1、陕西理工学院毕业设计红外遥控电子密码锁设计作者：孙磊磊（陕西理工学院 物理与电信工程学院 电子信息工程专业 11级 5班，陕西 723000）指导老师：梁芳摘要：本文论述了基于 AT89C51 单片机的红外遥控电子密码锁系统设计。给出了具体的实现方案。该条件在分析了单片机的串行通信工作原理的基础上，同时也设计了红外发送接收器电路，以及电子密码锁的电路设计等。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。红外发送器和红外接收器的电路以及电子密码锁设计电路和应用方法。关键词：单片机；红外线；报警器陕西理工学院毕业设计Infrared Remote Con
2、trol Electronic Secret Code Lock DesignAuthor:SunLeilei(Grade 11,Class 05,Major in Electronics password to modify the password of the machine lock, remote keyless entry, the password is incorrect alarm function. The paper gives the working principle of the single-chip serial communication, infrared
3、transmitter and infrared receiver circuit, and the typical design of the circuit of the electronic lock application methods.Keywords:Sing-chip; Infrared ray; Alarm陕西理工学院毕业设计目 录1 绪 论 .11.1 电子密码锁的发展现状及研究意义 .11.2 红外遥控电子密码锁的功能 .11.3 红外遥控电子密码锁的结构设计 .21.4 本文设计的特点 .32 红外遥控原理 .32.1 红外遥控介绍 .32.2 红外遥控系统的工作原理
4、.42.3红外发射模块的硬件电路 .83 系统硬件设计 .93.1 AT89C51单片机介绍 .93.2 存储芯片 AT24C02A介绍 .103.3上拉电阻的介绍 .113.4 液晶显示器介绍 .123.5矩阵键盘介绍 .133.6晶振电路的介绍 .143.7密码锁电路的介绍 .154 系统软件设计 .164.1 软件方案设计 .164.2 系统仿真软件介绍 .17陕西理工学院毕业设计4.3仿真结果与分析 .195 总 结 .20致 谢 .21参考文献 .24附 录 . 46陕西理工学院毕业设计第 0 页 共 46 页1 绪 论1.1 电子密码锁的发展现状及其研究意义在现实中，人们出于安全的
5、需要，所以锁也就是人们日常生活中和工作中不可缺少的一部分。从古来有之，由原来机械锁到现在电子密码锁，锁带给我们功能是越来越方便、可靠。现在人们通常都用的是弹子锁，成本低但缺点是钥匙容易丢失所以造成了安全性低。并且保险箱也大都是用的是机械密码锁，然而安全性虽有所提高但结构还是比较复杂，成本高并且很容易出现故障，造成了人们出门常需要携带好多把钥匙也容易混淆并且使用起来极不方便并且钥匙丢失后造成安全性也从中大打折扣。随着科技的迅速发展，密码代替钥匙的密码锁是应运而生。密码锁可以实现具有安全性高、易操作、成本低、报警提示等好多优点。现实中，随着科技的迅速发展，密码锁的种类变得也是越来越多。生活中例如指
6、纹识别、声控锁、磁卡锁以及 IC卡识别等等。但对于这类的密码锁是对特定的指纹、有效卡或者特殊声音有效，并且也是不能进行远程控制，所以只能适用于保密要求相比较高而且仅仅是供于个人使用的房间、保险柜等等。本文设计的密码锁是一种由 AT89C51单片机实现是可以远程控制电路，而且具有按键提示、输入密码错误提示、密码有效提示、本机开锁控制、错误报警控制、遥控开锁等功能，同时也可以处于意外泄漏密码的情况下及时的修改密码，所以也就具有保密性强、灵活度高，适用范围广，尤其适合的场合是家庭、车库、仓库、宾馆等场所。电子密码锁的特点描述如下：(1) 安全系数比较高。随机能开锁成功率很低。(2) 误码输入保护，在
7、密码多次输入错误的情况下就立即启动报警系统。(3) 密码是可以更改，为了防止密码被盗，同时也可以避免因为人员的变换而造成密码锁的安全系有所下降。(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。(6) 灵活性好并且通用性强，可根据自己需要将其安装在其它需要的设备上。1.2 红外遥控电子密码锁的功能(1) 密码选择将已经编好的密码程序存储在 AT24C04中，用户是可以通过密码选择键进行选择。具体操作过程现实如下：先熟悉矩阵键盘，找到在 AT89C51中的 P1.6口上相连的按键，然后按一下，最后按键再输入自己的密码数字，最后确认好就按下确认键“#”即可。(2) 密码显示
8、为了帮助用户识别是否有按键按下，特定在电路中设置了模拟显示密码电路。同时也这也是为了防止密码的泄露，输入显示时，并没有显示出用户按下对应的数字，而是将其用一个特定的字符“*”代替来提醒用户是否有按键按下。这样既能巧妙的提醒用户有有效的保护了密码。此处是本次设计可靠性的优点之一。(3) 密码修改本文为了防止密码因被盗窃以及由于人员的更替而导致密码锁的密级，所以也设计密码用户自行修改密码功能。在输入两次正确密码后，按下“修改密码键”根据提示输入新密码并且按确认键后再次输入一次新的密码，两次的输入相同则新密码生效，原来的密码则失效。此处是本设计可靠性优点之二。(4) 红外遥控开锁当用户把这种密码锁用
9、以仓库车库等重要场所时，用户也是可以不用自己进入仓库，在远处在遥控器上输入正确密码，密码锁识别正确，仓库便自动开锁。并且在其开锁的同时也会有指示灯变亮作为提示输入正确。若输入密码判定为错误，继续锁闭，三次输入错陕西理工学院毕业设计第 1 页 共 46 页误将启动报警系统报警。此处是本设计可靠性优点之三。(5) 本机按键开锁通过本机的键盘开锁，用户在键盘上输入正确的密码后，再按下“确认”键，判定正确便会自动开锁。但是输入密码时用户应当注意：此设计中输入密码中输入密码之间的间隔时间不得超过 5秒。例如正确密码为 123123，当输入第一个数字 1后应应当要在 5秒内输入其第二个数字 2，否则系统就
10、将此次会视为无效。也比如输入完正确密码后长时间没有按“确认”键，系统也将会当放弃其开锁。(6) 密码错误报警当系统判定其用户输入的密码是错误时，系统不会开锁，但会有错误提示，累计三次输入错误，系统将立即报警提示，报警是由蜂鸣器发出持续 10秒报警声。所以此时要关闭报警就按复位键可以停止报警。此处是安全可靠性之四。1.3 红外遥控电子密码锁的结构设计本次设计都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。其系统框图如下：AT89C2051红外发射器键盘晶振红外接收器液晶显示晶振AT89C51键盘报警器电磁锁图 1.3 红
11、外遥控电子密码锁系统框图1.4 本次论文设计的特点在通常的情况下人们所认知的电子密码锁只能进行动手操作，例如在宾馆里我们用的陕西理工学院毕业设计第 2 页 共 46 页的房卡，指纹识别等等。他们在使用时都存在着有一定的局限性。在本次的设计，是将红外遥控技术与我们常见键盘式密码锁将其有效合理结合起来，所以也就可以实现本机键盘输入将其解锁，修改密码，而且还能实现远距离通过红外遥控使其开锁，所以实现了一锁多解，一锁多用的高效的目的。也使我们理解电子密码锁的功能变得多样化而且将其适用的范围变得更加广泛。同时也在设计采用 LM0162L液晶用来作为显示模块来提示以及在密码输入判定错误的同时启动报警系统从
12、而使得电子密码锁的安全保密系数有所提高。陕西理工学院毕业设计第 3 页 共 46 页2 红外遥控原理2.1 红外遥控介绍光可分为可见光和不可见光。可见光分有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，其波长的范围390nm770nm。在此范围之外的光统称不可见光。光谱是位于红色光之外，波长为0.761.5um,比红色光的波长相比还长，这样的光就称为红外线。红外线遥控技术是对于目前使用非常广泛的一种通信和遥控手段，采用红外线作为传输媒介进行数据通信，是一种既方便又经济实用的选择，在对于小型移动设备中得到了广泛的应用和认可。红外线遥控器就是在于利用了波长 0.76m1.5m之间的近红外线来传送控制信号的。红外线的
13、特点对于是不干扰其他电器设备的正常工作，也不会对周边环境造成影响影响。而且电路调试比较简单，如果对发射信号进行编码，就可以实现多路红外遥控功能。红外遥控系统一般都是有红外发射器、红外接收器和微控制器及其外围电路等三部分组成。如图2.1所示。 红外发射器C P U红外接收器图 2.1 红外遥控系统2.2 红外遥控系统的工作原理红外遥控的系统分为发射电路和接收电路两部分。2.2.1 红外发射电路红外遥控器是由遥控编码电路、放大器、键盘电路和红外发光二级管等主要部分组成。当检测到键盘有按键按下，遥控编码电路则会通过键盘行列循环扫描将会获取得所按键的键值编码，键值是通过编码得到一串键值的代码，然后是用
14、编码脉冲去调制载波信号将其放大后再通过发光二级管将信号发射出去。本次设计中是用 ATMEL公司的 AT89C51单片机作为设计核心，其实际发射部分主要有AT89C51单片机完成其编码，然后通过用振荡器产生的 1MHz的振荡电路对其所得到编码进行调制，最后也是经过红外发射头将编码信号放大发射出去。这是发射端所使用的是12MHz晶振所决定的因素。并且是要在发射端要对晶振进行的整数分频，分频系数一般是取 12，所以也就得出 12MHz/12=1MHz。硬件电路中的晶振电路如图 2.2所示。陕西理工学院毕业设计第 4 页 共 46 页C122pFC222pFX1CRYSTAL图 2.2 晶振电路AT8
15、9C52单片机端口上 XTAL1和 XTAL2分别接有 22PF的电容，中间再并接一个 12MHz的晶振，形成发射电路，这也是单片机的晶振电路。2.2.2 红外接收电路图 2.2.2 红外接收原理图一般情况下红外发光二级管的发射功率都比较小大约在 100mW，光敏二极管接收到的信号相比就比较弱，因此就我们也就需要相应的增加一个高增益放大电路。同时在受到外界干扰时会对红外接收部分影响会特别大，所以为了防止干扰其他信号进入，红外接收头通常情况下只漏出一个接受红外光线的小孔，使其达到严格屏蔽接收头的目的。红外遥控的接收部分主要是由光电转换、放大、解调、解码等几部分组成。其中光电转换、放大、解调是由红
16、外一体化接收头来完成实现的。接收部分的单片机主要功能是完成其解码功能。本文设计是采用了一体化红外接收头。2.2.3 红外遥控工作过程红外发射时：经内部调制的数据从串行发射口 TXD端口将其信号送出再经过红外发射二极管发射出去，发射距离大约为 810米。红外接收时：采用与发射头配套一体化红外接收头，会将接收到的数据送到串行口端口 P3.0中，再由系统进行确认接收数据是否判定与存储的数据是否一致，一致就开锁，不一致就放弃开锁。光敏二极管 前置放大 限幅 滤波波检波 整形输出陕西理工学院毕业设计第 5 页 共 46 页3系统硬件设计3.1主控芯片 AT89C51在本次设计中我选用了 ATMEL 公司
17、的 AT89C51 单片机作为主控芯片。它是一款低功耗，AT89C51就是一款广泛应用的，高性能 CMOS 8位单片机，由于系统控制简单，数据量需求不是很大，也考虑到电路的比较简单和功耗成本等因素，所以在本次设计中选用 ATMEL 公司的 AT89C51单片机作为主控芯片。主控模块采用单片机最小系统是由于 AT89C51芯片内含有 8 B的 E2PROM ，无需外扩存储器，电路简单可靠，其时钟频率为 024 MHz，我们需要的时钟是 12MHZ，并且相比而言他的价格低廉，批量价在 10元以内。而且 AT89C51也是一款功能强大的微型计算机，它可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比。这里主要看一下电容和晶振的选择，晶振的大小与单片机的振荡频率有关，电容的大小影响着振荡器振荡的稳定性和起振的快速性，通常选择 1030pF的瓷片电容。本系统电容选择为 33pF，晶振为 12MHz之所以选择这一频率的晶振是为了在进行单片机与电脑进行串口通信时容易产生和电脑时钟同步的波特率，另外在设计电路时，晶振和电容应尽可能的靠近芯片，这样可以提高系统的抗干扰能力，电源部分，电源与地之间可以接一个0.1uF的电容，它用来滤除电源的纹波，使单片机稳定工作，单片机最小系统如图 3.1所示。
