产品，也有性价比较高的基于芯片的产品。后者是通过编程实现控制的，应用较为广泛，与机械锁相比，性能与安全性都有了大幅提高。最近二三十年来，红外遥控技术在各个领域已得到广泛的应用，将其应用到电子锁领域，则形成了红外控制开启的电子锁。（二）设计目标与意义本课题以AT89S52单片机作为主控芯片，并设计合理的外围电路，从而构成电子密码锁系统，并对主控芯片编程实现以下功能：1. 输入正确密码后开锁。用户按开锁键进入开锁模式，正确键入6位密码，实现开锁。 2.用户可随时更改开锁密码。用户按SET键，进入密码设置模式，可设置6位新密码。但要求先正确输入当前密码，然后输入新密码，以防用
9、户误操作，需再次输入新密码进行确定。3.提示输入密码位数。本设计有LCD显示电路，当用户通过键盘或是遥控器输入密码时，不显示输入具体数值，而是显示“*”，如此即方便了用户输入，同时增加了保密性。4.防盗报警。当用户输入错误密码时，会提示输入错误。当用户连续3次输入密码错误时，会自动声光报警，以增加防盗安全系数。5.遥控功能。本功能实现一定距离的遥控操作开锁，在车库仓库等应用广泛，用户不需要下车，只需遥控操作，键入正确密码开锁。因此本功能是很人性化的扩展功能。通过对电子密码锁构成与系统组成的研究，学会控制系统的组成与单片机实际应用。在方案选取中，体会生产中的成本控制。在本设计完成过程中，还需要对
10、红外技术的进行实际应用。在整个设计完成中提高自己发现问题、分析问题、解决问题的能力。二、 系统总体方案设计根据系统设计目标要求，其系统框图如图2.1所示。红外接收开锁电路报警电路LCD显示AT24C02密码存储键盘AT89S52电源输入复位电路振荡电路图2.1 密码锁系统框图本人主要设计遥控模块。三、 红外遥控简介（一）红外遥控发展简介1 红外光又称红外辐射或红外线，是一种人眼不可见的光波，是由物质内部的分子、原子的运动所产生的电磁辐射，是电磁频谱的一部分, 其波段介于可见光和微波波段之间（0.761000 微米）。一般按波长把红外光谱分成4个波段：近红外（0.763 微米）、中红外（36 微
11、米）、中远红外（620 微米）和远红外（201000 微米）。目前大量使用的遥控器波段在800940nm范围。60 年代初，一些发达国家开始研究民用产品的遥控技术，但由于受当时技术条件的限制，遥控技术发展很缓慢。70年代末，随着大规模集成电路和计算机技术的发展，遥控技术才得到快速发展。在遥控方式上大体经历了从有线到无线的超声波、从振动子到红外线、再到使用总线的微机红外遥控这样几个阶段。最初的无线遥控装置采用的是电磁波传输信号，由于电磁波容易产生干扰，也易受干扰，因此逐渐采用超声波和红外线媒介来传输信号。与红外线相比，超声传感器频带窄，所能携带的信息量少，易受干扰而引起误动作。较为理想的是光控方
12、式，采用红外线的遥控方式逐渐取代了超声波遥控方式，出现了红外线多功能遥控器，并且成为当今时代的主流。红外遥控技术是红外技术、红外通讯技术、遥控技术的结合。红外线在频谱上位于可见光之外，抗干扰性强，具有光波的直线传播特性，不易产生相互间的干扰，是很好的信息传输媒体。红外遥控技术十年来得到了迅猛发展，在家电和其他电子领域都得到了广泛应用。（二）红外遥控编码2红外发射电路的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管；由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。目前大量的使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940mm左右，外形与普通5
13、发光二极管相同。通常的红外遥控器是将遥控信号（二进制脉冲码）调制在38khz的载波上，经缓冲放大后送至红外发光二极管，转化为红外信号发射出去的。二进制脉冲码的形式有多种，其中最为常用的是pwm码（脉冲宽度调制码）和ppm码（脉冲位置调制码，脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制）。遥控编码脉冲信号通常包括三大部分，即引导码（起始码）、系统码（即识别码，用户码或设备码）和功能码（键位数据码）。各组成部分与结构情况简介如下。1.引导码，也称引导脉冲，一般由高电平1和低电平0的脉冲组成，二者的宽度之比可为1：1，占9ms时间，也可为2:1，占13.5ms（宽度为9ms的高电平和宽度为4.5ms的低电平组
14、成），也可能有其他组成情况。引导码的主要作用类似于穿行通信中的同步脉冲，用来标志遥控编码脉冲信号的开始，使遥控接收器能由此判断出所接收的信号是干扰还是系统的遥控代码。2.系统码，也称用户码、识别码、设备码，通常由8位原码和8位反码组成。它用来指示遥控系统的种类，以区别其它遥控系统，防止各遥控系统的误动作。这种码是由生产厂商自行规定的，各厂均有不同，出厂时已经设置好，用户难以更改。这是不同遥控器不能通用的主要原因。3. 功能码，也称键位数据码。它与键盘的键位相对应，由它传送所需要的遥控信息。功能码通常也是由8位原码和8位反码组成。反码的加入是为了能在接收端校对传输过程中是否产生差错。下面以LC7
15、461编码芯片为例介绍一下红外遥控的编码方式LC7461是采用PWM调制的串行二进制码，所发送的一帧数据中含42位码，包含一引导码、13位用户码和 8位数据码以及它们的反码。这样很大程度上减少了误码率。发射码的格式如图3.1所示：图3.1 LC7461编码格式图3.2“1”和“0”的区分取决与脉冲之间的时间：以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”。如下图所示（图中Tm=0.56mS）图3.3 四、 遥控模块硬件设计（一）遥控系统的构成遥控系统主要由红外遥控发射
16、装置、接收装置、微处理机等组成，见图4.1.图4.1 遥控系统框图（二）选用芯片介绍1. 遥控编码芯片LC74613LC7461是由SANYO公司生产能的遥控专用编码芯片。OSCO和OSCl之间接谐振器。由Ko0Ko7,KI0KI3构成键盘的行与列。OUT引脚输出红外发射管控制信号。图4.2当发射机没有按键按下时，7461不工作，其OUT输出脚为低电平；当有按按下时，7461得电工作，其OUT输出脚输出经调制38Khz的串行数据信号，并通过发射电路送出红外信号 。7461产生的遥控编码是连续的42位二进制码组，其中前26位为用户识别利，能区别不同的红外遥控设备，防止不同机种遥控码互相干扰。后1
17、6位为8位的操作码和8位的操作反码用于核对数据是否接收准确。当遥控器上任意一个按键按下超过36ms时，LC7461芯片的振荡器使芯片激活，将发射一个特定的同步码，对于接收端而言就是一个9ms的低电平和一个45ms的高电平，使程序知道从这个同步码之后可以开始接收数据。2.一体化红外接收头HS0038接收红外信号频率为38 kHz,周期约26 S，同时将遥控信号的接收、放大、检波、整形集于一身，是红外接收电路一体化的红外接收装置。并能与TTL、COMS 电路兼容，大大简化了接收电路的复杂程度和电路的设计工作。图4.3HS0038 为黑色环氧树脂封装，不受日光、荧光灯等光源干扰，内附磁屏蔽，功耗低，
18、灵敏度高。在用小功率发射管发射信号情况下，其接收距离可达35m。HS0038 为直立侧面收光型，三个管脚分别是地、5 V 电源、解调信号输出端。（三）遥控模块硬件设计1. 遥控器硬件电路图4.4 遥控器电路图当键盘有键按下时，编码芯片激活，发送相应红外编码信号。2.接收电路图4.5 红外接收电路图由遥控器发送的红外信号，经过红外一体化接收头接收、放大、解调之后，将信号送到单片机P3.2引脚。五、 红外模块软件设计（一）HS0038的解调红外一体化接收头HS0038将接收到的红外信号放大、解调才送给单片机的。接收头接收到的是38KHz的串行脉冲信号，经过解调之后转换成TTL电平。接收头的解调可简
19、单理解为：在输入脉冲串时输出低电平，否则输出高电平。一体化红外接收头解调前后的信号对比见下图5.1. 可见解调后信号与编码信号反相。表示“1”表示“0”红外接收头解调后的波形红外接收头接收到的波形图5.1可知当按键按下后，经过HS0038解调输出的一帧信号则如下图5.2所示8位键数据码反码13.5ms引导码9ms4.5ms13位用户码8位键数据码13位用户码反码图5.2（二）解码7461产生的遥控编码是连续的42位二进制码组，其中前26位为用户识别码，能区别不同的红外遥控设备，防止不同机种遥控码互相干扰。后16位为8位的操作码和8位的操作反码用于核对数据是否接收准确。单片机解码是根据一体化红外
20、接收头的解调信号进行的，从上面的分析可知：任意按键按下后，都有9ms的低电平起始码和4.5ms的高电平结果码作为引导信号，因此应该在引导码之后才能进行解码。如何识别“0”和“1” 是解码的关键。根据位定义：“0”、“1”均以0.56ms的低电平作为起始，两者区别在于高电平的宽度不同，即“0”高电平为0.56ms,“1”高电平为1.68ms,因此解码时须根据高电平的宽度来区别“0”和“1”。若从0.56ms低电平过后，开始延时，0.56ms之后，检测到的为低电平，则该位为“0”，反之则为“1”。为了保证解码的可靠性，高电平检测延时应该在0.56ms 1.12ms之间,否则如果该位为“0”，读到的
21、已是下一位的高电平，因此取（1.12ms+0.56ms）/2=0.84ms最为可靠，一般取0.84ms左右即可。（三）红外解码流程图INT010次882us检测有无高电平跳动？等待4.5ms高电平YN延时4.74ms避开4.5ms结果码避开前26位系统识别码暂存8位操作码暂存8位操作反码操作码与操作反码互为反码？N解码成功操作码赋予变量YRETI图5.3 红外解码流程图六、 密码锁系统硬件设计图6.1 电源电路（一）电源输入模块该电路将220V、50Hz交流电转换得到5V直流电，为整个密码锁系统提供电源。如上图所示，220V交流电经过变压器后得到12V交流电，再经过桥式整流电路，得到直流电。但
22、此时直流量含有较大交流分量，再经过低通滤波电路，使电压平滑。最后经过7805稳压芯片，输出供电，且输出直流电压不受电网电压波动与负载变化影响，有足够稳定性。（二）振荡电路图6.2 振荡电路C51系列单片机工作频率不大于30MHz，C1、C2起稳定振荡频率、快速起振的作用，一般取值为1030pF。此处由22pF电容C1、C2与振荡频率为12MHz晶振构成晶振电路，为单片机提供振荡时钟脉冲。（三）复位电路图6.3 复位电路此复位电路采用手动按键式复位。能够上电自动复位。当程序出错或系统处于死循环时，也可以通过按键手动复位。当按键按下时，RST输出高电平，供单片机复位，当按键松开时，RST为低电平。
23、R1用于限制按键按下瞬间C3放电电流，避免火花。为完成复位操作，应使复位高电平大于2个机器周期。（四）密码掉电存储模块图6.4 密码存储AT24C02是美国Atmel公司的低功耗CMOS型E2PROM，内含2568位存储空间。该芯片采用了I2C总线式进行数据读写的串行器件，占用很少的资源和IO线，并且支持在线编程，进行数据实时的存取十分方便。串行时钟由单片机P3.6引脚提供，通过P3.7引脚对AT24C02进行在线读写。由于该芯片数据掉电不丢失，故用于存放开锁密码。当需要开锁和设置新密码时，均需读取AT24C02中的密码；设置新密码后，在线写AT24C02，覆盖原密码。（五）键盘图6.5 键盘
24、本设计采用44矩阵式键盘，将键盘接单片机P1口。当按键较多时，与独立式键盘相比，矩阵式键盘可节约I/O口。16个按键，包含09的数字键之外，还有比如DEL、重置、取消等功能键。按键值的获得，是采用行扫描法。键盘扫描时，首先由P1口低四位输出高低电平，高四位输出高电平，假若有键按下，那么在P1口低高位即可读出低电平，接着延时消抖，再逐行送低电平，判断是何键按下，从而获得键值。（六）液晶显示模块图6.6 液晶显示本系统采用LCD1602液晶显示，可显示162个字符。液晶显示控制端口分别是RS接P2.0，RW接P2.1，E接P2.2。数据口D0D7接P0口（P0口作I/O口需接上拉电阻），采用8位数
25、据线方式。当无操作时候，显示“*WELCOME*”字样；当选择开锁模式时，会显示“UNLOCK OPERATION”，并提示输入密码，每输入以为密码则显示一个“*”；当选择更改密码模式时，会显示“SET CODE MODE”，也会提示输入旧密码与新密码；密码正确会显示“RIGHT”；密码错误则会显示“WRONG”。（七）声光报警电路图6.7声光报警声光报警有红色发光二极管D1与蜂鸣器组成，分别由P2.3与P2.6引脚控制，低电平有效。当输入密码错误时，在LCD显示“WRONG”的同时，红色发光二极管闪烁两次，同时伴随滴滴的提示音。（八）开锁电路图6.8 开锁电路开锁电路由三极管、继电器、绿色发
26、光二极管（代替锁头）组成，由P2.7引脚控制，低电平有效。按下键盘开锁键进入开锁模式，正确输入6位密码，按下OK键之后，单片机对输入密码与设定密码进行对比，对比正确，则P27发出低电平，使三极管Q3 导通，从而使得继电器RL吸合，并由继电器控制使得门禁得电打开。此设计为了便于观察结果，用绿色LED代替锁头，若是有开锁动作，则绿色LED灯亮。七、 系统软件设计部分流程图（一）主程序流程图主程序初始化开锁模式有键按下？开锁键？SET键？修改密码模式显示欢迎信息NYNYYN图7.1 主程序流程图（二）密码接收子程序流程图 在输入密码过程中，可以重置、删除、取消。当完成输入时，按下OK键退出该程序。若
27、正确接收6位密码，则输入密码存于数组中，且返回值为1。若取消操作，返回值为0。密码接收子程序密码位数计数器i置零获取键值DELETE键？RESET键？CANCEL键？按键为09&i6？计数器加1 存储键值i=6&OK键？Return 1Return 0计数器减1 图7.2密码接收子程序流程图NYYNYNNYYN（三）开锁判断子程序流程图 该程序将输入密码进行对比。若密码正确，则返回值为1，表明应该进行开锁动作。密码错误，返回值为0，不进行开锁。有取消动作，则返回3，不进行密码对比。开锁判定子程序密码接收子程序函数值为0？密码正确？对6位密码对比连续错误3次？Return 3报警Return 1
28、Return 0NYYNYN图7.3 开锁判定子程序流程图（四）更改密码判定子程序流程图 改程序要求先输入当前密码，当前密码正确后，连续两次输入新密码，两次输入相同时，返回1，表明应该写AT24C02。否则返回0，表明修改密码失败，不对AT24C02。即是否擦写AT24C02要根据此程序返回值而定。更改密码判定输入当前密码密码正确？输入新密码再输入新密码两次输入相同？Return 1Return 0NYYN连续3次错？报警图7.4更改密码判定子程序流程图NY八、 总结 本设计采用AT89S52单片机作为主控芯片，结合相应的外围电路，构成电子密码锁系统。该电子密码锁，开发简单、安全性高、成本低，
29、适合办公室、住宅小区、实验室、档案室等场所，其遥控功能更适合应用在车库仓库的安全防盗。在设计完成过程中，先进行Proteus软件仿真，最后进行实物调试，最终达到了预期的设计目标，但UPS供电还有待解决。电子密码锁安全性能较高，具有较好的市场前景。参考文献1吴媛媛,叶茂森. 红外遥控技术浅析J. 广西轻工业,2009,(01):72-732郭凯杰.智能家居人性化设计D.同济大学电子与信息工程学院，20083 李伟,闫君杰.红外遥控器系统的设计研究J.河南机电高等专科学校学报，2009,1:11-134曹立军.单片机原理及其应用M.西安：西安电子科技大学出版社，20095纪宗南.红外遥控发射的原理
30、及其应用J.国外电子元件，1999，106李明喜.新型电子密码锁的设计J.机电产品开发与创新,2004,（8）:77-797陈春燕.单片机红外遥控密码锁J.电子制作，2002,12：27-308董继成.一种新型安全的单片机密码锁J.电子技术,2004,（3）:55-609何丽辉,戴峻峰.红外遥控智能密码锁设计J.世界电子元器件, 2002,08:3710金月,陈安民,胡志杰.国产彩电遥控器系统电路、元器件、维修M.北京：科学普及出版社，199211赵春红,杨勇.基于单片机和无线电技术的密码锁设计J.西北工业大学学报，2005,9:9-1212 叶启明.单片机制作的新型安全密码锁J.家庭电子,2
31、000,（6）:24-27附录一总电路原理图附录二 实物图附录三 程序清单/* * * 对24C02的读、写* * AT24c02Drvier.c* */#include #defineWriteDeviceAddress 0xa0#defineReadDviceAddress 0xa1 extern void delayms(int);sbitSCL=P36;sbitSDA=P37;void Start() SDA=1;SCL=1;SDA=0;SCL=0;void Stop() SCL=0;SDA=0;SCL=1;SDA=1;void Ack() SDA=0;SCL=1;SCL=0;SDA=
32、1;void NoAck() SDA=1;SCL=1;SCL=0;bit TestAck() bit ErrorBit;SDA=1;SCL=1;ErrorBit=SDA;SCL=0;return(ErrorBit);void Write8Bit( char input) unsigned char temp;for(temp=8;temp!=0;temp-) SDA=(bit)(input&0x80);SCL=1;SCL=0;input=input1;extern void Write24c02( char *Wdata,unsigned char RomAddress,unsigned ch
33、ar number) Start();Write8Bit(WriteDeviceAddress);TestAck();Write8Bit(RomAddress);TestAck();for(;number!=0;number-) Write8Bit(*Wdata);TestAck();Wdata+;Stop();delayms(1);unsigned char Read8Bit() unsigned char temp,rbyte=0;for(temp=8;temp!=0;temp-) SCL=1;rbyte=rbyte1;rbyte=rbyte|(unsigned char)(SDA);SC
34、L=0;return(rbyte);extern void Read24c02( char *RamAddress,unsigned char RomAddress,unsigned char bytes) Start();Write8Bit(WriteDeviceAddress);TestAck();Write8Bit(RomAddress);TestAck();Start();Write8Bit(ReadDviceAddress);TestAck();while(bytes!=1) *RamAddress=Read8Bit();Ack();RamAddress+;bytes-;*RamAd
35、dress=Read8Bit();NoAck();Stop();/* * LCD1602驱动 *LCDDriver.c */#include #include #include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define BUSY 0x80 /lcd忙检测标志#define DATAPORT P0 /定义P0口为LCD通讯端口sbit light=P13;sbit LCM_RS=P20; /数据/命令端sbit LCM_RW=P21; /读/写选择端sbit LCM_EN=P22;void delay
36、_LCM(uint); /LCD延时子程序void lcd_wait(void); /LCD检测忙子程序void WriteCommandLCM(uchar WCLCM,uchar BusyC); /写指令到ICM子函数void WriteDataLCM(uchar WDLCM); /写数据到LCM子函数void DisplayOneChar(uchar X,uchar Y,uchar DData); /显示指定坐标的一个字符子函数void initLCM( void); /LCD初始化子程序void DisplayListChar(uchar X,uchar Y, unsigned char
37、 *DData); /显示指定坐标的一串字符子函数/*延时K*1ms,12.000mhz*/void delay_LCM(uint k) uint i,j; for(i=0;ik;i+) for(j=0;j0)mx+=0x40; /若y为1（显示第二行），地址码+0X40 mx+=0x80; /指令码为地址码+0X80 WriteCommandLCM(mx,0); WriteDataLCM(DData);/*显示指定坐标的一串字符子函数*/void DisplayListChar(uchar X,uchar Y, unsigned char *DData) uchar i=0,n; Y&=0x01; X&=0x0f;n=strlen(DData); while(in) DisplayOneChar(X,Y,DDatai); i+; X+; /* * * *
