电子密码锁说明书.docx

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电子密码锁说明书

电子密码锁

摘要：

电子密码锁自身有着很高的安全性并且本钱低、功耗小、操作简单等优点。

在很多的安全领域内具有技术和报警功能的的数字密码锁已经逐渐取代了传统的钥匙式机械锁并且克制了机械式密码锁的密码数量少、修改不方便等劣，使密码锁在性能与技术上都有了很大程度上的提升。

该电子密码锁由四局部组成，密码设定与输入电路、报警电路、计时电路和电源电路。

也可以划分为三大模块即密码设定与输入模块、计时报警模块、电源模块。

其中密码设定与输入模块是通过触发器来设定密码并且进展输入，计时报警模块是用计数器来计用户输入密码的时间假如超时即通过555来实现报警，最后电源电路是用来给上述模块供电。

这就是该电子密码锁的主要结构。

关键词：

计数器，触发器，555定时器，密码锁

Abstract：

Electroniccipherlockwithsafetyandlowcost,lowpowerconsumption,simpleoperationandsoonhigh.Inthefieldofsecuritymanyskilledandalarmfunctionsofdigitalpasswordlockhasbeengraduallyreplacedthetraditionalmechanicallockkeyandoveresthenumberofmechanicalcipherlockpasswordless,itisnotconvenienttomodifythebad,makethecipherlockinperformanceandtechnologyhavebeenimprovedgreatly.Thedigitalpasswordlockisposedoffourparts,thepasswordsettingsandinputcircuit,alarmcircuit,atimingcircuitandapowercircuit.Alsocanbedividedintothreemajormodules:

passwordsettingandinputmodule,alarmmodule,powermodule.Thepasswordsettingandinputmoduleisthetriggertosetapasswordandenter,timingalarmmoduleiscountertotheusertoenterapasswordifthetimeouttimeby555toachievethealarm,thepowersupplycircuitisusedtogivethemodulepowersupply.Thisisthemainstructureofthedigitalpasswordlock.

Keywords：

Counter，trigger，555timer，passwordlock

3.2电路元件选择和参数计算10

特殊器件的介绍11

各单元模块的联接13

4系统调试14

4.1仿真电路总图14

4.2系统仿真参数设置14

功能调试15

5系统功能、指标参数22

系统能实现的功能22

系统指标参数测试22

5.3系统功能与指标参数分析22

6结论24

7总结与体会25

8致谢26

9参考文献27

附录28

1前言

在人们的日常生活和工作中,房屋住宅的安全防X、办公室的文件档案、财务报表以与其他一些个人资料的保存通常都会使用锁来进展保护。

但是使用传统的钥匙式机械锁来保护需要人们随身携带钥匙这样非常的不方便且发生钥匙丢失后会产生更大的安全隐患。

随着科学技术的不断开展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。

人们对密码锁的要求也自然越来越高，所以为了为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性和可靠性，数字密码锁就渐渐的进入了人们的生活。

电子密码锁自身有着很高的安全性并且本钱低、功耗小、操作简单等优点。

在很多的安全领域内具有技术和报警功能的的数字密码锁已经逐渐取代了传统的钥匙式机械锁并且克制了机械式密码锁的密码数量少、修改不方便等劣，使密码锁在性能与技术上都有了很大程度上的提升。

再后来随着大规模集成电路技术的开展，数字密码锁技术更是日新月异，出现了带微处理器的智能密码锁，它除具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化管理，从而使数字密码锁具有很高的安全性、可靠性以与广泛的引用性。

本设计的目的是要设计一个具有报警功能的电子密码锁，准确地比拟密码的正确来开锁。

防止非法开锁。

相对于其他锁，电子密码锁体积小、功耗低、价格廉价、安全可靠,维护和升级都十分方便,具有较好的应用前景并且更加适应现代生活的需求。

本设计的要求是设计一个通过输入正确密码来开锁，对于错误密码有报警提示，密码在规定时间内未完成有自锁复位，且不能再继续输入密码。

从而防止非法开锁。

随着我国对外开放的不断深入，高档建筑开展很快，高档密码锁具市场的前景乐观。

我国密码锁具行业对密码锁具高新技术的投入正逐年增大，高档密码锁的市场需求也逐年增加。

在安防工程中，锁具产品是关系到整个系统安全性的重要设备，所以锁具产品的优劣也关系了整个安防工程的质量和验收。

在国外，美国、日本、德国的电子密码锁某某性较好，并结合感应卡技术，生物识别技术，使电子密码锁系统得到了飞跃式的开展。

这几个国家的密码锁识别的密码更复杂，并且综合性比拟好，已经进入了成熟期，出现了感应卡式密码锁，指纹式密码锁，虹膜密码锁，面部识别密码锁，序列混乱的键盘密码锁等各种技术的系统，它们在安全性，方便性，易管理性等方面都各有特长，新型的电子密码锁系统的应用也越来越广。

在许多电子密码锁的设计中都能够正确地比拟密码然后开锁，而没有对错误密码的报警指示，不能有效地预防非法开锁盗窃。

所以本设计要解决的问题是判断密码正确与否，而且对错误开锁方式的制止。

2总体方案设计

通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了两种技术方案来实现系统功能。

下面我将对这两种方案的组成框图和实现原理分进展说明。

2.1方案比拟

2.1.1方案一

图2.1方案一的原理框图

原理：

密码存储电路时先焊接固定的密码电路，使其不能更改，在输入按钮开关处输入密码，第一个密码按下时触发5s定后自锁住按钮开关使其不能再输入密码，密码输入到锁存电路中和已存储的密码进展比拟假如密码正确如此开锁，否如此触发20s定时报警。

2.1.2方案二

图2.2方案二的原理框图

原理：

首先设置密码，通过锁存器将密码锁存。

然后输入密码，当第一位密码输入时5s定时开始，5s定时完毕后自锁键盘，使其再不能输入密码。

输入的密码通过密码锁存电路锁存起来，将输入密码与设置的密码进展比拟，再按确认键，假如密码正确如此开锁，假如密码不正确如此触发20s定时报警。

当密码不正确时按复位键如此可以再次输入密码。

2.1.2方案三

图2.3方案三的原理框图

2.2方案论证

经论证两种方案均可行，且大体一样。

方案一中电子密码锁的根本功能能够实现功耗较低，但密码不能修改，密码为预先设置的初始密码。

另，当输入四次密码输入完后，立刻自动开锁，从安全性来说较低。

方案二中设有复位，对于错误密码有修正功能，对于调试过程中能够与时停止报警，但是功耗相对于一要大。

方案二中有原始密码修改功能。

此方案中确认键防止按键次数不对也开锁。

方案三它由四局部组成即输入电路、编码电路、执行电路、报警电路组成。

在这个设计的优点在于电路简单易懂，而且造价廉价。

具有一定的某某性。

2.3方案选择

基于功能的全面和安全性能的考虑选择了方案二。

密码修改功能在日常中很重要。

如怀疑密码被盗，可以修改密码保障安全。

且，当密码输入错误时可以按复位来再次开锁。

3单元模块设计

该密码锁主要由密码设置模块、键盘模块、密码输入锁存模块、密码比拟模块、

定时模块以与开锁和自锁模块模块构成。

下面分模块介绍。

3.1.1密码设置模块设计

1.该模块主要实现密码的设置以与所存的功能。

2.该模块的原理与其实现方式。

本设计要求密码为4位十进制代码。

为实现密码的设置采用了74HC160十进制的计数器和按钮按下给计数器一个脉冲，从而达到密码设置的功能，考虑到密码锁空间有限，因此没有用十个按键设置键盘。

密码设置后通过CD4511和7段数码显示器来实现译码显示已设置的密码。

但在实际使用中这是不可见的。

图3.1密码设置模块框图

按钮按下给一个脉冲，该脉冲提供74HC160的时钟信号，从而74HC160计数一次并通过74HC4511和7段数码显示器显示出设置的数字。

74HC160有很多功能，在此模块中只选用了它的十进制加计数的功能。

密码设置原理电路如图3.1所示。

图3.2密码设置和显示电路

密码设置总电路图如图3.3所示。

图3.3密码设置总电路

3.1.2矩阵键盘模块设计

1.该模块主要实现给相应功能端一个上升和下降脉冲沿。

按钮按下之前输出端为低，按下之后为高电平，按钮升起来为低电平。

按钮之后，R之前为输出端。

图3.5按键区总电路

由于设计要求，键盘模块内设置了确认按钮以与复位按钮。

1.该模块实现的功能是密码输入与锁存。

2.该模块由两局部构成，一局部为密码输入编码，一局部为密码输入锁存显示。

3.结构框图：

图3.6密码输入模块框图

密码输入编码由两片4532构成的16线-4线优先编码器所构成。

由于实际使用的只有10个输入端，如此高六位接地。

如如下图所示。

Gs端仍为整个编码器的编码指示信号。

如图3.5所示。

图3.716线-4线优先编码器电路

由于键盘为一组，而要输入四位密码，如此需要片选，本设计中用到了74HC194构成的右移的移位存放器，从而控制了四个锁存器和译码显示器的工作〔如如下图〕。

图中2.4.6.12分别控制4个4508的STB端和4511的LE端。

图3.874HC194构成的片选电路

图3.9整个密码输入锁存电路

1.该模块主要实现的功能是比拟密码正确与否。

2.该模块主要四位数值比拟器74LS85、一片2输入与门和一片4输入与门来实现。

3.结构框图：

图3.10密码比拟模块框图

4.protues仿真电路，与其原理

该模块原理是A0，A1,A1，A3,为输入密码的四位二进制代码的输入端，B0,B1,B2,B3为存储密码的输入端。

通过74LS85比拟，假如比拟出正确，如此A=B端输出高电平，通过4片比拟器比拟后对结果进展与，再通过四输入与门确定四位密码正确与否，二输入与门输入端分别接密码输入次数〔输入四次后05为高电平〕和比拟结果。

图3.11密码比拟电路

3.1.5定时报警模块

1.该模块主要实现定时报警，具体有以下几个功能：

〔1〕5s内密码输入不正确如此触发20s报警指示。

〔2〕5s内密码未输入完成如此触发20s报警指示并且自锁复位。

〔3〕5s内密码输入正确如此不报警。

2.该模块主要由555定时器构成的多谐振荡器和单稳态触发器来实现，其间为实现上面4个功能，用到了D触发器，多个反相器和与门和与非门。

3.结构框图：

4.555定时报警电路仿真

图3.13555定时报警电路

1.该模块功能是密码正确时安确认按钮时开锁，开锁信号由LED灯指示。

5s后自锁电路。

2.该模块由D触发器和逻辑开关来实现。

3.结构框图：

4.protues仿真电路与原理。

该模块原理为确认按钮给D触发器一个有效脉冲，密码正确后LED灯亮，否如此不亮。

5s定时完毕通过反相器给另一个D触发器，使其断开键盘电源达到自锁。

图3.15开锁和自锁电路

3.2电路元件选择和参数计算

3.2.1元件参数计算

设计中有5s和20s定时，选择了555定时器组成的单稳态触发器来完成。

其中5s定时电路中R为455k，C为10u。

具体公式如下：

20s定时电路的R为1818k,C为10u。

公式同上。

报警频率设置为1Hz，如此采用555定时器构成的多谐振荡器来完成，其中多谐振荡器公式为：

由上述公式计算得R1为100k，R2为21.4k，C为10u。

表3.1元件表

电阻R

电容C

型号

个数

型号

个数

1818k

2

10u

10

360

4

5

455k

1

2

4

10k

10

本系统中主要使用了555定时器芯片。

下面就该器件的功能特点、主要参数和使用方法作相应说明。

3.3.1555定时器的介绍

555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。

一般用双极性工艺制作的称为555,用CMOS工艺制作的称为7555,除单定时器外,还有对应的双定时器556/7556。

555定时器的电源电压X围宽,可在4.5V～16V工作,7555可在3～18V工作,输出驱动电流约为200mA,因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。

图3.16555定时器的引脚图

555定时器的功能主要由两个比拟器决定。

两个比拟器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。

假如触发输入端TR的电压小于VCC/3,如此比拟器A2的输出为1,可使RS触发器置1,使输出端OUT=1。

如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3,同时TR端的电压大于VCC/3,如此A1的输出为1,A2的输出为0,可将RS触发器置0,使输出为0电平。

555定时器功能表和参数表如表3.2和表3.3所示。

表3.2555定时器功能表

输入

输出

阈值输入

触发输入

复位

输出

放电管

*

*

0

0

导通

1

1

截止

1

0

导通

1

不变

不变

表3.3555定时器的参数表

参数

符号

值

单位

电源电压

Vcc

16

V

导致温度〔焊接10秒〕

TLEAD

300

°C

功耗

PD

600

mW

工作温度X围LM555/NE555

TOPR

0~+70

-40~+85

°C

储存温度X围

TSTG

-65~+150

°C

3.3.274HC161器件介绍

时钟CP和四个数据输入端P0~P3清零/MR

使能CEP，CET

置数PE

数据输出端Q0~Q3

以与进位输出TC（TC=Q0•Q1•Q2•Q3•CET）

74HC161功能表如表3.4所示。

表3.474HC161功能表

输入

输出

CR

CP

LD

EP

ET

D3

D2

D1

D0

Q3

Q2

Q1

Q0

0

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

0

0

0

0

1

↑

0

Ф

Ф

d

c

b

a

d

c

b

a

1

↑

1

0

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

Q3

Q2

Q1

Q0

1

↑

1

Ф

0

Ф

Ф

Ф

Ф

Q3

Q2

Q1

Q0

1

↑

1

1

1

Ф

Ф

Ф

Ф

状态码加1

从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0〞，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0〞，这个时候为异步复位功能。

当CR=“1〞且LD=“0〞时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。

而只有当CR=LD=EP=ET=“1〞、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。

74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。

合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。

本设计中共有6个模块，各个模块之间的联接关系如下：

〔1〕键盘模块和密码锁存模块的联接关系是将键盘编号对应的按钮接在密码编码电路中4532对应的输入端。

〔2〕密码锁存模块、密码设置模块与密码比拟模块的联接关系系是密码锁存器4508的输出端和对应的密码设置中的74HC160的输出端接到相应的比拟器74LS85的输入端。

〔3〕定时报警模块、开锁自锁模块与键盘模块的联接关系是定时模块中D触发器的CLK端接相应的脉冲信号〔在3.1.5中有阐述〕，通过定时模块中5s定时电路锁住键盘模块电源，从而达到自锁。

键盘模块中有复位按钮，复位按钮是接在所有D触发器的R端，达到复位的功能。

〔4〕开锁自锁模块和密码比拟模块的联接关系是密码比拟模块中输出结果端06接在D触发器的D输入端，作为开锁信号的判断依据。

具体联接关系见附录。

4系统调试

简单说明对系统的一些模块用仿真软件进展了具体的调试。

4.1仿真电路总图

见附录。

4.2系统仿真参数设置

在系统调试之前，我们需要对系统进展参数设置，如表4.1所示。

序号

编号

参数

序号

编号

参数

序号

编号

参数

1

R1

10K

22

R24

45

U27-30

74HC160

2

R2

10K

23

R25

360

46

U16:

A

74LS04

3

R3

10K

24

R26

47

U22:

B

4013

4

R4

10K

25

R27

360

48

U9:

A

74LS04

5

R5

10K

26

R28

49

U18-21

OR

6

R6

10K

27

C1

10u

50

U32:

A

7408

7

R7

10K

28

C2

51

U4-7

74HC4511

8

R8

10K

29

C3

10u

52

U23-26

74HC4511

9

R9

10K

30

C4

53

U34-37

74LS85

10

R10

10K

31

C5

10u

54

U39:

A

4508

11

R15

10K

32

C6

55

U2;A

4508

12

R17

10K

33

C11

10u

56

U2:

B

4508

11

R29

10K

34

C12

57

U3:

A

4508

12

R12

1818K

35

C13

10u

58

U33:

A

74LS21

13

R13

100K

36

C14

59

U10-14

NE555

14

R14

37

C15

10u

60

LS1

SOUNDER

15

R18

1818K

38

C21

10u

61

LS2

SOUNDER

16

R19

100K

39

C22

10u

62

D1

LED-BIRY

17

R20

40

C23

10u

63

D2

LED-BIRY

18

R11

455K

41

C24

10u

19

R21

360

42

U24:

A

4016

20

R22

43

U36:

B

4013

21

R23

360

44

U22:

A

4013

定时报警模块的仿真调试

调试5s定时和20s的时间准确度。

用示波器观察555定时器中5s和20s定时。

如图4.1所示。

图4.1定时模块调试电路

4

如图4.2和图4.3所示。

图4.25s定时电路示波器观察

图4.320s定时电路示波器观察

密码设置模块的仿真调试

调试密码设置模块的密码设置功能。

设置密码为2014。

图4.4密码输入模块调试电路

如图4.5所示。

图4.5密码设置电路仿真

密码输入锁存模块的仿真调试

调试密码输入模块的密码输入功能。

密码输入为1411。

如图4.6所示。

图4.6密码输入模块调试电路

图4.7密码输入锁存电路仿真

4.3.4密码比拟模块调试

4.3.4.1调试目的

调试密码比拟模块的比拟功能

4.3.4.2调试内容

输入正确密码和错误密码时的输出结果

4.3.4.3调试电路

图4.8密码比拟模块调试电路

密码正确时如图4.9所示。

图4.9密码正确时比拟结果

密码错误时如图4.10所示。

4.3.5开锁模块调试

验证开锁模块的指示功能。

4.3.5.2调试内容

输入正确和错误密码分别观察指示灯的工作状态。

4.3.5.3调试电路

图4.11开锁模块调试电路

4.3.5.4调试结果

正确密码输入时如图4.12所示。

密码错误时如图4.13所示。

5系统功能、指标参数

本节主要从报警器的实现的功能、开锁信号参数测试两个方面进展介绍。

在家庭防盗中各种情况实现对应功能。

主要有以下几个功能：

一、密码可以通过内部人员修改，在实际生活中密码不显示，为测试方便如此有密码显示。

二、密码在5s内错误输入且按确认开锁，按确认的同时报警器就报警。

三、密码在5s内未输入完时，5s后就报警。

四、5s内密码正确按确认后开锁，开锁指示灯，仅在这种情况下亮。

对于本设计系统的参数测试，就是将我们的电路的各局部分开进展仿真。

对此仿真可用到仿真软件proteus。

在对每个局部仿真达到正确结果后，然后将各个模块连接起来进展整体测试。

经过仿真证明我设计的电子密码锁电路工作正常。

5.3系统功能与指标参数分析

通过前面的参数计算和仿真的如系统各元件的参数表如表5.1所示。

表5.1系统各元件的参数表

序号

编号

参数

序号

编号

参数

序号

编号

参数

1

R1

10K

22

R24

45

U27-30

74HC160

2

R2

10K

23

R25

360

46

U16:

A

74LS04

3

R3

10K

24

R26

47

U22:

B

4013

4

R4

10K

25

R27

360

48

U9:

A

74LS04

5

R5

10K

26

R28

49

U18-21

OR

6

R6

10K

27

C1

10u

50

U32:

A

7408

7

R7

10K

28

C2

51

U4-7

74HC4511

8

R8

10K

29

C3

10u

52

U23-26

74HC4511

9

R9

10K

30

C4

53

U34-37

74LS85

10

R10

10K