数字电路数字密码锁设计.docx
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数字电路数字密码锁设计.docx
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数字电路数字密码锁设计
哈尔滨师范大学
学年论文
题目:
数字密码锁设计
学生:
董爽
指导教师:
李晶讲师
年级:
2006级
专业:
计算机科学与技术
系别:
计算机科学系
学院:
计算机科学与信息工程学院
哈尔滨师范大学
08年6月
论文提要
当今社会,信息技术飞速发展,世界各国都致力于发展信息技术,信息技术的竞争已演变为国家间综合国力的竞争。
21世纪是信息技术、生物技术和材料科学技术为主体的社会
随着人们生活水平的提高,如何实现家庭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,数字密码锁由于其保密性高,使用灵活性好,安全系数高,受到了广大用户的青睐。
本文的电子密码锁主要是通过对数字逻辑电路中对门控制,来实现对用户输入的密码进行系统检测,只有系统检测正确后,用户才可能进行密码修改等一些其它操作。
如果40内或3次的密码输入不正确则系统会自动报警3次及锁定使得用户在一定时间内无法进行其它操作。
并且有各种附加电路保证电路能够安全工作,有极高的安全系数。
数字密码锁设计
董爽
摘要:
随着人们生活水平的提高,如何实现家庭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,受到了广大用户的青睐。
本设计构思是用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路控制方案。
关键词:
电子密码锁电压比较器555单稳态电路JK触发器UPS电源
当今社会,信息技术飞速发展,世界各国都致力于发展信息技术,信息技术的竞争已演变为国家间综合国力的竞争。
21世纪是信息技术、生物技术和材料科学技术为主体的社会
随着人们生活水平的提高,如何实现家庭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,数字密码锁由于其保密性高,使用灵活性好,安全系数高,受到了广大用户的青睐。
电子电路设计常用的方法是试验设计法,一般都包括设计方案提出、方案验证、方案修改3个阶段。
传统的试验设计法通常采用手工搭接实验电路来完成,往往需要经过试验和修改的反复过程,直到设计出正确的电路。
本设计数字密码锁共为用户设下了9个用户输入键,其中只有4个是有效的密码按键,其它的都是干扰按键,若按下干扰键,键盘输入电路自动清零,原先输入的密码无效,需要重新输入;如果用户输入密码的时间超过40秒(一般情况下,用户不会超过40秒,若用户觉得不便,还可以修改)电路将报警80秒,若电路连续报警三次,电路将锁定键盘5分钟,防止他人的非法操作.由开锁及延时保持电路、错键闭锁电路、主控制电路、除错控制电路、继电器开关电路、开锁显示电路等组成。
输入密码时必须按一定的顺序输入,并且要在规定时间内输入完,否则,即使输对密码也开不了锁。
另外,该锁还具有错键闭锁和消除错键的功能。
一,设计分析
根据所选的设计题目,进行思路规化如图1:
图1:
方框流程图
二.设计原理分析
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、键盘输入次数锁定电路。
1.键盘输入、密码修改、密码检测、开锁及执行电路
其电路如下图2所示:
图2键盘输入、密码修改、密码检测、开锁及执行电路
开关K1~K9是用户的输入密码的键盘,用户可以通过开关输入密码,开关两端的电容是为了提高开关速度,电路先自动将IC1~IC4清零,由报警电路送来的清零信号经C25送到T11基极,使T11导通,其集电极输出低电平,送往IC1~IC4,实现清零。
密码修改电路由双刀双掷开关S1~S4组成(如图3所示),它是利用开关切换的原理实现密码的修改。
例如要设定密码为1458,可以拨动开关S1向左,S2向右,S3向左,S4向右,即可实现密码的修改,由于输入的密码要经过S1~S4的选择,也就实现了密码的校验。
本电路有16组的密码可供修改。
图3密码修改电路
由两块74LS112(双JK触发器,包含IC1~IC4)组成密码检测电路。
由于IC1处于计数状态,当用户按下第一个正确的密码后,CLK端出现了一个负的下降沿,IC1计数,Q端输出为高电平,用户依次按下有效的密码,IC2~IC3也依次输出高电平,送入与门IC5,使其输出开锁的高电平信号送往IC13的2脚,执行电路动作,实现开锁。
执行电路是由一块555单稳态电路(IC13),以及由T10、T11组成的达林顿管构成。
若IC13的2脚输入一高电平,则3脚输出高电平,使T10导通,T11导通,电磁阀开启,实现开门,同时T10集电极上接的D5(绿色发光二极管)发亮,表示开门,20秒后,555电路状态翻转,电磁阀停止工作,以节电。
其中电磁阀并联的电容C24使为了提高电磁阀的力矩。
2.报警电路
报警电路实现的功能是:
当输入密码的时间超过40秒(一般情况下用户输入不会超过),电路报警80秒,防止他人恶意开锁。
电路包含两大部分,2分钟延时和40秒延时电路。
其工作原理是当用户开始输入密码时,电路开始2分钟计时,超出40秒,电路开始80秒的报警。
(如图4)
图4报警电路
有人走近门时,触摸了TP端(TP端固定在键盘上,其灵敏度非常高,保证电路可靠的触发),由于人体自身带的电,使IC10的2脚出现低电平,使IC10的状态发生翻转,其3脚输出高电平,T5导通(可以通过R12控制T1的基极电流),其集电极接的黄色发光二极管D3发光,表示现在电子锁处于待命状态,T6截止,C4开始通过R14充电(充电时间是40秒,此时为用户输入密码的时间,即用户输入密码的时间不能超过40秒,否则电路就开始报警,由于用户经常输入密码,而且知道密码,一般输入密码的时间不会超过40秒),IC2开始进入延时40秒的状态。
开始报警:
当用户输入的密码不正确或输入密码的时间超过40秒,IC11的2脚电位随着C4的充电而下降,当电位下降到1/3Vcc时(即40秒延时结束时候),3脚变成高电位(延时时是低电平),通过R15使(R15的作用是为了限制T7的导通电流防止电流过大烧毁三极管)T7导通,其集电极上面接的红色发光二极管D4发亮,表示当前处于报警状态,T8也随之而导通,使蜂鸣器发声,令贼人生怯,实现报警.
停止报警:
当达到了80秒的报警时间,IC10的6,7脚接的电容C5放电结束,IC10的3脚变成低电平,T5截止,T6导通,强制使强制电路处于稳态,IC11的3脚输出低电平,使T7,T8截止,蜂鸣器停止报警;或者用户输入的密码正确,则有开锁电路中的T10集电极输出清除报警信号,送至T12(PNP),T12导通,强制使T7基极至低电位,解除报警信号。
3.报警次数检测及锁定电路
若用户操作连续失误超过3次,电路将锁定5分钟。
其工作原理如下:
当电路报警的次数超过3次,由IC9(74161)构成的3位计数器将产生进位,通过IC7,输出清零信号送往74161的清零端,以实现重新计数。
经过IC8(与门),送到IC12(555)的2脚,使3脚产生5分钟的高电平锁定脉冲(其脉冲可由公式T=1.1RC计算得出),经T9倒相,送IC6输入端,使IC6输出低电平,使IC13不能开锁,到锁定的目的。
电路图如下图5所示:
图5报警次数检测及锁定电路
4.备用电源电路
为了防止停电情况的发生,本电路后备了UPS电源,它包括市电供电电路,停电检测电路,电子开关切换电路,蓄电池充电电路和蓄电池组成。
其电路图如下图6所示:
220V市电通过变压器B降压成12V的交流电,再经过整流桥整流,7805稳压到5V送往电子切换电路,由于本电路功耗较少,所以选用10W的小型变压器。
图6电源电路
由R8,R9,R6,R7及IC14构成电压比较器,正常情况下,V+
其电路图如下图7所示:
图7停电检测及电子开关切换电路
T1,T2构成的蓄电池自动充电电路,它在电池充满后自动停止充电,其中D1亮为正在充电,D2为工作指示。
由R4,R5,T1构成电压检测电路,蓄电池电压低,则T1,T2导通,实现对其充电;充满后,T1,T2截止,停止充电,同时D1熄灭,电路中C4的作用是滤除干扰信号。
其电路图如图8所示:
图8蓄电池自动充电电路
四.总结与体会
以上是我学习数字逻辑电路所设计的数学密码锁电路,它经过多次修改和整理,可以满足人们的基本要求,但因为水平有限,此电路中也存在一定的问题,譬如说电路的密码不能遗忘,一旦遗忘,就很难打开,用开关作74LS112的CLK脉冲,不是很稳定,电路密码只有16种可供修改,但由于他人不知道密码的位数,而且还要求在规定的时间内按一定的顺序开锁,所以他人开锁的几率很小这些都需要一段时间的进一步
通过此次设计,我对数字电路的知识有了更深一层的体会和了解,掌握了设计电子电路的方法,使我所学得到了全面的理论综合和实践应用,收益匪浅,酸甜苦辣,应有尽有。
从选题到论文撰写结束,从中得到了来自各方面的帮助,从学校的老师到我的同学,他们都是尽可能的伸出热情之手,从生活、学习、精神等诸多方面给予帮助和支持。
生活上互帮互助;学习上提供材料,帮助讲解,解答疑问;耐心指导,细心纠正;精神上给予大量的支持.
通过此次设计,锻炼了我个人的动手能力,我感受到了老师对学生的那种悔人不卷的精神,老师给我们指导,使我们少走弯路,顺利完成设计,请允许我向你们致意崇高的敬意,感谢老师!
参考文献:
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高等教育出版社,2006
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[12]周巍,黄雄华.《数字逻辑电路实验·设计·仿真》电子科技大学出版社,1998
学年论文(设计)成绩表
论文题目
数字密码锁设计
作 者
董爽
指导教师
李晶
职 称
讲师
指
导
教
师
评
语
该学生充分利用所学知识,很好的完成此课程设计
设计技巧熟练.思维敏捷领悟能力高,实验课上积极调试,勇于探索,积极创新并且写作态度认真,按期圆满完成学年论文。
论文观点明确,语言表达流畅,论证充分全面,逻辑严密,结构层次清楚。
论文整体水平高,有独立分析问题、解决问题的能力。
格式及标点规范、图纸完备、整洁、正确、符合规范。
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