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3.3.4备用电源电路……………………………………………………18
结束语…………………………………………………………………………21
致谢辞…………………………………………………………………………21
参考文献………………………………………………………………………22
一、题目背景和意义
随着社会物质财富的日益增长,安全防盗已成为社会问题。
而锁自古以来就是把守门户的铁将军,人们对它要求甚高,既要安全可靠地防盗,又要使用方便,这也是制锁者长期以来研制的主题。
目前国内,大部分人使用的还是传统的机械锁。
然而,眼下假冒伪劣的机械锁泛滥成灾,互开率非常之高。
所谓互开率,是各种锁具的一个技术质量标准,也就是1把钥匙能开几把锁的比率。
经国家工商局、国家内贸局、中国消协等部门对锁具市场的调查,发现个别产品的互开率居然超标26倍。
为何弹子锁的“互开率”会如此之高?
据有关专家人士剖析,弹子锁质量好坏主要取决于弹子数量的多少以及弹子的大小,而弹子的多少和大小受一定条件的限制。
此外,即使是一把质量过关的机械锁,通过急开锁,甚至可以在不损坏锁的前提下将锁打开。
机械锁的这些弊端为一种新型的锁---电子密码锁,提供了发展的空间。
现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心,通过编程来实现的。
二、发展现状及发展趋势
近几年来随着人们生活水平的提高,人们的安全意识也在不断的增高,各种技术不断的发展,以前普通的锁具已经不能满足现在单位、家庭的需要,随着小偷新的作案方式的出现,人们对锁具系统的要求的越来越严格!
现在的锁具设备有很多种,但是现在比较流行的密码锁日益受到人们的重视,其优点主要有一下几点:
1、不用钥匙,不用电源,不用电池,没有废弃污染物。
2、全机械结构,能承受相当恶劣的外部环境,使用范围广。
3、实际密码量大保密性能高,试探开锁的概率几乎为零。
4、结构简单,结实可靠。
现在密码锁基本在市场上普及,它的工作性能和价格也为人们所接受。
在科技日益发展的今天,人们对锁具的的概念已经发生根本的变化。
密码锁具的诞生为人们的财产安全提供了依靠,未来的发展前景应该是很不错的,以前人们的亲自防备,已经渐渐由技防所取代,这种技具体体现在锁具系统中。
现在的锁具已经发展到不仅能够起到不被盗取的功能,同时还兼有防盗的功能。
三、主要内容与待解决的问题
1.设计内容要求和技术参数
在本设计中要求并高度密码锁控制电路,使其满足以下要求:
1)开锁条件是:
拨对密码,则门能够打开,如果密码不正确则接通警铃报警。
2)密码设计条件:
要求至少4位密码,并且可以修改密码。
3)报警电路要求:
报警时长为30秒,如果30秒内输入正确密码,则停止报警。
这种密码锁的优点:
1、不用钥匙,没有废弃污染物。
3、密码可变。
用户可以经常更改密码,防止密码被盗,同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降。
4、误码输入保护。
当输入密码多次错误时,报警系统自动启动。
5、结构简单,结实可靠。
6、电子密码锁操作简单易行,一学即会。
2.设计应完成的技术资料
1)方案论证。
2)原理框图、电路原理图。
3)电路工作原理说明。
4)电路相关元器件说明。
四、设计方法与实施方案
设计本课题时构思了两种方案:
一种是用以AT89C2051为核心的单片机控制方案;
另一种是用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路控制方案。
考虑到单片机方案原理复杂,而且调试较为繁琐,所以本文采用后一种方案。
电路由两大部分组成:
密码锁电路和备用电源(UPS),其中设置UPS电源是为了防止因为停电造成的密码锁电路失效,使用户免遭麻烦。
密码锁电路包含:
键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输次数锁定电路。
五、进度计划
阶段
起始日期
终止日期
进度
技术指标
第一阶段
2008.11.10
2008.11.14
资料收集和撰写开题报告
丰富全面
第二阶段
2008.11.17
2008.11.21
方案确定与论证
至少两种方案
第三阶段
2008.11.24
2008.12.05
单元电路确定及计算
符合精度要求
第四阶段
2008.12.08
2008.12.19
电路进行调试
实现功能
第五阶段
2008.12.22
2009.01.02
撰写毕业论文及答辩
详细全面
六、参考资料
[1]阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社.1998
(2)
[2]台方.微型计算机控制技术.中国水利水电出版社.2001
[3]胡汉才.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社.1996年
[4]赵新民.智能仪器设计基础.哈尔滨工业大学出版社.1999年
[5]潘新民王燕芳.微型计算机控制技术.电子工业出版社.2003年
[6]李钟实.实用电子报警器精选百例.北京:
科学技术文献出版社.2002(4)
[7]陈爱第.Protel99实用培训教程.人民邮电出版社.2000
[8]童诗白.模拟电子技术基础.高等教育出版社.1998(4)
[9]中国电子网
第一章引言
1、不用钥匙,不用电池,没有废弃污染物。
5、密码可变。
6、误码输入保护。
7、电子密码锁操作简单易行,一学即会。
第2章电子电路设计的基本方法
2.1综合电子系统的分级
电子电路设计与制件的选题,通常是综合性强的电子系统,只是选择这样的系统,才能提升学生的水平和能力。
为了说明综合电子系统设计的基本方法,通常将电子系统分成四级:
系统级、子系统级、单元级、元件级,如图所示。
下一个系统可能挂若干个子系统,而每个子系统可能挂若干个单元,而且上级涵盖下级,层次分明。
以频率测量系统为例,整体上可视为系统级,该系统可分为“信号通道”和“逻辑控制”两个子系统,每个子系统又包含了几个单元。
单元通常是下一个独立的电路,每个单元显然由电子元器件组成这就是最底层元件级。
2.2“自顶向下”的设计方法
“自顶向下”(TOP-down)的设计方法是从系统级设计入手,在顶层进行功能方框图的划分和结构设计,然后进行单元级设计,进行具体软硬件设计与仿真,最后落实到选择什么器件和芯片。
“自顶向下”的优点是能站得高、看得远,把握系统设计的主线,思路很清晰。
使用“自顶向下”设计方法时应注意如下几点:
(1)在进行系统级设计时,要抓住主要矛盾,不必过多地考虑底层选择什么电路、选择什么器件,要“抓大放小”,稳步推进,这时获得的设计结果往往是系统的方框图或称为方案。
系统级设计很重要,但所需时间比较少,特别是竞赛题目,应能很快确定方案,不可在确定方案时犹豫不决,拿不定主意,延误时间。
(2)上一级设计应对下一级设计负责,保证上一级设计的正确和完美,称为“高层主导”原则和“问题不放下”原则。
在设计某一级时遇到问题,必须将其解决才能进行下一级或更上一级的设计来减轻下一级的设计困难。
“自顶向下”设计法适合于各级层次比较分明的大型系统,下一个系统包括数个子系统,而每个子系统又包括数个单元,采用“自顶向下”法较为合理。
2.3“自底而上”的设计方法
有时所设计的系统不太复杂,层次不太分明,可采用“自底而上”法。
该方法适合于手头已有现成的设计单元电路或模块,可直接采用其电路。
根据总体设计要求和功能,用若干个单元电路搭建子系统,直到实现系统全部技术指标和要求为止,如同搭积木那样。
2.4.电子电路设计的基本原则
电子电路设计最基本的原则是应该使用最经济的资源实现最好的电路。
在这一基本原则下,正确处理以下关系:
1.尽量提高性价比
合理权衡成本、体积、功率等指标。
例如,对电池供电的便携式仪器仪表电路,设计时要重点考虑功率和体例如,对电池供电的便携式仪器仪表电路,设计时要重点考虑功率和体积。
而对由市电供电的实验室,功耗将不是主要的考虑因素。
一个电子电路,可能有多种设计方案,在设计时,应尽量提高提高性价比。
例如设计一个电子计数器,用PLD器件7128和单片机都能实现,但采用7128就显得浪费,因为7128约80元一片,而51单片机约8元一片。
也就是说,7128可以设计较大的数字系统,用它来设计电子计数器是大材小用。
再者,在一般的放大电路中,能用普通运放就不必采用高精度运放;
能用8位单片机实现功能,就不必采用16位单片机。
2.设计中的“软件”与“硬件”的考虑
设计中,能用软件编程实现的功能,就不要用硬电路来实现,这实质上也是在追求性价比。
3.采用电路的考虑
电路设计的工作主要是选择或设计单元电路的结构形式,所设计的电路能用软件实现的就不用硬件,在非用硬件不可的情况下,也应在满足性能指标要求的前提下,力求结构简单,合理使用,技术先进,切忌电路复杂。
4.采用器件的考虑
电子电路设计中设及到许多器件,在选择器件时主要考虑规格、型号、报价、性能甚至厂商,以下几个问题值得注意:
Ø
电子器件的更新换代非常快,新器件不断进入电子市场,而且新器件为了抢占市场,往往价位定得比较低。
在电子电路中,鼓励彩新技术、新工艺、新器件,电子电路彩较多的新器件,说明该电子电路有创新。
应选择当前流行的“大路货”。
有些“大路货”器件,如51单片机、555时基块、三端稳压器等占据市场经久不衰,价格低廉,很容易买到。
切忌过分追求使用高档、贵重器件。
应尽量选用现成的模块或组件。
模块或组件实际上是半成品或成品,是器件开发商推出的实现某一功能的电路,内部已组装完成,对外只有几个,如电源、接地、输出、输入,这些电路模块价位低廉,使用方便,很受欢迎。
5.尽量采用标准接口
采用国际标准接口易于实现各种仪器设备的控制、数据传输和通信,便于功能扩展,易于组成功能更强的电路系统。
设计中应注意采用模块化结构、总线结构和标准化的接口。
第3章
系统总体设计
3.1密码锁控制电路的设计思路
设计本课题构思了两种方案。
方案一:
是用以AT89C52为核心的单片机控制方案。
按系统功能划分,可分为发射与接收两大部件,发射部分由单片机AT89C52、LCD液晶显示、键盘、放大电路、工作指示电路、红外发射管等组成。
接收部分由单片机AT89C52、红外接收电路、工作指示电路、音乐发声电路、电子锁控制电路等组成。
系统除了能够完成开锁,超时报警,键盘锁定,重设密码等基本的密码锁功能。
方案二:
该方案充分利用到了我们所学习到的课程《模拟电子技术》、《数字电路技术》、《电子线路EDA技术》等。
按系统功能可分为键盘输入、密码修改、密码检测、开锁及执行电路、报警电路、报警次数检测及锁定电路、备用电源电路、停电检测及电子开关切换电路、蓄电池自动充电电路组成。
3.1.1总体设计
图3-1原理框图
图3-2电路原理图(总体)
3.2元器件基本知识
3.2.1555定时集成芯片
555定时器是一种中规模集成电路,外形为双列直插8脚结构,体积很小,使用起来方便。
只要在外部配上几个适当的阻容元件,就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。
它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。
555定时器电路是一块介于模与数字电路的一种混合电路,由于这种特殊的地位,故555定时电路在报警电路、控制电路得到了广泛的应用。
下图为555的内部电路,从图上可以看出,其仅有两个比较器、一个触发器、一个倒相器、放电管和几个电阻构成,由于比较器电路是一个模拟器,而触发器电路为数字电路,故其为混合器件。
图3-3555的内部电路
555为一8脚封装的器件,其各引脚的名称和作用如下:
1脚—GND,接地脚
2脚—TL,低电平触发端
3脚—Q,电路的输出端
4脚—/RD,复位端,低电平有效
5脚—V_C,电压控制端
6脚—TH,阈值输入端
7脚—DIS,放电端
8脚—VCC,电源电压端,其电压范围为:
3~18V
集成555定时器有双极性型和CMOS型两种产品。
一般双极性型产品型号的最后三位数都是555,CMOS型产品型号的最后四位数都是7555.它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。
器件电源电压推荐为4.5~12V,最大输出电流200mA以内,并能与TTL、CMOS逻辑电平相兼容。
555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如表3-1和表3-2所示。
参数名称
符号
单位
参数
电源电压
VCC
V
5~16
电源电流
ICC
mA
10
阈值电压
VTH
触发电压
VTR
输出低电平
VOL
1
输出高电平
VOH
13.3
最大输出电流
IOMAX
≤200
最高振荡频率
fMAX
KHz
≤300
时间误差
△t
nS
≤5
1VTH即Vi1,VTR即Vi2。
表3-1(a)双极性型5G555的主要性能参数
引脚功能:
Vi1(TH):
高电平触发端,简称高触发端,又称阈值端,标志为TH。
Vi2(
):
低电平触发端,简称低触发端,标志为
。
VCO:
控制电压端。
VO:
输出端。
Dis:
放电端。
:
复位端。
555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R组成的分压网络,产生
VCC和
VCC两个基准电压;
两个电压比较器C1、C2;
一个由与非门G1、G2组成的基本RS触发器(低电平触发);
放电三极管T和输出反相缓冲器G3。
是复位端,低电平有效。
复位后,基本RS触发器的
端为1(高电平),经反相缓冲器后,输出为0(低电平)。
分析图1.1的电路:
在555定时器的VCC端和地之间加上电压,并让VCO悬空,则比较器C1的同相输入端接参考电压
VCC,比较器C2反相输入端接参考电压
VCC,为了学习方便,我们规定:
当TH端的电压>
VCC时,写为VTH=1,当TH端的电压<
VCC时,写为VTH=0。
当
端的电压>
VCC时,写为VTR=1,当
端的电压<
VCC时,写为VTR=0。
低触发:
当输入电压Vi2<
VCC且Vi1<
VCC时,VTR=0,VTH=0,比较器C2输出为低电平,C1输出为高电平,基本RS触发器的输入端
=0、
=1,使Q=1,
=0,经输出反相缓冲器后,VO=1,T截止。
这时称555定时器“低触发”;
保持:
若Vi2>
VCC,则VTR=1,VTH=0,
=
=1,基本RS触发器保持,VO和T状态不变,这时称555定时器“保持”。
高触发:
若Vi1>
VCC,则VTH=1,比较器C1输出为低电平,无论C2输出何种电平,基本RS触发器因
=0,使
=1,经输出反相缓冲器后,VO=0;
T导通。
这时称555定时器“高触发”。
555定时器的“低触发”、“高触发”和“保持”三种基本状态和进入状态的条件(即VTH、VTR的“0”、“1”)必须牢牢掌握。
VCO为控制电压端,在VCO端加入电压,可改变两比较器C1、C2的参考电压。
正常工作时,要在VCO和地之间接0.01μF(电容量标记为103)电容。
放电管Tl的输出端Dis为集电极开路输出。
555定时器的控制功能说明见表3-2。
输入
输出
TH
VO
Dis
×
<
>
L
H
不变
导通
截止
表3-2555定时器控制功能表
根据555定时器的控制功能,可以制成各种不同的脉冲信号产生与处理电路电路,例如,史密特触发器、单稳态触发器、自激多谐振荡器等。
3.2.3JK触发器
触发器(FlipFlop,简写为FF)是具有记忆功能的单元电路,由门电路构成,专门用来接收存储输出0、1代码。
它有双稳态、单稳态和无稳态触发器(多谐振荡器)等几种。
双稳态触发器,即
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