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文档简介
_ -可编辑修改- 毕业综毕业综合合实实践文档践文档 课题名称: 触摸式密码电子锁的设计与制作 作 者: 郑鸣 学 号: 09034336 系 别: 电气系 专 业: 电子信息工程 指导老师: 章晓春 专业技术职务 讲师 2012 年年 3 月月 浙江温州浙江温州 _ -可编辑修改- 温州职业技术学院 毕业综合实践开题报告 姓姓 名:名: 郑鸣 学学 号:号: 09034336 专专 业业: : 电子信息工程技术 课题课题名称:名称: 触摸式密码电子锁的设计与制作 指指导导教教师师: : 章晓春 2011 年 12 月 19 日 _ -可编辑修改- 课题课题意意义义及及现现状、需解决的状、需解决的问题问题和和拟拟采用的解决方案采用的解决方案 一一 课题课题意意义义及及现现状状: 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,密码电子锁由于其保密性高,使用灵活性 好,安全系数高,受到了广大用户的亲赖。通过本课题的设计实践,可以掌握密码电子锁系 统设计的方法,了解密码电子锁的系统构成,可以加深自己对所学专业认识,并且能增强 自己的动手能力,积累经验,为以后工作打好基础。 二二 需解决的需解决的问题问题: 本毕业设计课题需设计电路并做出实物,需解决的问题有: (1)了解触摸式密码电子锁的设计原理;(2)误操作清零功能;(3)掌握清零复位功能;(4)密码 输错的报警功能;(5)密码重设功能;(6)触摸开关输入密码(7)直流稳压电源的供电。 三三 拟拟采用的解决方法采用的解决方法: 针对以上需解决的问题,将采用以下几点主要方法: (1)为了加深对密码电子锁设计原理的理解,并提高已学的基本理论和应用,学会从已给的 设计任务资料中寻找需要的各芯片跟模块资料外,还可以通过上网查找,或者图书馆查阅书 籍,期刊等。 (2)对非编码按钮其上端并联在一起,若误操作触摸其中任一按钮就会使微分电路产生 正脉冲输入到 G1 对触发器清零 (3)采用蜂鸣器报警电路。按下报警触发器电路的按钮就实现蜂鸣器报警 (4)用触摸金属片代替传统的按钮,当触摸到金属片的时候,逐个提供 CP 脉冲信号 (5)利用触摸开关实现输入密码和密码的重置 (6)直流稳压电源的供电采用集成稳压管 指指导导教教师师意意见见: 指导教师: 年 月 日 _ -可编辑修改- 专业专业教研室教研室审查审查意意见见: : 教研室负责人: 年 月 日 _ -可编辑修改- 课课 题题 摘摘 要要 电子密码锁具有安全性能高、成本低、功耗低、作简单等优点使其作为防盗卫 士的角色越来越重要。人们的生活水平日益提高,财富也越来越多,因此更加重视 自己的财产安全,传统的机械锁已经不能足以保证财产的安全了,而随着集成芯 片的快速发展,密码电子锁更受人们的青睐,密码电子锁其保密性高,使用方便灵 活,随机开启的几率几乎为零,本文的密码电子锁利用数字逻辑电路,实现对门的 电子控制,并且有一定的附加电路保证其电路能够完全正常的运行,有极高的安 全系数,密码电子锁,一般原理是利用预先设置好的编码,用其正确的编码对电路 实行控制,促使触发器触发,而且该电路采用外接电源,简单易用,且采用低电压 输出,保证其安全,经实验证明,密码电子锁具有设计方法合理,简单易行,成本 低,安全实用等特点,符合住宅,办公室的安全用锁要求,具有极高的推广价值。 关关键词键词:电子密码锁,触发器,外接电源,安全实用 目目 次次 _ -可编辑修改- 1 引言1 2 方案论证与比较3 3 系统设计.5 3.1 系统总框图.5 3.2 设计思路5 3.3 设计电路组成部分.5 3.4 单元电路设计.5 3.4.1 键盘输入5 3.4.2 密码检测6 3.4.3 执行电路6 3.4.4 报警电路.6 3.4.5 开始报警和停止报警7 3.4.6 电源电路7 4 电路原理图9 4.1 电路主功能介绍.9 4.2 总电路图.9 5.3 此设计的不足10 5 主元器件的介绍11 5.1 D 触发器的介绍.11 5.2 双 D 触发电路12 5.3 CD4013 引脚简介 12 5.4 CD4011 集成块 12 5.5 9013 三极管14 5.6 7812 引脚图及参数15 5.7 中间继电器的介绍.16 5.8 蜂鸣器.17 5.9 整流二极管.17 6 实物制作过程.18 6.1 设计前期准备18 6.2 PCB 板图布局 18 6.3 布线19 6.4 设计评审20 6.5 完成实物制作20 结论.21 致谢.22 参考文献.23 附录.24 _ -可编辑修改- 1 引言引言 在安全技术防范领域,传统的机械锁由于其构造的简单,被撬的事件屡见不鲜, 逐渐被淘汰。电子密码锁由于其保密性高,使用灵活性好,安全系数高,得到了广泛应 用,具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替传统的机械式密码锁,克服了机械式密 码锁密码量少、安全性能差的缺点,使密码锁无论在技术上还是在性能上都获得了大 大的提高。 随着科学技术的进步,电子器件和电子系统设计方法日新月异,电子设计自动化 技术正是适应了现在电子产品设计的要求,吸收了多学科最新成果而形成一门新技术。 在日常生活中,住宅和部门的安全防范,文件档案,报表以及一些个人资料的保 存办法通常是加锁保险,用的锁都是机械式的,还要多备一把钥匙。为了防止就一把 钥匙掉了以后,锁无法打开的情况,而我们这次的毕业设计触摸式密码电子锁可以来 替代原来的机械锁使用户的隐私变的更加安全。触摸式密码锁的优点有许多,如安全 性高,成本低,功耗低,操作简单等。以后必然能代替传统的锁,广泛应用于工农业中。 电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作,从而控制机械开关 的闭合,完成开锁、闭锁任务的电子产品。 我们设计的密码电子锁是一类针对要害系统的安全保险器件,其设计概念与常 见的机械锁有着很大的不同,从系统设计观点看,密码电子锁是一个实体域定义的概 念,比较机械锁,具有设计实现简便,密码装订灵活,制造成本低廉等优点。 每一位解锁意图码在密码锁内部引发的试图解锁动作,可称为安全密码锁的解 锁事件,密码电子锁所有开启意图码驱动,进行开启图码预设定的安全密码完全匹配 时,方可逐步开启密码锁 _ -可编辑修改- 电子密码锁具有安全性能高、成本低、功耗低、作简单等优点使其作为防盗卫士 的角色越来越重要。人们的生活水平日益提高,财富也越来越多,因此更加重视自己 的财产安全,传统的机械锁已经不能足以保证财产的安全了,而随着集成芯片的快速 发展,密码电子锁更受人们的青睐,密码电子锁其保密性高,使用方便灵活,随机开启 的几率几乎为零,本文的密码电子锁利用数字逻辑电路,实现对门的电子控制,并且 有一定的附加电路保证其电路能够完全正常的运行,有极高的安全系数,密码电子锁, 一般原理是利用预先设置好的编码,用其正确的编码对电路实行控制,促使触发器触 发,而且该电路采用外接电源,简单易用,且采用低电压输出,保证其安全,经实验证 明,密码电子锁具有设计方法合理,简单易行,成本低,安全实用等特点,符合住宅, 办公室的安全用锁要求,具有极高的推广价值。 _ -可编辑修改- 2 方案方案论证论证与比与比较较 方案一:采用 AT89C51 为核心的单片机控制方案。本系统共有两部分构成,即硬 件部分和软件部分。其中硬件部分由电源输入部分、键盘输入部分、晶振部分、显示部 分、报警部分、开锁部分组成,软件部分分对应的由主程序、初始化程序、LED 显示程 序、键盘扫描程序、启动程序、关闭程序、建功能程序、密码设置程序等组成。 其设计方案原理框图如下图 2.1 所示。 图 2.1 单片机控制方案 方案二:采用触摸式密码电子锁电路的好处就是设计简单。用 D 触发器构成的数 字逻辑电路作为密码锁的核心控制,共设了 9 个用户输入键,其中只有四个是有效的 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。如果如果用户输入时间过长(时间可自由设置)电路将报警 (时间可自由设置),若连续报警三次,电路将锁定五分钟。 密码锁电路包含:触摸键盘输入、密码修改、密码复位、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。其设计方案如图 2.2 所示 _ -可编辑修改- 触摸键盘输 入 开锁电路密码校验电 路 报警次数检 测 锁定 5 分钟电 路 执行电路 限 时 报 警 电 路 密码复位电 路 +12V 图 2.2 触摸式密码电子锁电路方案 此方案中电路实现了模块化,而且操作简单,只需要把每个单元模块设计出来, 然后连接起来就可以了,而且不需要进行软件编程,也不用软件仿真,如果某个模块 出现了问题,也方便易查。 考虑到单片机方案原理复杂,而且调试较为繁琐,所以本文采用后一种方案。 _ -可编辑修改- 3 系系统设计统设计 3.1 系系统总统总框框图图 键盘输入密码校验电路开锁电路 执行电路 键盘修改电路 限时报 警 报警次数检 测 锁定时间开门 正 确 12V 开 始 计 时 图 3.1 系统总框架图 3.2 设计设计思路思路 共设了 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 10 秒(一般情况下,用户不会超过 10 秒)电路将报警 30 秒,若 电路连续报警三次,电路将锁定键盘 3 分钟,防止他人的非法操作。 3.3 设计设计电电路路组组成部分成部分 密码锁电路包含:键盘输入,密码检测,开锁电路,执行电路,报警电路,键盘输入 次数锁定。 3.4 单单元元电电路路设计设计 3.4.1 键盘输入 开关 K1K9 是用户的输入密码的键盘,用户可以通过开关输入密码,当需要清零 时,Q4 等于 1,Q4 的非等于 0,通过 G3 反相后出 1,再经 R5,C1 延时 1S 经 G2 改善 _ -可编辑修改- 波形后输入到 G1 进行对各触发电路自动清零,这时 Q4 等于 0,使继电器 KA 失电, 门锁弹出,门锁住。 3.4.2 密码检测 由 4 个 D 触发器组成密码检测电路。由于 IC1 处于计数状态,当用户按下第一个 正确的密码后,CLK 端出现了一个正的上升沿,IC1 计数,Q 端输出为高电平,用户依 次按下有效的密码,IC2IC3 也依次输出高电平,使其输出开锁的高电平信号送往 IC13 的 Q4 脚,执行电路动作,实现开锁。 图 3.2 密码检测电路图 3.4.3 执行电路 执行电路是由一个中间继电器以及由 9013 和 1N4001 组成。若 13 脚输出为 1,经 过限流电阻,流到 9013 基极,使得 KA 得电,常开触头闭合,电磁线圈得电,实现开门, 并联的 VD2 为失电保护,防止回路电流损坏 9013。 _ -可编辑修改- 图 3.3 执行电路图 3.4.4 报警电路 有人走近门时,按动按钮,按钮灵敏度非常高,保证电路可靠的触发,当人手指按 到 0 位时,信号经过与非门的 1 脚,输出为 0,在经过一个与门,输出为 1,经过限流电 阻,到达 T2 管,使得扬声器鸣叫,达到报警的功能。 R11 510k R13 100 R12 10k C4 2200pf LS SPEAKER +12V 1 2 3 (4)为防止不同工作频率的模块之间的互相干扰,一般尽量缩短高频部分的布线长 度,同时对模拟与数字电路应分别布置在 PCB 板的两面,分别使用不同的层布线,中 间用地层隔离的方式。 (5)振荡器外壳接地,时钟线要尽量短,且不能引得到处都是。时钟振荡电路下面、 特殊高速逻辑电路部分要加大地的面积,而不应该走其它信号线,以使周围电场趋近 于零。 (6)预先对要求比较严格的线(如高频线)进行布线,输入端与输出端的边线应避免 相邻平行,以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离,两相邻层的布线要互相垂直,以 避免平行走线容易产生寄生耦合和层间的窜扰。 (7)设计布线时应让布线长度尽量短,以减少由于走线过长带来的干扰为问题,特 别是一些重要信号线,如时钟线,务必将其振荡器放在离器件很近的地方。一般不要 出现一端浮空的布线,以避免出现“天线效应”,减少不必要的干扰辐射和接受,否则 带来不可预知的结果; _ -可编辑修改- (8)任何信号线都不要形成环路,如不可避免,环路应尽量小,这样对外的辐射越少, 接收外界的干扰也越小。信号线的过孔要尽量少,关键的线尽量短而粗,并在两边加 上保护地来尽量减小信号的回路面积。 6.4 设计评审设计评审 PCB 板图设计完成后,根据相应的质量评审要求,对设计进行设计评审。评审的 内容大体分为下面几个方面: (1)检查定位孔、定位件等机械尺寸是否与结构图一致。 (2)检查高频、高速、时钟等易受干扰的信号线,是否回路面积最小、是否远离干扰 源,是否有多余的过孔和绕线、是否跨地层分割区。 (3)检查晶体、变压器、光耦、电源模块下面是否有信号线穿过,应尽量避免在其下 面穿线,特别是晶体下面应尽量铺设接地的铜皮。 (4)检查器件的序号是否有序排列,丝印标示等是否覆盖焊盘、过孔等。 (5)检查布线完成情况是否百分之百,是否有线头,是否有孤立的铜皮。 6.5 完成完成实实物制作物制作 完成 PCB 版图后,实物的制作开始了,我们先借用了学校的实验室,然后将之前 购买的 PCB 板从储备箱中提出来,通过专门仪器将我们设计画好的 PCB 线路影印到 PCB 板上,然后在老师的指导下我们将板子放到化学水中进行显影,因为药水浓度问 题,我们失败了一次,但是这些都不能阻挡我们要成功的心,于是进行第二次的制作, 最后终于成功后的显影了。我们将已经显影好的板子对照着图纸将它打孔,最后的一 切就顺其自然了,元器件的安装,焊接,调试,成品出现,终于在大大小小的坎坷中完 成了。图见附录 B、C、D 图。 _ -可编辑修改- 结论结论 2011 年的 12 月中旬,我开始了大学最后一个阶段,就是毕业论文,经过长达 2 个 月的写作加操作,现在论文已经成型了,对于论文的写作,其实是一个非常漫长的工 程,需要不断的对论文进行修改,不断的钻研各方面的知识,最后汇总在一起,经过 2 个月的努力,毕业论文终于如期完成了,在论文漫长的写作中和实践操作中,有了许 多的艰辛和收获,终于在老师的耐心指导之下,然后再次查阅相关资料,继续总结,为 以后的论文撰写和实践操作打下夯实的基础。 对于这次的毕业设计,同学之间的相互学习和帮助,老师的耐心教导,共同商量 相关的问题,这样的交流,对于我们这些面临毕业的人来说是非常有意义的,大学三 年一起走过,到了最后阶段,我们一起讨论学习,探讨相关问题,进而在以后的生活和 工作中更好的发挥自己的优势,立足于社会。 在此,我要感谢我们的指导老师,是你的耐心教导,使得我们能够顺利的完成这 次毕业设计,对于老师的默默付出,我们都是可以感受的到的,每次对于论文的检查, 周记的检查,老师都是非常仔细严格的,严格到每一个字,最后提出了许多中肯的意 见,这是很难能可贵的。 _ -可编辑修改- 通过这三周的学习,我感觉有很大的收获:首先,通过学习使自己对课本上的知 识可以应用于实际,使的理论与实际相结合,加深自己对课本知识的更好理解,同时 实习也段练了我个人的动手能力:能够充分利用图书馆去查阅资料,增加了许多课本 以外的知识。能对 PROTEL 99 和 WORD 等软件操作,能达到学以致用。对我们学生 来说,理论与实际同样重要,这是我们以后在工作中说明自己能力的一个重要标准。 在本次毕业设计中,我感受到了老师对学生的那种悔人不卷的精神,每天的固定 时间,老师都来给我们指导,使我们少走弯路,顺利完成实习任务,请允许我向你们致 意崇高的敬意,感谢你们,老师! 致致谢谢 在本文的撰写工作中,我们的指导老师章老师,她的确付出了许多,她教学严谨, 严于律己,学识渊博,为我们的撰写工作创造了优良的学习氛围,在她的耐心指导之 下,使得我们不仅接受了新的思想观念,同时也树立了明确的学习目标,懂得了三维 的思考方式,更好的是,掌握了更加通俗易懂的研究方法。 再次感谢我们的指导老师,她在我大学的最后学习阶段毕业设计阶段给自己 的指导,从最初的定题,到资料收集,到写作、修改,到论文定稿,她给了我耐心的指 导和无私的帮助。为了指导我们的毕业论文,她们放弃了自己的休息时间,她们的这 种无私奉献的敬业精神令人钦佩,在此我向她们表示我诚挚的谢意。同时,感谢所有 _ -可编辑修改- 任课老师和所有同学在这 3 年来给自己的指导和帮助,是他们教会了我专业知识,教 会了我如何学习,教会了我如何做人。正是由于他们,我才能在各方面取得显著的进 步,在此向他们表示我由衷的谢意,并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才,桃 李满天下! 参考文献参考文献 (1)陈桂兰,廖任秀,余宏生.电子线路板设计与制作M.北京:人民邮电出版社,2010. (2)周良权,傅恩锡,李世馨.模拟电子技术基础M.北京:高等教育出版社,2009. (3)廖 芳,莫钊,何其贵.电子产品制作工艺与实训M.北京:工业出版社,2010. (4)蔡元宇.电路及磁路M.北京:高等教育出版社,2006. (5)赵同贺.新型开关电源典型电路M.北京:机械工业出版社,2010. (6)霍建龙.实用电子技术M.北京:理工大学出版社,2009. (7)皇家善. 电力电子技术M.北京:机械工业出版社,2010. _ -可编辑修改- 附附录录 附附录录 A 元器件清元器件清单图单图 序号成品名称 产品规格 数量 12M5 210k3 3510k3 422k2 51001 6 电阻 100k1 71uF2 80.47uF2 _ -可编辑修改- 91000 uF1 1022 uF1 11 电容 2200pF1 12CD40111 13CD40751 14 集成 芯片 CD40132 15二极管1n40074 16 稳压二极管 1N41484 17三极管TV90132 18 按钮开关 SW10 19 扬声器 LS1 20 继电器 KA1 元器件清单图 附附录录 B _ -可编辑修改- 附录 B 图:组员对 PCB 板图进行打孔 附附录录 C _ -可编辑修改- 附录 C
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