1、学士学位论文智能红外遥控电子密码锁 题 目 智能红外遥控电子密码锁 学生姓名 学号 所在学院 陕西理工学院 专业班级 电子信息工程1205 指导教师 完成地点 博远楼实验室 2016 年 5 月 29 日智能红外遥控电子密码锁（陕西理工学院 物理与电信工程学院 电子信息工程专业 2012级5班，陕西 汉中 723000）指导教师：摘要本文论述了基于STC89C52单片机的红外遥控电子密码锁系统设计。该设计可以实现密码设定、密码显示、密码修改、本机开锁、远程遥控开锁、密码输入错误报警等等。本系统由STC89C52单片机、4*4矩阵键盘，蜂鸣器，复位电路和晶振电路、继电器等组成，4*4键盘主要用于
2、密码的输入和修改，蜂鸣器报警，复位电路和晶振电路与STC89C52单片机组成单片机最小系统。本系统成本低廉，功能实用。关键词： 密码锁；报警 ；蜂鸣器；STC89C52;Intelligent infrared remote control electronic cipher lockBao Han(Grade 12,Class 05,Major in Electronics & Information engineering ,Physics & Telecommunications engineering Dept, Shaanxi University of Technology,Han
3、zhong,Shaanxi ,723003)Tutor: Wang Ting Abstract：This dissertation is about concrete design of the hardware and program steps of Infrared ray test instruments design and realization based on STC89C52. This design can achieve the password selection; password to modify the password of the machine lock,
4、 remote keyless entry, the password is incorrect alarm function. This system by the STC89C52 single-chip microcomputer, the 4 * 4 matrix keyboard, buzzer, reset circuit and vibration circuit, relay and so on, 4 * 4 keyboard is mainly used for input and modify the password, the buzzer alarm, and reso
5、nance circuit and reset circuit STC89C52 singlechip microcontroller minimum system. This system is low cost, function and practical.Key words: combination lock; Call the police; Buzzer.;STC89C52 目 录1 绪论 11.1 课题背景 11.2 课题的目的和意义 11.3 电子密码锁发展趋势 11.4 本设计完成的工作 22 总体方案设计 32.1 电源模块 32.2 主控制器模块 33 硬件实现及单元电路
6、设计 53.1 主控制模块 53.2 单片机的时钟电路与复位电路设计 53.3 单片机简介及管脚说明 63.4 键盘电路设计 73.5 液晶显示电路设计 83.6 存储芯片电路设计 93.7 报警电路 103.8 密码锁电路 104 红外遥控电路设计 124.1 红外通信基本原理 124.2 红外线遥控原理 124.3主要模块设计 135 系统软硬件设计与实现 145.1 主程序流程图 145.2 开锁软件设计 155.3 修改密码软件设计 166 系统的安装与调试 18结论 19致谢 20参考文献 21附录A 外文翻译 22附录B 部分源程序 31附录C 整机电路原理图 39附录D元器件清单
7、 40附录E实物照片 411 绪论1.1 课题背景在我们日常的学习生活中,住所与公司的安全防护、单位重要的档案文件、财务报表以及大多数个人资料的保管多以上锁的方法来解决。若使用传统的手工机械开锁的钥匙，人们则需要随身携带许多钥匙,使用很不方便,而且钥匙遗失后安全性能就大大降低。随着科学技术的不断提高，人们对于日常生活中的安全保险要求变得越来越高。为了满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码来替代钥匙的密码锁应运而生。密码锁具有安全性能高、成本低廉、功耗低、容易操作等优点。根据本设计要求，通过输入密码来控制电路或者芯片的工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、锁定等要求。它的种类很多，有简便
8、的电子产品，也有基于芯片的性价比很高的产品。现在应用较多的数字密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。其性能和安全性已大大超过了机械锁。其主要优点有：(1) 安全系数比较高，编码量多,远远大于机械锁。随机开锁成功率几乎为零。(2密码可以更改，为了防止密码被盗，同时也可以避免因为人员的改变而造成密码锁的安全系数有所下降。(3)误码输入保护。当输入密码错误时，系统会报警。(4) 功耗低，成本低，使用寿命长。(5) 结构简单，操作灵活，故障率低1。1.2 课题的目的和意义 现代社会电子技术和计算机技术快速的发展，单片机性能不断地发展，性价比显著提高，技术也日趋完善。由于单片机具有体积小、重量轻、价格
9、便宜、功耗低、控制功能强及运算速度快等特点，因此在我国国防建设、仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天等领域均得到了广泛的应用。本设计利用单片机以及其他一些器件实现数据的采集与控制算法，来完成一个现实功能，检测并提高同学对整体电路设计和把握能力，了解单片机系统设计流程，以及电路板的实际制作和调试能力。同时也加强对数字电路、单片机和微机原理等课程知识的实际应用能力，也为同类产品的进一步发展奠定理论和实践基础。1980年后，电子锁专用集成电路开始出现，电子锁的体积不断缩小，可靠性大大提高，但是由于其成本较高，只适合使用于要求安全性较高的场所，且需要提供能量的电源，使用还只能在一定距离内，难以大范围
10、普及，因此对它的研究一直没有较大发展。目前，电子密码锁技术发展很快，种类繁多已被普遍应用在智能门禁系统中，尤其是在西方一些发达国家更加广泛，通过多种技术更加安全可靠的实现对大门的管理。然而我国电子锁整体水平仍与国际上的整体水平有着很大差异，由于技术的局限性，因此电子密码锁的成本还很高，在市场上，一般以按键电子锁为主流。但国内自主研发的电子锁，应用还不广泛。但是值得高兴的是，国内的不少企业已经积极学习和了解了先进的技术，发展前景非常可观。希望通过不断的努力，使电子密码锁在我国也能得到广泛应用1。1.3 电子密码锁发展趋势智能锁，就是将电子科学技术、集成电路设计以及各种电子元器件，运用多种识别技术
11、设计的产品。到了90年代，美国、意大利、德国、日本、加拿大、韩国以及我国的台湾、香港等地的微电子技术的进步和通信技术的发展为密码锁的完善提供了技术上的支持，从而推动密码锁趋向实际应用的阶段。从 20世纪初的技术水平和市场认可程度看，使用最为广泛的是键盘式电子密码锁，该产品主要应用于保险箱、保险柜和金库，还有一部分应用于保管箱和运钞车。在其他技术领域还有遥控式电子密码锁和卡片式密码锁等。由于这种“自生自长、随身携带”的“钥匙”优点突出，因此这种锁较快度过了性能不太稳定、价格昂贵的初始期，变得越来越实用、越来越“特征”，受到人们的普遍欢迎。现今，生物特征技术发展迅速，除了价格因素和尺寸体积因素对普
12、及尚有所限制外，生物特征 电子防盗锁在金融业的前景被人们普遍看好。因为钥匙的开锁信息可以是数字、字符、时间、人体器官识别等可以利用的多种信息，组合使用这些信息能够使电子防盗锁获得高度的保密性。组合使用信息也能够使电子密码锁锁获得无限发展的可能，使产品多样化2。电子密码锁锁取代机械锁是一个必然的趋势，我们有理由相信，它将以其得天独厚的技术优势，带领中国锁具行业得到更好的发展，让更多的人更放心地在更多的场合使用，也会让我们的未来更加安全。 1.4 本设计完成的工作(1)熟悉51单片机集成开发环境，运用C语言编写工程文件；(2)熟练使用所选用单片机的内部结构、资源，以及软硬件调试设备的基本方法；(3
13、)自行构建基于单片机的最小系统，完成相关硬件电路的设计实现；(4)密码锁的原理和实现方法。(5)制作出的电子密码锁可实现密码显示、密码修改、红外遥控开锁、本机按键开锁、密码错误报警等功能2 总体方案设计 图2.1 系统总体方框图如图2.1所示，本次设计包括红外发射功能模块、红外接收功能模块、单片机模块、报警器功能模块、1602液晶显示模块、按键功能模块、开锁功能模块等。红外遥控的发射模块是将被调制过的红外光波用红外发光二极管发出；再由红外接收电路将其的红外光波转变为对应的电信号，再送给后置的放大电路。晶振电路的主要作用是提供基准频率，在电路产生震荡电流,发出时钟信号。复位电路是使单片机的CPU
14、和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后PC0000H，使单片机从第个单元取指令。键盘接口电路实现按键输入密码。开锁电路是当用户输入的密码正确时，单片机便输出开门信号，送到开锁驱动电路，然后驱动电磁锁，达到开门的目的。报警电路是密码输入错误时，蜂鸣器发出声响报警。2.1 电源模块 由于本系统采用电池供电，我们考虑了如下两种方案为系统供电。方案1：采用5V蓄电池为系统供电。蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能。但是蓄电池的体积过于庞大，在使用时极为不方便。因此我们放弃了此方案。方案2：采用4节1.5 V干电池共6V做电源，经过7805变为5V
15、的电压后为单片机，传感器供电。经过实验验证系统工作时，单片机、传感器的工作电压稳定能够满足系统的要求，而且电池更换更为方便。综上所述采用方案22.2 主控制器模块方案1： 采用可编程逻辑器件CPLD作为控制器。CPLD可以实现各种非常繁杂的逻辑功能、它应用规模大，所占空间小，稳定性能很高、IO接口丰富、容易对其进行功能的扩展。也可运用并行的输入输出方式，将系统的处理速度大大提高，因此很适用于作大规模控制系统的控制核心。但本次设计对数据的处理速度要求不高，也用不到过多的逻辑功能，而且从使用及经济的角度考虑我们放弃了此方案。方案2： 采用STC89C52单片机作为整个系统的核心，用其控制密码锁控制
16、，以实现其既定的性能指标。充分分析我们的系统，其关键在于密码锁的控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。STC89C52单片机具有功能强大的位操作指令，I/O口均可按位寻址，程序空间多达8K，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是STC89C52单片机价格非常低廉。因此，这种方案是一种较为理想的方案。从方便使用的角度考虑，我们选择了方案2。3 硬件实现及单元电路设计3.1 主控制模块主控制最小系统电路如图3.1所示。 图3.1 单片机主控电路3.2 单片机的时钟电路与复位电路设
17、计本系统采用STC系统列单片机，相比其他系列单片机具有很多优点。一般STC单片机资源比其他单片机要多，而且执行速度快；STC系列单片机使用串口对单片机进行烧写，下载程序较为方便；STC51单片机内部集成了看门狗电路；且具有很强抗干扰能力。本系统采用内部方式的时钟电路和加电自复位的复位电路，时钟电路用于产生MCS-51单片机工作所必须的时钟控制信号，内部电路在其控制下，严格地按时序指令工作。MCS-51单片机内部有一个由高增益的反向放大器，它是用来构成振荡器的。方法是：将该高增益反向放大器的输入端（XTAL1）和输出端（XTAL2）跨接晶振后并连微调电容，然后接地，从而构成一个稳定的自激振荡电路
18、，用于提供时钟信号。电路中的微调电容通常选择为30pF左右，该电容的大小会对振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性产生影响。晶体的振荡器选择频率为12MHz的晶振。复位电路有按键复位和上电复位，而本系统中采用最简单的外部按键复位来实现单片机的复位操作。另外，把EA脚接高电平，使单片机访问片内程序存储器并允许中断操作；EA接低电平，单片机能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令。电路如下图3.2图3.3所示： 图3.2 时钟电路 图3.3 复位电路由于单片机P0口内部不含上拉电阻，为高阻态，不能正常地输出高/低电平，因而该组I/O口在使用时必须外接上拉电阻。3.3 单片机简介及
19、管脚说明STC89C52单片机是一种高速、低功耗、超强抗干扰的单片机，工业80C51产品指令和其引脚完全兼容。传统的8051系列单片机只有128-256个字节RAM可使用，对于工程量较大的程序设计时往往会不够用。而STC89C52RC系列单片机扩展了256个字节RAM，拓展的容量，在应用中渐渐取代传统单片机被广泛应用。它还拥有8K字节在线可编程的Flash存储器、支持在线SPI编程、32个双向数据I/O口线、两个16位定时器/计数器和全双工UART串行通道。它的主要特性：（1）与MCS-51兼容。（2）寿命：1000次擦/写。（3）数据保留时间：10年。（4）全静态工作：0Hz-24Hz。（5
20、）512M内部RAM。（6）32双向数据I/O线。（7）两个16位定时器/计数器（8）5个中断源。（9）可编程串行通道。（10）芯片内自带振荡器和时钟电路。单片机管脚说明： 图 3.4 STC89C52管脚图VCC：电源电压，其工作电压为5V。 GND：接地。 P0口：P0口是一个8位双向I/O口，内部不含上拉电阻。连接电路时需要外接上拉电阻。P0口缓冲器能接收输出8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写入“1”时，被定义为高阻输入。P0能够作为外部程序数据存储器，暂时存储外部输入数据而不需反复输入。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
21、由于内部上拉的缘故，P1口管脚写入“1”后，其管脚电平被上拉电阻拉高，此时管脚用作输入。P1口被上拉电阻下拉为低电平时，此时管脚将输出电流。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部含有上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。由于内部上拉的缘故，当P2口被写“1”时，其管脚电平被上拉电阻拉高，且作为输入。P2口被上拉电阻下拉为低电平时，此时管脚作为将输出电流端口用。在FLASH编程和校验时，P2口用来接收高八位地址和控制信号。P3口：P3口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P3口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。由于内部上
22、拉的缘故，当P3口被写“1”时，其管脚电平被上拉电阻拉高，此时可以作为输入口使用。P3口也作为STC89C52的第二功能使用。具体功能如表3.1所示：表 3.1 P3口功能表端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外部中断0）P3.3INT1（外部中断1）P3.4T0（计时器0）P3.5T1（计时器1）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通） RST：复位输入，当为高电平时有效。当需对器件进行复位时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：ALE是地址锁存允许信号端口，低电平有效。在FLASH
23、编程期间，此引脚可用作输入编程脉冲。PORG为编程脉冲的输入端。当ALE/PROG接上低电平的时候，单片机对外部存储器进行数据读取时，用来锁住地址线的低位地址。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。当外部的程序存储器取指令期间，每个机器周期有两次有效的PSEN信号。但在访问外部数据存储器时，这两次PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当EA维持低电平时，在此期间数据输入都存入外部程序存储器，不管内部程序存储器是否有空间存储数据。XTAL1：反向振荡放大器的输入与内部时钟工作电路的输入。XTAL2：反向振荡放大器的输出。3.4 键盘电路设计在单片机应用系统中，一般都会设置键盘，主要为了控制运
24、行状态，输入一些命令或数据，以完成特定的人机交互。键盘是与单片机进行人机交互的最基本的途径，其以按键的形式来设置控制功能或输入数据，按键的输入状态本质上是一个开关量。对于简单的开关量的输入可以采用独立式按键，这种方法接口简单，但占用单片机I/O端口资源较多。对于输入参数较多、功能复杂的系统，需要采用矩阵式键盘进行输入控制。本系统采用4*4矩阵式键盘，键盘连接方式如图3.5所示：图3.5 键盘电路矩阵键盘的工作原理在键盘中需要按键比较多时，为了减少占用I/O端口，都会把按键排列为矩阵形式，如图5所示。在矩阵式键盘中，每条竖直与水平的线在交接处都不接通，而是使用一个按键将其连接。这样，一个端口（如
25、P1口）就能构成4*4=16个按键，比直接在键盘上用端口线多出了一倍，并且线的数量越多，则其差别越明显。由此可以看出来，在实际需要的按键数量较多时，就应采用矩阵键盘。在图中单片机的P1.0P1.3作为输出线， P1.4P1.7作为输入线接电阻接正电源。这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了，然后通过行扫描法，判断确定键盘上具体哪个键被按下。步骤如下：（1）判断是否有键按下给全部的行线加低电平后，对列线的状态进行检测，若出现一列电平为低的情况，就代表键盘中有被键按下，且被按
26、下的键是4根行线与低电平列线相交的4个按键中的某一个；若所有列线一直是高电平，则表示没有进行按键操作。（2）判断闭合按键的具体位置先确认有键按下，然后再确定闭合键的具体位置。具体的方法为：先把行线依次置低电平（即在一根行线为低电平时，其它的行线必须为高电平），然后确认是哪根行线被置为低电平，再逐行对各列线的电平状态进行检测。若出现某列为低电平的情况，就可以确定闭合按键的位置处于低电平列线与被置为低电平行线的交叉处。采用键盘输入信息时的主要进程是：（1）CPU判断是否有键按下；（2）确定按下的是哪个键；（3）把此键所代表的信息翻译成计算机可以识别的代码或者其他的特征符号。3.5 液晶显示电路设计
27、电子密码锁中需要显示的信息比较多，为了能直观的看到结果，本设计采用LCD液晶屏用于液晶显示电路。LCD液晶显示器的工作电压低、功耗小，通常23V电压就可以正常工作，并且工作电流非常小，这是其它显示器无法达到的，同时它还可以显示除数字外的文字、曲线等信息，相比于传统的LED数码管显示器，显示信息的信息量和界面都有了很大的提升。LCD液晶显示器具有以下几个优点：（1）高质量的信息显示，液晶显示器中的点在收到信号后，会一直保持着特定的色彩和亮度恒定发光，因此LCD液晶显示器的显示的信息质量高且不闪烁；（2）采用数字式接口，不仅简化了液晶显示器与单片机之间的连接电路，而且方便操作；（3）功耗小，由于液
28、晶显示器的主要功耗在内部的电极和驱动IC上，所以耗电量比其它器件要小很多。因此，虽然LCD显示器的价格比数码管要贵，但它的显示效果好，电路连接简洁，是当今显示器的主流，所以采用LCD作为显示器来完成温度实时显示的功能。在此设计中采用点阵字符LCD，并采用常用的2行16个字的LCD1602液晶模块。LCD1602采用标准的14引脚接口，其中:第1脚：VSS为地电源；第2脚：VDD接5V正电源；第3脚：V0为液晶显示器的对比度调整端口，当接入正电源时对比度是最弱的，而当接地电源的时候对比度就变得最高，当对比度过高时就会产生所谓的“鬼影”，使用时也可通过一个1K的电位器来调整对比度；第4脚：RS为寄
29、存器选择，即选择数据寄存器时为高电平，选择指令寄存器时为低电平；第5脚：RW为读写信号线，即进行读操作时为高电平，进行写操作时为低电平。RS、RW均为低电平时，写入指令或者显示地址；RS为低电平、RW为高电平时，读忙信号；RS为高电平、RW为低电平时，写入数据；第6脚：E为使能端，下降沿触发，即E由高电平变为低电平时，执行液晶模块操作命令；第714脚：D0D7，液晶显示器的8条双向数据线； 第1516脚：空脚。显示电路设计中LCD1602液晶显示屏的D0D7分别与单片机的P0P7连接，由于单片机P0口电平不足以驱动外设，因此电路中接排阻接5V电源上拉电压，从而使液晶显示屏能正常显示。具体连接方
30、式如图3.6所示。图3.6 液晶显示电路3.6 存储芯片电路设计AT24C02是ATMEL公司的2KB字节的电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以达到2.5V，额定电流为1mA，静态电流10Ua(5.5V)，芯片内的资料可以在断电的情况下保存40年以上，而且采用8管脚的DIP封装，使用方便。存储电路连接如图3.7所示：图3.7存储芯片连接电路图它是把WP引脚接到GND上因为要让器件进行正常的读/写操作，把SDA串行数据/地址与单片机的P3.7引脚使AT24C02与单片机进行所有数据的发送或接收，把SCK串行时钟引脚与单片机的P3.6引脚相连接，让单片机产生一个AT24C
31、02工作的时钟，使其正常的工作。3.7 报警电路报警部分由蜂鸣器及外围电路组成，加电后不发声，当密码输入错误发出报警声。如图3.8所示。三极管Q2起开关作用，其基极的低电平使三极管饱和导通，使蜂鸣器发声；而基极高电平则使三极管关闭，蜂鸣器停止发声。 图3.8 蜂鸣报警电路3.8 密码锁电路密码锁部分由继电器组成，当密码输入正确选择开锁继电器就会吸合。如图3.9所示。继电器是一种电子控制器件，它包含控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）两个部分，普遍在自动控制的电路中使用。继电器其实就是用比较小的电流来控制相对较大电流的一种“自动开关”。因此它在电路中也起着自动调节、转换电路、安全保护等作用。用一个小开关来控制一个低压电路,电路中有一个电磁铁,通电以后电磁铁就可以吸下高压电路中的衔铁从而接通高压的电路。低压电路断开后电磁铁失去磁性,放开衔铁,高压电路也就断了。 图3.9 密码锁电路4 红外遥控电路设计对红外遥控进行系统设计，必须先了解一些有关的原理，如：红外通信基本原
