红外密码遥控锁

福 建 师 范 大 学 应 用 科 技 学 院学 生 论 文论文题目： 红外密码遥控锁 指导教师： 施文灶 学 号： 120352010045 姓 名： 鲍斌斌 年 级： 2010级 专 业： 电子信息工程 二0一四 年 五 月 十五 日红外密码遥控锁学院：应用科技学院 专业：电子信息工程学号：120352010045 姓名：鲍斌斌 指导教师：施文灶老师 【摘要】课题是通过使用红外遥控技术和单片机应用技术相结合而的设计方案，主要由AT89C52单片机和遥控器两部分结合来实现短距离的红外遥控，课题设计除了基本的遥控密码，并且可以通过LCD液晶显示可以更直观的看到操作过程中的密码输入、密码正确与否、功能选择项。当密码验证通过后，可以进行执行机构的控制：以点亮或者灭掉LED灯来控制L298N芯片驱动电机的转动与停止。【关键词】：红外；遥控；单片机；密码锁。目录1、 概述31.1课题研究背景、内容及意义31.2 课题的具体要求及任务31.3基本主要功能31.3.1 设定密码31.3.2 密码输入有效显示31.3.3 遥控开锁32、系统总体设计32.1 系统设计思路32.2 设计总体结构42.3 主流程图43、系统硬件设计53.1 单片机最小系统53.1.1 AT89S52的特点53.1.2 电源电路63.1.3 复位电路63.1.4 振荡电路73.2 红外发射与接收73.2.1 红外发射73.2.2 红外接收73.3 LCD1602液晶显示83.3.1 LCD1602模块引脚83.3.2 LCD1602显示器模块引脚名称和功能表83.3.3 液晶显示电路图93.4 执行功能93.4.1 步进电机驱动93.4.2 LED发光二极管电路114、系统软件设计114.1红外接收解码114.2主程序设计124.3 LCD1602显示134.3.1 关于LCD1602134.3.2 读写控制时序144.3.3 RAM地址与LCD显示位置关系对应表154.4 功能执行机构155、系统的硬件、软件调试155.1、硬件调试155.2、软件调试156、总结16参考文献161、 概述1.1课题研究背景、内容及意义红外遥控系统的构成是由红外遥控发射装置、红外接收设备、遥控微处理机和其它部件。它是一种很好的信息传输媒体，不影响周边环境、直线传播特性，不容易产生相互间的干预。因为红外线在频谱上位于可见光之外，因此，抗干扰性能强，并且具备光波。红外遥控技术的迅速发展，红外密码锁具有开启方便、保密性好、抗干扰能力强等优点，用途非常广泛1。在门禁系统中的应用，那是屡见不鲜了。随着生活水平的进步，人们愈来愈追求更便捷、更具智能化的产品了，然而红外遥控技术恰是一个重点的发展的目标。红外遥控密码锁是现代化新式的安全管理体系，它集微机自动识别技术和当今安全管理设施为一体，它解决了出入口安全防范管理的问题，适用各类场合，如家用防盗门上，亦可用于办公场合，用于出租房和公寓房、寝室等防护方面，还可普遍运用于宾馆、旅馆，也可用于公寓楼大门进出。1.2课题的具体要求及任务课题任务：利用单片机、红外遥控器、红外接收头、LED、异步电机等设计一个红外遥控密码锁。1.3基本主要功能1.3.1 设定密码对于该设计，设定了一组原始密码：1235 用户能够通过遥控器来修改原始密码。比如：选择修改密码后，然后依次输入四位密码，再按确认(EQ)键即表明密码已修改好了，那么用户在下次使用时，只需输入这组数据就能够开锁了。1.3.2 密码输入有效显示为了确保按键是否有按下，并防止密码泄露，在电路中设置了LCD液晶显示电路，即在输入时就能显示用户按下的数字符号，用户密码，此本设计可靠性长处之一。1.3.3 遥控开锁这是本设计中最大的特色的地方，用户只要手拿着遥控器，输入准确密码，便会主动开锁；如果密码输入是不对的，那么系统就会提醒错误，需要返回重新输入密码。2、系统总体设计2.1 系统设计思路系统设计遵循先学习后使用、先单一后繁杂和先模块后综合的法则。从设计的角度来看设计一个简单的系统则需要一块单片机或是某些现成的集成芯片，再按照单片机或是集成芯片的使用阐明来构建外部集成电路，设计正确的应用遥控发射器以及正确的显示电路、接收电路，最后得出整个系统。如图2-1所示。 图2-1 整个系统的构思2.2 设计总体结构总框架主要由AT89S52单片机，红外遥控发射器，红外接收，液晶显示，按键输入，LED灯，电机驱动等部件组成。结构图如图2-2所示。AT89S52红外接收显示1、2键输入LED电机驱动密码修改图2-2总体结构框图2.3 主流程图当输入密码正确时，液晶显示就会提示密码输入成功，进入功能操作及修改密码的选择；否则，液晶显示会提示错误，返回输入密码项重新输入密码；密码正确后选择功能操作：按1键点亮一盏灯、按2键驱动电机转动；选择修改密码后，输入新的密码，需要输入两次，并确保两次输入的密码是一样的，修改密码成功。否则返回功能及密码修改选择项，重新输入2。如图2-3所示。图2-3 系统总流程图3、系统硬件设计3.1 单片机最小系统本系统采用AT89S52 单片机，是采用CMOS工艺 ，功耗低，在整个系统中起总体控制的作用。单片机AT89S52最小系统包括：单片机芯片、电源电路、复位电路、振荡电路等。单片机最小系统电路如图3-1所示。 图3-1 单片机AT89S52原理图3.1.1 AT89S52的特点单片机AT89S52是一款功耗低、性能高CMOS 8位微控制器，具备8k字节Flash，256个字节的RAM，32 位I/O 口线，并且具有看门狗定时器功能，2个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量的2级中断结构，全双工串行口，片内是晶体振荡器及时钟电路。此外，此单片机可调降至0Hz 静态逻辑状态，因此，它支持2种可选择的省电模式。如果在闲暇模式下，CPU则会停止工作，并且容许RAM、定时器/计数器、串口、中断进行继续工作。当在掉电保护形式下，RAM的内容就会被保存，振荡器被停止，单片机的全部工作都停止，直到下一个中断或硬件复位为止。单片机才又重新开始工作3。AT89S52单片机引脚如图3-2所示。 图3-2 AT89S52单片机引脚图3.1.2 电源电路为了确保芯片能够正常的工作，因此选择+5V的直流电源。如图3-3所示电路为输出+5V电压、输出1.5A电流的稳压电源。它由电源变压器B，桥式整流电路D1D4，滤波电容C1、C3，为避免自激电容C2、C4和一只固定式三端稳压器(LM7805)极其简便地连接构成的。图3-3 电源电路该电源部分的电路，是利用四个1N4004二极管构成的整流桥，可以输入直流或交流9V的电源，继而再经过固定式三端稳压器(LM7805)稳定到5V提供单片机运作4。固定式三端稳压电源LM7805的稳压值为+5V，它是由输入脚Vi，输出脚Vo和接地脚GND组成的，属于LM78XX系列的稳压器，输入端接电容可以进一步的滤波，在输出端并联一个无极性小电容，能够很好的改善稳压电源的高频瞬态响应。电路的稳定性也比较好5。3.1.3 复位电路复位电路又可以分为上电复位和按键复位。按键复位除复位开关之外，另有1个10K的电阻，1个10F的电解电容，和1个200的电阻。10K电阻连接芯片的RST脚和地；10F的电容与200的电阻以及复位开关并联，然后连接芯片的RST脚和+5V电源。上电复位电路的组成有：一个10F的电解电容连接到单片机芯片AT89S52的第9脚RST和+5V电源，10K电阻的一个引脚连接单片机芯片AT89S52的第9脚RST，另一个引脚接地6。3.1.4 振荡电路这里的振荡电路便是由1个12MHz的晶振和2个33pF的瓷介电容构成的。晶振连接芯片的XTAL1和XTAL2两个引脚，2个电容串联后并联在晶振的两头，同时，2个电容还需要接地。3.2 红外发射与接收3.2.1 红外发射红外遥控发射数据是以调制方法来实现的，就是把数据和一定频率的载波进行调制操作，如此既可以提高发射效率又可以降低电源功耗。调制载波频率正常在30kHz到60kHz之间，大多采用的是38kHz，占空比1/3的方波。如图3-4所示，红外线通过红外发光二极管（红外发射管）发送出去，它的里面构造与普通的发光二极管基本相同，但是材料和普通发光二极管有所不同，在红外发射管两端施加一定电压时，它发出的是红外线而不是可见光。设计采用的是普中科技的单片机平台配备的红外遥控器。图3-4 红外发射电路3.2.2 红外接收经常使用的红外接收装置有红外接收二极管，光电三极管等。实用中已有红外发射和接收配对的二级管。在本策划中选用的是HS0038红外一体化接收头，接收头图如图3-4所示。它有如下益处：将遥控信号的接收、放大、检波、整形各个功能集于一身，而且输出的是可以使单片机能够进行识别的TTL信号，这样不仅简化了电路的接收程度和电路的设计工作，而且使用起来更加方便。接收头连接图及红外接收电路图如图3-5。HS0038的外部是由黑色环氧树脂封装而成的，对于日光、荧光灯等一些光源都有抗干扰的能力，内部附有磁屏蔽低功耗，高灵敏度。在使用小功率发射管发射信号的情况下，它接收的距离高达35 m。它能和TTL、COMS 电路兼容。HS0038 为直立侧面收光型。它接收的红外信号频率为38KHZ,周期约为26s，同时能对信号进行放大、检波、整形得到TTL 电平的编码信号。三个管脚(1、2、3)分别是接地、电源5 V 、解调信号输出端7。 图3-5红外接收图 3.3 LCD1602液晶显示3.3.1 LCD1602模块引脚图3-6 LCD1602模块引脚3.3.2 LCD1602显示器模块引脚名称和功能表表3-1 LCD1602显示器模块引脚名称和功能表3.3.3 液晶显示电路图注：第十六脚可直接接地图3-7 液晶显示电路图3.4 执行功能3.4.1 步进电机驱动步进电机也叫做步进器，是一种感应电机，它是采用电磁学原理，将电能转换为机械能。为了使步进电机能够正常工作，必须利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这类电流为步进电机提供电源。启动芯片就是为步进电机分时提供电源的，多相时序控制芯片。作为执行元件，步进电机则是机电一体化的关键产品之一，在各种自动化控制系统中普遍应用8。L298N驱动芯片是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器。L298N能接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4.57 V电压。4脚VS是接电源电压，VS电压范围VIH为2.546 V。输出的电流可以达到2.5 A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别独自引出，以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号，也可以直接接地。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可以分别接电动机9，本实验装置我们选用启动一台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的运行情况。EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。图3-8 L298N内部功能模块表3-2 L298N的逻辑功能表由以上可知，当EnA为低电平时，不管输入电平为何种状态，电机都是处于停止状态。当EnA为高电平时，输入电平为一高一低，电机就会产生正转或回转的情况。当输入电平同为低电平事，电机也为停止状态，同为高电平时，电机刹停10。 图3-9 L298N实物图 图3-10 L298N引脚图图3-11 L298N与52单片机连接的电路图1、15脚是输出电流反馈引脚，其余与L293相同。在日常使用中这两个引脚也可以直接接地。3.4.2 LED发光二极管电路AT89C52的P1.0口输出低电平经一限流电阻去控制LED灯的亮灭。图3-13 LED与单片机连接电路4、系统软件设计软件系统设计是系统的核心，设计中使用Keil C语音编译。软件设计运用主程序和子程序设计思想，对不同功能的程序进行编程，这样层次和结构比较清晰，而却有利于软件的调试和修改。4.1红外接收解码相应的按键值代码：rep=0x19、u/sd=0x0d、mode=0x46、1=0X0C、2=0X18、3=0X5E、4=0X08、5=0X1C、6=0X5A、7=0X42、8=0X52、9=0X4A解码接收程序：解码接收程序利用外部中断0的中断服务程序实现的。外部中断0服务子程序流程图如图4-1所示。图4-1 解码接收程序流程图根据流程图查阅相关编程材料，进行整合编写接收解码程序、并进行调试。4.2主程序设计主程序中主要是对外部中断0的设定以及一些存储单元的清零等初始化工作，密码输入的核对，主程序程序流程图如图4-2所示。图4-2 主程序流程图按照流程查找相关资料书籍，整理、编写主程序，并进行调试。4.3 LCD1602显示4.3.1 关于LCD1602编程用到的主要管脚不过三个，分别为：RS(数据命令选择端),R/W（读写选择端）,E（使能信号）;以后编程便主要围绕这三个管脚展开进行初始化，写命令，写数据。以下具体阐述这三个管脚： RS为寄存器选择，高电平选择数据寄存器，低电平选择指令寄存器。 R/W为读写选择，高电平进行读操作，低电平进行写操作。 E端为使能端，后面和时序联系在一起。除此外，D0D7分别为8位双向数据线。LCD1602 有11个控制指令如下表：表4-1 LCD1620控制指令表 清屏 显示开关控制 功能：设置显示、光标及闪烁开、关。其中： D表示为显示开关：D=1为开，D=0为关；C表示光标开关：C=1为开，C=0为关；B表示闪烁开关：B=1为开，B=0为关。 光标、画面位移 功能：光标、画面移动，不会影响DDRAM。其中： S/C=1：画面平移一个字符位；S/C=0：光标平移一个字符位；R/L=1：右移；R/L=0：左移。 功能设置 功能：工作方式设置（初始化指令）。 其中：DL=1，8位数据接口；DL=0，四位数据接口； N=1，两行显示；N=0，一行显示； F=1，510点阵字符；F=0，57点阵字符。4.3.2 读写控制时序LCD1602的操作时序：在此，我们可以先不读出它的数据的状态或者数据本身。所以只需要看两个写时序：当我们要写指令字，设置.LCD1602的工作方式时：需要把RS置为低电平，RW置为低电平，然后将数据送到数据口D0D7，最后E引脚一个高脉冲将数据写入。当我们要写入数据字，在1602上实现显示时：需要把RS置为高电平，RW置为低电平，然后将数据送到数据口D0D7，最后E引脚一个高脉冲将数据写入。发现了么，写指令和写数据，差别仅仅在于RS的电平不一样而已。以下是LCD1602的时序。图4-3 LCD1602操作时序4.3.3 RAM地址与LCD显示位置关系对应表 每一行每一个字节对应一个地址，数据写在哪个地址就在哪个地址显示，即第一行地址为00-0F，第二行地址为40-4F，地址10-27与50-87不在显示区，如果将数据写在这两个范围内需要发送移屏指令才能看到显示。表4-2 RAM地址与LCD显示位置关系对应关系：据以上关于LCD1602的相关材料，进行液晶显示模块的程序编写，并进行调试4.4 功能执行机构密码验证成功后，进入功能选择时，对按键进行扫描。当1键按下时P3.5输出低电平点亮LED，再次按1键可灭掉LED。当2键按下P2.3、P2.4输出至驱动298芯片然后去驱动电机的传动,再次按2键控制点电机停转。根据以上提到条件，进行程序的编写，调试。5、系统的硬件、软件调试5.1、硬件调试系统的硬件是呈现展示部分，硬件的电路合理，电路正确的焊接与否都直接影响硬件性能。最先从各个硬件模块进行单一的测试、调试，到最后的模块电路的结合，总的调试，对于其中出现的故障一一进行分析并解决。处理好接口接头避免不必要的短路等电路故障。5.2、软件调试系统的软件是系统的关键部分，软件的正确编写是系统能否按要求工作的前提。由于对软件知识的缺乏，对最初的软件调试出现了很多困难。在对程序指令及运行时序的了解之后，程序完成的比较顺利。在软件编写的开始，我先画了软件的流程图，然后按照程序流程图来编写相应的子程序，使程序易于理解和更正。程序的编写要层次分明，尽量减少复杂多变的跳转指令，因为伴随着跳转指令的增加，系统执行指令的时序常常出现错乱，并且经常出现逻辑错误。在发现这个问题之后，尽量运用一些可重复调用的子程序，尽量避免程序的错乱。调试过程中因为某些I/O口有第二功能，导致执行机构输出不能实现，重新定义其他I/O口问题解决。6、总结具有单片机功能的红外遥控密码锁,掌握其原理及控制过程,以及运用编程来解决红外的编码与解码问题。最终目的在于学会独立查资料选方案，巩固所学知识设计单片机程序,掌握一个电子专用软件设计电子电路，学会电路的调试方法解决实际出现的问题。利用一个低成本的单片机芯片来实现一个红外线遥控系统使其具有远距离遥控功能。 毕业设计，不仅仅是对之前所学知识的一种检验，一次系统的复习，更是对自己的能力的提升。通过这次的毕业设计，使我明白了自己对知识的不足、欠缺。有很多知识点在平常的学习中没有掌握好，因而在做毕业设计的过程中遇到了不少问题，不过在老师和同学的帮助下，终于完成了毕业设计。在此非常感谢指导老师在毕业设计中给予我的指导。在今后的日子里，不管是在学习上还是工作上，我将会继续努力。参考文献1 王侠,王进军.基于单片机的红外电子密码锁系统的设计J.信息通信.2012,第117期，1-102 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