红外遥控电子密码锁毕业论文.docx

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红外遥控电子密码锁毕业论文

摘要

红外电子密码锁是一种以高强度密码序列为基础，在单片机上实现的密码开关。

它以红外光作为信息媒体，从而实现了遥控。

该锁具有使用方便、操作简单、价格低廉等特点，给人们的生活带来了极大方便。

本文介绍由51系列单片机实现的控制电路，能完成开锁、出错报警、超次锁定等基本的密码锁的功能，并且能实现遥控、本机键盘开锁、声光提示等功能，具有保密性强、灵活性高、适用范围广，特别适合家庭、宾馆等场所，本设计应用于私家车库。

该系统采用单片机8051作为本设计的核心元件，利用红外线遥控原理和单片机串行发射、接收等功能而设计的一款有本机开锁和遥控开锁的电子密码锁，遥控距离为8~10m，同时具有较强的抗干扰能力。

设计电路主要由红外线编码电路、红外线解码开锁电路、声光提示报警电路、键盘及显示电路组成。

关键词：

单片机;红外线;遥控开锁;车库门禁

ABSTRACT

Infraredelectroniccombinationlockisahighstrengthpasswordsequenceasthefoundation,inthesingleboardcomputertorealizepasswordswitch.Itwithinfraredlightasinformationmediasoastorealizetheremotecontrol.Thislocksareeasytouse,simpleoperation,lowpriceswaitforacharacteristic,tothelifeofpeoplebroughtgreatconvenience.

Thispaperintroducesmicrocontrollerby51seriesofcontrolcircuit,cancompletelock,erroralarm,supertimessuchbasiccombinationlocklocking,andcanrealizethefunctionofremotecontrol,themachinekeyboardunlock,sound-lighttip,andotherfunctions,strong,highflexibilitywithsecrecy,widelyused,especiallysuitableforfamily,hotels,thisdesignusedinprivategarage.

Thesystemusesthemonolithicthe8051asthecorecomponents,thisdesignusinginfraredremotecontrolprincipleandSCMfunctionssuchasserialemission,andholdsaparagraphofdesignedalockandremotemachineofelectronictricklock,theremotelockdistanceof8~10m,alsohasstronganti-interferenceability.Circuitdesignmainlybytheinfraredcodingcircuit,infrareddecodingunlockcircuit,sound-lightalarmcircuit,keyboardandahintofshowcircuit.

Keyword:

SCM;Infraredray;Remotelock;Garageentranceguard

1绪论

课题来源及研究意义

随着社会科技和人们的生活水平的提高，如何实现家庭防盗特别是车库防盗这一问题也变的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的亲昵。

红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。

由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。

工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。

红外线遥控电子密码锁是一种新型的现代化安全管理系统，它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，它涉及电子，机械，光学，计算机技术，通讯技术等诸多新技术。

它是解决重要部门出入口实现安全防范管理的有效措施，适用各种场合，如银行、宾馆、机房、军械库、办公间、智能化小区、工厂、家庭等。

在数字技术网络技术飞速发展的今天，红外遥控电子密码锁技术得到了飞速的发展。

它早已超越了单纯的门道及钥匙管理，逐渐发展成为一套完整的出入管理系统。

它在工作环境安全、人事考勤管理等行政管理工作中发挥着巨大的作用。

在该系统的基础上增加相应的辅助设备可以进行电梯控制、车辆进出控制，物业消防监控、餐饮收费、私家车库管理等，真正实现区域内一卡智能管理。

红外遥控具有许多优点，例如红外线发射装置采用红外发光二极管，遥控发射器易于小型化且价格低廉；采用数字信号编码和二次调制方式，不仅可以实现多路信息的控制，增加遥控功能，提高信号传输的抗干扰性，减少误动作，而且功率消耗低；红外线不会向室外泄露，不会产生信号串扰；反应速度快、传输效率高、工作稳定可靠等。

工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。

所以红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。

在本设计中应用于私家车库门禁系统，可以在不下车的情况下对车库门进行开锁，方便实用而且节约成本，安全性还很高。

国内外发展现状

日常生活中，锁具被广泛使用，锁具的发展大致可分为五个阶段:

古代的木质锁、古代的机械锁、近代的机械锁、普通的电子密码锁和未来的家用电子锁、遥控电子锁、以及用于特定场合的安全密码锁，而智能锁将会成为以后的发展趋势。

目前，市场上比较先进的智能锁有IC卡密码锁、射频卡密码锁、红外遥控密码锁、指纹识别密码锁和瞳孔识别密码锁等。

IC卡密码锁成本低、体积小，卡片本身无需电源等有点占领一定的市场份额，但由于有机械接触，会产生接触磨损，而且使用不太方便，一定程度上限制了它的应用；射频卡密码锁是非接触式密码锁，成本也不太高，体积跟IC卡密码锁相比，卡片使用感应电源，重量很轻，技术成熟，受到广泛的欢迎，但是与IC卡密码锁相比，成本偏高；指纹识别密码锁和瞳孔识别密码锁可靠性、安全性是目前门禁系统中最高的，但是成本昂贵，还没进入大众化使用阶段。

红外遥控密码锁系统的成本与接触式密码锁系统相当，而且可以进行近距离遥控，遥控距离大约8-10米，远大于射频卡密码锁的遥控距离，能耗很低，可以使用普通碱性电池供电，使用十分方便。

其市场前景将非常广阔。

课题研究内容

本课题旨在设计一个用户私家车库遥控开锁的门禁系统，主要工作和研究内容如下:

采用单片机8051作为本设计的核心元件，利用红外线遥控原理和单片机串行发射、接收等功能而设计的一款能够应用于私家车库门禁系统的具有本机开锁和遥控开锁的电子密码锁。

本章小结

本章介绍了红外遥控密码锁技术的课题背景，红外技术在现代生活中的应用以及该课题的国内外研究现状，探讨与确定研究本课题的主要内容。

2系统总体设计

系统构成框图

本系统采用单片机8051作为本设计的核心元件，利用红外线遥控原理和单片机串行发射、接处等功能而设计的一款有本机开锁和遥控开锁的应用于车库门禁的电子密码锁，遥控距离为8~10m，同时具有较强的抗干扰能力。

当密码输入出错能立即报警，且能实现本机键盘开锁。

系统的组成框图见图：

图红外遥控电子密码锁的基本结构

基本功能设计

红外遥控电子密码锁的基本设计主要分为如下五个部分。

密码设置及修改

用户在第一次使用密码锁的时候可以自定义设置密码，这需要在本机完成。

具体操作过程如下：

首先长按“*”3秒，然后再逐个输入5位密码，最后按“#”号确认即可，将编好的密码程序存储在EPROM中，可防止掉电。

本设计中我们编入密码为12345。

当然我们还可根据需要在EPROM中存入更多的密码，供用户选择。

修改密码时，需长按“*”号3秒，有声音提示，然后输入旧密码，再按下“#”，然后输入新密码再按“#”确认即可。

密码显示

为了帮助用户确信是否有键按下，我们特在电路中设置了模拟显示电路；而为了防止密码外泄，显示时，并不是显示用户按下的数字符号，而是以发光二极管的亮灭来提醒用户是否有键按下。

有键按下，发光二极管亮秒，没有键按下，发光二极管灭。

这样既巧妙地提醒了用户又保护了用户密码，此本设计可靠性优点之一。

本机键开锁

当用户键入正确密码后，再按确认键“#”号，便会自动开锁。

但用户键入密码时应注意：

数字与数字之间的间隔时间最多为3秒，例如密码为12345，当键入第一个数字1后应在3秒内键入第二个数字2，否则，就会视为无效。

如果键入完密码后不按“#”号，系统会当做放弃开锁处理。

密码错误报警

当用户键入错误密码时，系统就会报警，由扬声器发出5秒报警声。

当连续三次出现密码错误时，则系统会报警3分钟且3分钟内锁无法打开。

此乃安全可靠性能之一。

遥控开锁

此锁用于私家车库，用户可以不下车，只要手执遥控器，键入正确密码，便会自动开锁；如果密码错误，同样也会报警。

这是本设计优越性能之三。

3红外遥控及通信原理概述

红外线概述

红外线的概念及物理性质

红外线是中众多不可见光线中的一种，由科学家于1800年发现，他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。

结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快，因此得到结论：

太阳光谱中，红光的外侧存在看不见的光线，这就是红外线。

上红外线的波长大于可见光，为～1000μm。

红外线可分为三部分，即近红外线，波长为～μm之间；中红外线，波长为～μm之间；，波长为～l000μm之间。

在中波长自至400μm的一段称为红外线，红外线是不可见光线。

所有高于绝对零度（－273℃）的物质都可以产生红外线。

现代物理学称之为热射线。

近红外线或称短波红外线，波长～μm，穿入人体组织较深，约5～10毫米；远红外线或称长波红外线，波长～400μm，多被表层皮肤吸收，穿透组织深度小于2毫米。

红外线具有热效应，穿透云雾的能力强（波长较长，易于衍射）。

红外线辐射源区分

红外线辐射源可分为4个部分

1）（Actinicrange）：

或称“光化反应区”，由物体产生的，自可见光域到红外域。

如（钨丝灯），。

2）（Hot-objectrange）：

由非白炽物体产生的热射线，如电及其它的等，平均温度约在400℃左右。

3）（Calorificrange）：

由滚沸的热水或热蒸汽管产生的热射线。

平均温度低于200℃，此区域又称为“非光化反应区”。

4）（Warmrange）：

由、或等所产生的，平均温度约为40℃左右。

站在照相与技术的观点来看感光特性：

光波的能量与感光材料的敏感度是造成感光最主要的因素。

愈长，能量愈弱，即红外线的能量要比可见光低，比更低。

但是高能量波所必须面对的另一个难题就是：

能量愈高愈强，无法形成使感光材料撷取影像，例如，就必须在被照物体的背后取像。

因此，摄影术就必须往长波长的方向——“近红外线”部份发展。

以造影为目标的近红外线摄影术，随着化学与电子科技的进展，演化出下列三个方向：

1）近红外线底片：

以波长700nm～900nm的近红外线为主要感应范围，利用加入特殊染料的产生，使此一波域的光变化转为化学变化形成。

2）近红外线电子感光材料：

以波长700～2,000nm的近红外线为主要感应范围，它是利用以为主的产生，形成电子影像。

3）中、远红外线热像感应材料：

以波长3,000～14,000nm的中红外线及远红外线为主要感应范围，利用特殊的感应器及冷却技术，形成电子影像。

红外线的应用

红外线是一种光线，具有普通光的性质，可以以光速直线传播，强度可调，可以通过光学透镜聚焦，可以被不透明物体遮挡等等。

特别制造的半导体发光二极管，可以发出特定波长（通常是近红外）的红外线，通过控制二极管的电流可以很方便地改变红外线的强度，达到调制的目的，在现代电子工程应用中，红外线常常被用做近距离视线范围内的通讯载波，最典型的应用就是电视机的遥控器。

使用红外线做信号载波的优点很多：

成本低、传播范围和方向可以控制、不产生电磁辐射干扰，不受干扰等等。

红外线是一种光线，但不同于普通可见光，它不会被察觉。

可以使用一对红外线发射与接收的装置，构成红外线的对射系统，称为主动式红外线应用系统。

当红外线收发装置之间的隐形光路被阻挡时，接收装置可以立即察觉到，发出警示信号。

利用这种对射系统，可以很方便地构建各种隐蔽的防盗警戒布控，还可以用于各种设备的安全防护或者自动控制方面。

可以使用非常微弱的红外光线，达到信号通讯的目的。

由于红外线发光二极管的发光强度很容易被控制，因此通过简单的电路就可以产生出受特定频率调制的调幅红外光，这种具有特征的红外光线，即使非常微弱，也可以从环境杂射光中被识别并分离出来，达到很好的通讯效果，典型的应用领域有遥控、音频通讯、PC数据通讯等。

红外线又是一种热辐射，任何一定温度的物体都会向外辐射，温度不同辐射光波（电磁波）的波长也不同，而常温下的热辐射通常就是红外线的波长范围。

比如人体的正常体温为37度左右，其热辐射的波长约为10μm，属于远红外线的范围，但体温变化时，辐射光的波长也会随之变化。

根据这一原理，可以通过检测热辐射的光波长，测量温度，这就是非接触式体温计的测量原理；也可以通过探测特定空间中，一定波长范围内红外光线的位置移动，识别空间范围内是否有移动人体存在，达到安全警戒或者自动控制的目的，如：

被动式红外线入侵探测、自动门、自动水龙头、自动路灯、火灾探测等，都是这一原理；还可以通过红外成像以及红外摄影的技术，构成夜视装置。

红外线是一种电磁波，当它通过放射方式辐射到物体时，被物体吸收的辐射能传递给物体内的原子、分子等粒子，使这些粒子发生不规则运动，引起物体的升温作用，称为远红外线的一次效应，也称为增温效应。

产生一次效应的同时，物体也随之发生其他的化学、物理等改变，这称之为物体吸收远红外线辐射后产生的二次效应，也称为继发效应。

红外线对人体皮肤、皮下组织具有强烈的穿透力。

外界红外线辐射人体产生的一次效应可以使皮肤和皮下组织的温度相应增高，促进血液的循环和新陈代谢，促进人的健康。

红外线理疗对组织产生的热作用、消炎作用及促进再生作用已为临床所肯定，通常治疗均采用对病变部位直接照射。

近红外微量照射治疗对微循环的改善效果显著,尤以微血流状态改善明显，从而对改善机体组织、重要脏器的营养、代谢、修复及功能有积极作用。

近年来，由于检测设备的完善及研究的深入，人们对红外线的物理性能及其生物学效应有了比较全面的认识，获得了许多进展。

红外线特别是远红外线已被广泛运用在医疗保健产业中，与日常生活有关的各种红外线产品也大量出现。

红外遥控基本原理

红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波；红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成，它们将红外发射器发射的红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器。

　　发射机一般由指令键（或操作杆）、指令编码系统、调制电路、驱动电路、发射电路等几部分组成。

当按下指令键或推动操作杆时，指令编码电路产生所需的指令编码信号，指令编码信号对载体进行调制，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经调制定指令编码信号。

接收电路一般由接收电路、放大电路、调制电路、指令译码电路、驱动电路、执行电路（机构）等几部分组成。

接收电路将发射器发出的已调制的编码指令信号接收下来，并进行放大后送解调电路，解调电路将已调制的指令编码信号解调出来，即还原为编码信号。

指令译码器将编码指令信号进行译码，最后由驱动电路来驱动执行电路实现各种指令的操作控制。

红外遥控的应用范围

由于红外线遥控不具有像无线电遥控那样穿过障碍物去控制被控对象的能力，所以，在设计家用电器的红外线遥控器时，不必要像无线电遥控器那样，每套要有不同的遥控频率或编码，所以同类产品的红外线遥控器，可以有相同的遥控频率或编码，而不会出现遥控信号“串门”的情况。

这对于大批量生产以及在家用电器上普及红外线遥控提供了极大的方面。

由于红外线为不可见光，因此对环境影响很小，再由红外光波动波长远小于无线电波的波长，所以红外线遥控不会影响其他家用电器，也不会影响临近的无线电设备。

红外遥控系统基本原理

1）红外遥控系统通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，如图所示。

发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。

图红外线遥控系统框图

2）遥控发射及编码当发射按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。

这种遥控码具有以下特征：

采用脉宽调制的串行码，以脉宽为、间隔、周期为的组合表示二进制的“0”；以脉宽为、间隔、周期为的组合表示二进制的“1”，其波形如图所示。

图遥控码的“0”和“1”（注：

所有波形为接收端的与发射相反）

上述“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。

然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射，如图所示。

图遥控信号编码波形图

遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种32位二进制码，周期约为108ms。

一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0”和“1”的个数不同而不同，大约在45～63ms之间，图为发射波形图。

图遥控连发信号波形

当一个键按下超过36ms，振荡器使芯片激活，将发射一组108ms的编码脉冲,发射代码由一个引导码（9ms）,一个结果码（）,低8位地址码（9ms~18ms）,高8位地址码（9ms~18ms）,8位数据码（9ms~18ms）和这8位数据的反码（9ms~18ms）组成。

如果键按下超过108ms仍未松开，接下来发射的代码（连发码）将仅由起始码（9ms）和结束码（）组成。

图引导码图连接码

3．遥控信号接收接收电路可以使用一种集红外线接收和放大于一体的一体化红外线接收器，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。

接收器对外只有3个引脚：

Out、GND、Vcc与单片机接口非常方便，如图所示。

图接收器

[1]脉冲信号输出接，直接接单片机的IO口；

[2]GND接系统的地线（0V）；

[3]VCC接系统的电源正极（+5V）。

采用单片机串行通信原理

串行通信基础

在实际工作中，CPU与其外部设备之间常常要进行信息的交换，一台计算机与其他的计算机之间有时也要交换信息，所有这些信息交换均可称为“通信”。

通信的基本方式可分为并行通信和串行通信两种，本设计选取串行通信，如图所示为串行通信的示意图。

而按照串行数据的传输方式，串行通信可分为异步传送和同步传送两类，本设计选取异步传送方式，如图所示为异步通信的字符帧格式。

图串行通信的示意图

图异步通信的字符帧格式

由图可见，异步传输方式中的每个字符由4个部分组成：

起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。

一个字符由起始位开始，停止位结束。

这4个部分组成异步传输中的一帧，即异步传输以帧为单位进行。

●起始位：

起始位为0信号，占用一位，用来通知接收设备的字符帧开始来到。

线路上在不传送字符时，应保持为1。

接收端不断检测线路的状态，若连续为1以后又侧到一个0，就知道是发来一个新的字符帧，马上应准备接收。

字符帧的起始位还被用来同步接收端的时钟以保证以后的接收正确进行。

●数据位：

起始位后面紧接着的就是数据位，它可以是5位、6位、7位或8位，由于串行通信的代价是与数据的位数成比例，所以要根据需要来确定数据的位数，本设计取8位数据，即一帧数据传11位数据，其中一位起始位，8位数据位，一位奇偶校验位，一位停止位。

发送时，总是最低位先传送。

●奇偶校验位：

位于数据之后，只占有一位。

奇偶校验位在信息发送中用处很大，它可以用来检验信息传送过程中是否有错。

它的状态长由发送端的奇偶校验电路自动根据发送字符中“1”的个数来确定。

本设计采用奇偶校验，即咋传输信息中，若“1”的个数为奇数，则奇偶校验位为0，若“1”的个数为偶数，则奇偶校验位为1。

●停止位：

用来表征一个字符的结束，高电位有效。

接收端收到停止位时，就表明这一字符帧已接收完毕，同时，也为接收下一个字符帧做好准备——只要收到0就是新的字符帧的起始位。

串行通信中串行I/O和数据的实现

数据的串行转换通常都是用硬件手段——一种称为通用异步接收器/发送器UART来实现的。

UART的硬件结构如图所示。

图硬件UART逻辑框图

硬件UART由3部分组成：

接收部分，发送部分和控制部分，它既能进行到串行的转换，又能进行串行到并行的转换。

同时接收和发送都具有双缓冲结构。

（1）接收部分

接收时，由RXD送来的串行数据先进入接收移位寄存器，变成并行数据后传送给接收数据缓冲器，在控制信号的作用下并行数据通过数据总线送给CPU。

接收的关键问题是如何实现接收字符信息的再同步。

在UART处于工作状态时，接收部分始终检测着RXD线，一旦发现线路上出现低电平信号，便开始一个字符数据的同步过程。

UART使用外部时钟CLOCK来同步接收的字符，外部时钟周期Tc和数据Td之间的关系为：

Tc=Td/K（K=16或64）

若K=16，意味着在每一个时钟脉冲的上升沿采样RXD线，若发现低电平，再连续采样8次（一个CLOCK采样一次），如果都是“0”便确认起始位开始，这样便从第9个CLOCK开始，每隔16个时钟周期采样一次数据线作为输入数据位。

接收部分在对奇偶校验位和停止位进行了处理，有效的字符数据被装入接收数据缓冲器，如图所示。

（2）发送部分

UART的发射过程由发送数据缓冲器接收CPU送来的并行数据，然后并行送至发送移位寄存器，并在发送时钟和发送控制电路控制下通过TXD线一位一位的发送出去。

起始位，停止位是由UART在发送时自动添加上去的。

UART发送完一帧后产生中断请求，CPU相应后可以吧下一个字符送到发送数据缓冲器，重复上述过程。

图接收数据的字符同步过程

（3）控制部分

UART在发送时，⊕电路自动检测发送字符位中“1”的个数，并在奇偶校验上添加“1”或“0”，使得“1”的总数（包括奇偶校验位）为偶数（奇校验时为奇数），如图（a）所示。

UART在接收时，⊕电路对字符和奇偶校验位中的“1”的个数加以检测，如“1”的个数为偶数（奇校验时为奇数），则表明数据传输正确：

如“1”的个数为奇（奇校验时为偶数）则表明数据在传输过程中出现错误，如图（b）所示。

（a）

（b）

图收发两端的奇偶校验电路

串行口的选择及波特率的计算

（1）MCS-51单片机串行接口的工作方式有4种，由SCON中的SM0,SM1定义，编码及功能如表3-1所示，本设计选择串行口工作方式3.

表串行口工作方式