红外遥控电子密码锁的设计与开发

成都信息工程学院“天府软件园”杯嵌入式创新技术大赛报告书项目名称： 红外遥控电子密码锁的设计与实现完成日期： 2011 年 5 月成 员： 李刚 张洋洋 唐明友摘 要 ：本设计是以 STC89C52 为主要芯片，以中断、计数等基本工作方式来控制、判断外部器件的工作、工作状态，结合采用数字信号编码的基本算法，用红外遥控器遥控发送密码、再用红外接收管接收密码，单片机根据红外接收管导通与否和持续时间结合二次调制方式的基本算法还原遥控器发送的密码，再与外部储存器 AT24C02 储存的密码对比，判断密码是否正确，辅助以 LCD12864 显示用户的操作结果，以蜂鸣器提醒，再通过矩阵键盘实现输入或修改密码等基本功能实现红外电子密码锁的设计。该设计运用了 c 语言编写程序，简单、明了，很好的实现了红外通信的要求。在以往设计的基础上，该设计添加了在线烧写程序，极大的方便了用户使用，特别是为工业生产带来了极大的便利。红外电子密码锁具有成本较低、操作方便、体积小、无污染、反应速度快等优势，具有很好的市场价值。关键词：编码、解码、密码、红外目录1 总体设计思路 .11.1 题目要求 .11.2 本设计主要硬件功能部分 .11.3 本设计软件的总体构思 .12 系统的硬件设计与实现 .32.1 AT24C02 模块 .32.1.1 器件及原理介绍 .32.1.2 电路实现 .42.2 红外通信模块 .42.2.1 遥控发射器及其编码 .42.2.2 电路实现 .62.3 矩阵键盘模块 .72.4 显示模块 .72.4.1 LCD12864 介绍 .72.4.2 LCD12864 电路图： .82.5 蜂鸣器模块 .82.6 单片机最小系统模块 .92.6.1 单片机最小系统电路图： .93 软件设计 .103.1 程序流程图 .103.1.1 主程序流程图 .103.1.2 键值判断流程图 .113.1.3 开锁流程图 .123.1.4 密码修改流程图 .133.1.5 红外接收流程图 .143.1.6 按键扫瞄流程图 .153.2 程序设计（见附录二） .154 总结： .165 参考文献： .176 附录一 .186.1 整体电路结构： .186.2 PCB 图： .187 附录二 .197.1 AT24C02 模块 .197.2 红外通信模块 .227.3 矩阵键盘模块 .247.4 LCD12864 显示 .267.5 主程序 .291 总 体 设 计 思 路1.1 题目要求红外遥控电子密码锁由红外遥控发射板、红外接收终端、带控制的电子锁构成。当红外接收终端收到遥控板送来的开锁密码信号，并与保存在终端中的密码对比。当对比成功后终端向电子锁发出开锁命令，完成开锁功能。此题目的重点、难点是实现红外信号的接收、密码储存和正确识别按键并显示操作结果。由于红外遥控不影响周边环境、不干扰其他电器设备，其无法穿透墙壁，因此，不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰;电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作 ;编解码容易，可进行多路遥控。而且红外电子密码所体积较小、操作方便等优势，具有很好的市场前景。1.2本设计主要硬件功能部分本系统主要由六大部分组成：1) 单片机最小系统模块；2) LCD 显示电路模块；3) 阵列键盘模块；4) 红外接收模块；5) AT24C02 模块；6) 蜂鸣器模块；1.3本设计软件的总体构思本设计是以 STC89C52 为核心控制器件。本设计是通过 STC89C52 与AT24C02 之间交换密码后，再与用户通过键盘或红外遥控器发送过来的密码作对比，再用 LCD12864 显示操作结果，用蜂鸣器提示电子锁是否打开，从而实现红外遥控电子密码锁的设计，如下图。 STC89C52单片机AT24C02 存储器键盘输入红外二极管接收液晶 12864 显示蜂鸣器提示图表 1 主体结构2 系 统 的 硬 件 设 计 与 实 现2.1 AT24C02 模块2.1.1 器 件 及 原 理 介 绍AT24C02 串行 E2PROM 具有 I2C 总线接口功能，功耗低，宽电源电压(根据不同型号 2.56.0V)，工作电流约为 3mA，静态电流随电源电压不同为30A110A。图表 2I2C 通信原理：I2C 总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化，如图 A。SCL 线为高电平期间，SDA 线由高电平向低电平的变化表示起始信号；SCL 线为高电平期间，SDA 线由低电平向高电平的变化表示终止信号，如图 4。图表 3图表 42.1.2 电 路 实 现A0 、 A1 、 A2 作为地址线，因在此只有一个器件，故全都接 GND。SDA作串行数据读写端接 P1.2 口，SCL 作为时钟信号接 P1.1 口。图表 5 AT24C02 硬件结构2.2 红外通信模块2.2.1 遥 控 发 射 器 及 其 编 码 遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式可以分成两大类，这里我们以运用比较广泛，解码比较容易的一类来加以说明，现以日本 NEC 的 uPD6121G 组成发射电路为例说明编码原理， 我们使用的超薄型红外线遥控器使用的就是6121 编码。当发射器按键按下后，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0.565ms、间隔 0.56ms、周期为 1.125ms 的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔 1.685ms、周期为 2.25ms 的组合表示二进制的“1”， 其波形如图 7 所示。 图表 6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。UPD6121G 产生的遥控编码是连续的 32 位二进制码组，其中前 16 位为用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同机种遥控码互相干扰，如我们可以同时使用电视机、机顶盒、功放等遥控器，但它们不会产生误触发。该芯片的用户识别码固定为十六进制 01H；后 16 位为 8 位操作码（功能码）及其反码。UPD6121G 最多额 128 种不同组合的编码。 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 4563ms 之间， 图表 7 发射波形图当一个键按下超过 36ms，振荡器使芯片激活，将发射一组 108ms 的编码脉冲,这 108ms 发射代码由一个起始码（9ms）,一个结果码（4.5ms）,低8 位地址码（9ms18ms）,高 8 位地址码（9ms18ms）,8 位数据码（9ms18ms）和这 8 位数据的反码（9ms18ms）组成。如果键按下超过108ms 仍未松开，接下来发射的代码（连发代码）将仅由起始码（9ms）和结束码（2.5ms）组成。 代码格式（以接收代码为准，接收代码与发射代码反向） 1) 位定义 图表 82) 单发代码格式 图表 93) 连发代码格式 图表 102.2.2 电 路 实 现一体化的红外接收装置将遥控信号的接收、放大、检波、整形集