毕业设计（论文）-基于单片机的电子密码锁的设计与制作.doc

* 本科毕业设计本科毕业设计 题 目 基于单片机的电子密码 锁的设计与制作 姓 名 专 业 电子科学与技术 学 号 指导教师 *电气工程学院电气工程学院 二二一四年五月一四年五月 目 录 中文摘要.I 英文摘要.II 1.绪论.1 1.1 课题设计背景及其意义.1 1.2 红外遥控技术的发展与现状.1 1.3 课题设计目标.2 2.系统方案论证与选择.4 2.1 核心电路设计方案的论证与选择.4 2.2 密码输入方式的选择.4 2.3 红外编码和发射模块.5 2.4 红外解码与接收模块.6 3.系统总体设计与实现.8 3.1 系统总体设计.8 3.2 系统总体原理图.9 4.系统硬件构成.9 4.1 电源输入模块.9 4.2 单片机最小系统模块.10 4.3 LCD 1602 显示模块.10 4.4 AT24C02 数据存储模块.11 4.5 矩阵键盘输入模块.12 4.6 红外遥控键盘输入模块.13 4.7 红外接收与发射模块.14 4.7.1 红外接收模块.14 4.7.2 红外发射模块.15 4.8 报警模块.16 5.系统软件设计与实现.16 5.1 主程序流程图.16 5.2 软件设计原理.17 6.结束语.17 致谢.18 参考文献.19 附录 1 实物图.20 附录 2 原理图.21 附录 3 整体 PCB 图.22 附录 4 源程序.23 附录 5 元器件清单.43 基于单片机的电子密码锁的设计与制作 I 基于单片机的电子密码锁的设计与制作基于单片机的电子密码锁的设计与制作 摘要摘要 微电子技术的发展和工业测量的需求，给系统的开发及深入研究带来了良 好的契机，发展前景广阔。其设备体积小，单电源供电，多种电压输出的特点， 使其模块的设计有其特殊性。通过对硬件结构的分析，总结出了各功能模块的 需求。例如，我们经常要通过按键来实现对电子装置的控制，小到手表手机， 中到电视电脑，大到各种复杂仪器，都需要通过按键来实现各种操作。本次设 计作为深入开展进一步的研究是一个重要环节，将以按键控制显示为主题，以 LCD 1602 液晶显示、4*4 矩阵键盘、一体化红外发射与接收、STC89C52 单片 机及其接口芯片为核心构造一个键盘控制显示系统，并使用 Proteus 软件对所 设计的电路进行仿真，仿真结果是在 LCD 1602 液晶上显示键入的数据。 关键词：单片机；LCD 1602 液晶显示；4*4 矩阵键盘；一体化红外发射与接收 基于单片机的电子密码锁的设计与制作 II THE DESIGN OF MATRIX KEYBOARD AND LCD DISPLAY BASED ON MCU Abstract The development of microelectronics technology and industrial measure requirement bring a good opportunity for development and research system,which makes it a broad prospects. The equipment has the advantages of small size, single power supply and a variety of output voltage leads it has a special module. Through the analysis of the hardware structure, we can summarizes each module needs.For example,we often go through the keys to realize the control of the electronic device. Small to watch mobile phone, to the TV computer, to a variety of complex instruments, all need to realize various operations through the buttons. This design is an important part of step for the further research,using buttons to control the display,include some modules like LCD 1602 liquid crystal display,4*4 matrix keyboard,STC89C52 single-chip microcomputer and other chips.Combine with the Proteus software,the simulation results are displayed on the LCD in 1602 type of data. KEY WORDS: : AT89C52single-chip；LCD1602 liquid crystal display；4*4 matrix keyboard；Integrated infrared emitting and receiving 基于单片机的电子密码锁的设计与制作 1 1 绪论 1.1 课题设计背景及其意义 近些年来，随着改革开放的不断深入，科研教育事业的不断进步，使得电 子行业得到了快速发展，人们的精神生活得到很大满足，许多家庭中也已购置 各种各样昂贵的家电产品、首饰等。然而对于这些价值不菲的东西，给了我们 很大的担忧，除了增强平时的防盗意识外，我们又该如何采取一些手段或运用 科技技术来防止物品被盗呢？就拿我们生活中的一部分，比如门禁，保险柜等 等方面。是的，传统的机械锁靠用钥匙或靠转动数字的方式已不能满足需求， 软硬件结合的有报警功能的电子密码锁解决了我们的需求。技术层面已能解决 一些问题，但是电子密码锁相对昂贵的制造价格，使其在市场上的推广受阻， 人们无法接触到这类产品。假若再设计生产一种价格低廉、安全系数高、稳定 可靠的电子类密码锁，则其推广度必然会提升，在防盗和保证安全领域必然会 发挥更加有效的作用。电子密码锁采用软件硬件相结合的方式进行设计，通过 软件的编程，确定每个按键所代表的功能，键入正确的密码后通过信号的传递 来控制机械动作，从而完成系统预设的功能。 伴随着国民生活水平的不断提高，对科技的要求也越来越高，小到钱包、 保险柜，大到安全门锁以及其他一些安全防范的东西，追求科技先进的同时， 也追求其物美价廉，如何均衡这些既能满足民众要求，使其普遍被人们认可又 物美价廉呢，芯片技术的发展很好的解答了这个问题。随着大规模集成电路技 术的发展与进步，尤其是单片机的问世，结合硬件电路的设计，出现了带微处 理器的智能化电子密码锁，它除了具有电子密码锁的功能外，还可以引入智能 化管理、模拟分析系统等功能，从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性，且 其成本低廉、功耗小、美观上档次、易学易操作等优点，可被人们广泛认可， 欢迎度日益增加。目前这一技术普遍被人们接受的同时，其技术还在不断更新 优化，功能不断强大，可满足不同需求6。 1.2 红外遥控技术的发展与现状 自 1800 年英国天文学家 FW赫歇尔首次发现红外辐射后，世人对红外技 基于单片机的电子密码锁的设计与制作 2 术的研究从没有停止过，也正是他们在这一领域不断的深入研究，才使得红外 技术运用于各行各业，我们的生活也变得多姿多彩！红外元件种类繁多，每一 种还有各个型号的器件，如红外焦平面器件有短波 MCT 焦平面、Insb 红外焦 平面列阵器件、量子阱光导体焦平面列阵，红外探测器件有光电导探测器、光 伏导探测器，红外发射与接收器件 1838T、IR928-6C 等，红外热敏元件有 NTC 热敏电阻、热敏传感器，红外光学系统等等广泛步入了商业化，使其在工业化 工，军事航空航天，通信领域，科技实验，医疗卫生，生活交通与生活学习等 领域普遍运用。到了 60 年代初，发达国家逐渐开始探索，想把遥控技术运用在 人们的生活周围中，但科研实验与技术环境等还没有达到条件，其进度受到了 很大限制。到了 70 年代后，大规模的集成电路产品被推广，具有一定功能的芯 片被开发了出来，此时的遥控技术慢慢的完善，实现了从有线到无线，从振动 到一体化红外线，其无线装置也由电磁波传输信号到红外媒介传输信号，信息 干扰情况得到了良好的解决，传输的信息量也大幅度的增加。随着技术的日益 更新与成熟，多功能遥控器已成为当今时代的主流8。 红外遥控技术是一种非接触且通过特定的电路实现远程自动控制，具有独 立性、远距离穿越障碍、抗电磁干扰、信息传输稳定可靠，功耗低，成本低等 显著优点，其模块简单技术成熟，与计算机结合后，实现微机自动识别和现代 安全管理措施为一体，涉及电子，机械，光学，计算机技术，通讯技术等诸多 新技术，是解决重要部门出入口实现安全防范管理的有效措施。近几年，红外 遥控技术得到了迅猛发展，人们在追求精神生活同时需要物质水平的提高，人 们在红外遥控技术领域的要求的是更加智能化，功能强大化，更加稳定化、小 型化13。目前红外遥控技术的进步，使得一些项目在一些极其恶劣环境下，也 能满足作业，而人们可避免受到伤害。 1.3 课题设计目标 20 世纪 80 年代后，随着电子密码锁专用集成电路的出现，电子密码锁的 体积得到了大幅度到的缩小，稳定性及可靠性能得到了很大的提高，成本方面 也得到了减幅，使其被广大普通人民所接受，推广度日益提高。但在我国电子 密码锁的技术整体水平尚处于国际上 70 年代左右，市场上还是普遍使用传统机 基于单片机的电子密码锁的设计与制作 3 械锁，分析原因不外乎电子密码锁的成本远高于传统机械锁，人们对安全防范 的需求是很高，我国的现代化建设也需要科技革新替代传统锁，如何实现电子 密码锁的成本更低，技术更优，使用更加普遍，老百姓也用得起成为我这次设 计的动力与目的。希望通过我以及以后更多人的不断努力，使电子密码锁在我 国也能得到广泛应用。主要实现功能如下： 1.初始化，LCD 1602 会提醒显示“Welcome to use !” ，此时按下输入键， LCD 1602 会提醒“Control Password” ，要求你输入设定密码； 2.密码通过键盘输入，若密码输入正确，则将锁打开，LCD 1602 会提醒显 示“Data Entry OK” ，通过 RED LED 灯亮以及继电器的动断辨别，此时按下停 驻/关闭，按一下会停止，按两下立即停止； 3.报警、锁定键盘功能，密码输入错误或单次输入密码时间超过 30S 后， LCD 1602 会提醒错误显示“Data Entry Error” ，蜂鸣器报警三声，若连续三次 键入密码错误或输入密码时间超时，蜂鸣器报警并且锁定键盘； 4.红外遥控部分，0-9 数字键：用于数字输入，CH-用来输入：输入密码， CH 键用来确认：用于确认输入完成， |键用来表示停驻/关闭：用于在开锁后 长时间停止上锁，和快速关锁， 键用来表示改密：用于修改密码， 键用来 表示删除：用于在输入数字的时候删除前一位数据，CH+键用来表示退出：退 出当前状态回到初始界； 基于单片机的电子密码锁的设计与制作 4 2 系统方案论证与选择 2.1 核心电路设计方案的论证与选择 方案一：利用单片机为核心的软硬结合电路设计方案 选用单片机芯片作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。单片机具 有功能强大、容易使用、速度快、编程容易等优点。利用单片机内部的随机存 储器（RAM）和只读存储器（ROM）及其引脚资源2，外接液晶显示LCD 1602 实现各部分功能的显示，键盘和红外遥控实现数据的传输与处理功能，密码错 误模块实现数据的处理传输与比对，基本上能实现设计指标； 方案二：利用数字电路为核心的设计方案 采用两个74LS112 JK触发器构成双JK触发器的数字逻辑电路作为密码的检 测电路，执行电路是一块555单稳态电路实现，将密码保存在JK触发器中，然 后与输入密码利用比较器比对，判定两次输入数据是否相同。采用数字电路设 计的方案好处就是设计简单，但控制的准确性和灵活性差14。 综合比较方案一与方案二后，方案一难度较大，但其准确性较高，推广性 潜力较大，方案二准确性与灵活性普遍较差，因此我采用了以STC89C52单片机 为核心的软硬件结合的电路，实现这次电子密码锁的设计方案7。 2.2 密码输入方式的选择 方案一：矩阵键盘输入识别 由各按键组成的矩阵键盘每条行线和列线都对应一条I/O口线，键位设在行 线和列线的交叉点，当一个键按下就会有某一条行线与某一条列线接触，只要 确定接触的是哪两条线，即哪两个I/O口线，就可以确定哪一个键被触动。行线 设计成上拉口线，初始时被置高电位，列线悬空，初始置低。通过不断读行线 口线，或者中断方式触发键位扫描。当发现有键按下，将列线逐一置低，其他 列线置高，读行线口线。当某条列线置低时，某条行线也被拉低，则确定这两 条线的交点处的按钮被按下。每个按键都可通过程序赋予功能，从而完成密码 识别，简单易行的硬件电路使其成本的费用得到降低。 方案二：指纹输入识别 基于单片机的电子密码锁的设计与制作 5 由于人体的身体特征具有不可复制的特点，这给了科研人员一个灵感，如 果能够设计出来，那安保就绝对的安全。其实指纹识别技术主要包含了一下几 个功能：采集指纹图像、识别整体特征、存储数据和对比判定。通过采集指纹 图像设备采集特定指纹的图像，再对原始图像进行初步的处理整合，使之轮廓 清晰，使用软件建立这一区域的坐标，对指纹的轮廓取点建立指纹的特征数据。 一般手指上约具有70个节点，所以在这种情况下会产生大约490个数据。然后我 们通过计算机模糊比较的方法，把采集识别的指纹与特征数据存储的指纹进行 对比，计算它们的相近程度，可能一次会失败，需要再次比较，最终得到两个 指纹的匹配结果，再由系统判定出输入的指纹是否是本人。由于在实际生活中， 人们不可避免的受伤，使得指纹经过一些创伤或手术后改变或者破坏，不是最 稳定可靠的判定身份手段。 综合比较方案一与方案二，还有考虑其成本的费用，成本太高难以被人们 接受，使其难以得到推广，故本设计采用方案一。 2.3 红外编码和发射模块 方案一：专用芯片解决方案。 专用红外编码芯片目前生产厂商较多，如飞利浦、NEC、三洋、日本三菱 公司等，专用红外编码芯片如 SAA3010、M50426AP、PT2262、BL9148、ZD6631等等，其技术成熟，编码多， 电压低，性能好，无需自己编制编码，与接收单片机解码配合也很容易，性能 稳定，一般集载波振荡、编码、发射于一体，具有很强的抗干扰能力，外围电 路简单，使用很方便，而且价格低廉，但其应用灵活性较差，其内部编码出厂 后已经固化，无法修改内部的数据，不适用于经常需要变更数据的场合；专用 芯片几乎都是面向指令型的编码遥控方式，传输效率较低；大多数的专用芯片 的内部编码及技术数据已经被广泛传播。 方案二：微处理器与专用芯片组合解决方案，如图2.1所示。 基于单片机的电子密码锁的设计与制作 6 图2.1 PT2262红外编码发射电路 该方案由微处理器与专用编码芯片PT2262组合完成编码工作，载波产生由 MC4011与38KHZ晶振一起构成，振荡产生38KHZ方波15。PT2262的功能是让 待发射数据以6位为一体的方式并行发出。PT2262把6位并行数据转换成串行数 据，减轻编程负担，使传输速度更快。PT2262的A6/D0A11/D5共6个复用端 口全用作数据口，PT2262自动把微处理器送出的6位数据变成串行数据从Dout 口发出。 该方案可由微处理器任意制定密码位数、编码解码算法和同步信号，大大 提高了数据保密度。其缺点是由于使用了PT2262，增加了硬件成本和电路复杂 性。 方案三：微处理器单独解决方案。电路如图2.2所示： 基于单片机的电子密码锁的设计与制作 7 1K R4 RPot Q2 2N3906 Q1 2N3906 VCC DS3 LED0 PL2TX 2K R3 Res1 2K R7 Res1 图2.2 软件编码发射电路 该方案使用微处理器的I/O口直接产生38KHZ已调波，驱动红外发光二极管， 发射红外数据。38KHZ方波由CPU的定时器产生或由软件编程产生。 红外编码工作由软件完成，因此，红外编码方案可以任意设计，外部只需 配接非常简单的硬件电路，大大降低了了电路的复杂性，有利于降低成本，减 小遥控器的体积。 由于使用软件编码方案，占用了CPU的一定的时间，CPU处 理速度 受到一定的影响，但是，对于遥控器这一类功能比较单一的系统来说， 处理任务比较少，根本影响不了CPU的处理效率，仅仅是增加了软件编程的负 担3。 综合比较方案一、方案二和方案三，方案三既可满足题目要求，电路又非 常简单，硬件成本又很低，仅仅是增加了软件的编程负担，使得红外编码非常 灵活，故本设计采用方案三。 2.4 红外解码与接收模块 方案一：分立元件解决方案，电路如图2.3所示。 图中RD1为红外接收管；R3、R4，VT1构成反相放大器；VT2、R5、C2构 成滤波器，滤掉38KHZ的高频载波；R6、R7、VT3构成整形电路1，电路如图： 基于单片机的电子密码锁的设计与制作 8 图2.3 低电压红外接收电路 将滤波后的波形处理为较好的方波；C1、C3为耦合电容；R2为限流电阻， 当接收到较强的信号是保护VT1。 该方案最大的优点是供电电压比较低，可用两节电池3V电压供电。 但是，由于电路使用分立元件构成，其稳定性和抗干扰能力不高，影响红 外数据传输的准确性。 方案二：集成电路解决方案，电路如图2.4所示。 该方案使用一体化红外接收器，集红外接收和放大于一体，不需任何外接 元件，就能完成从红外接收到输出与TTL电平兼容的所有工作，而体积和普通 的塑封三极管大小一样。 图2.4 1838T接收电路 当红外线发射器发出的信号经空间传送到1838T时，它内部的PIN红外线接 收管将红外线转换为电信号，该信号经选频放大、解调后由1脚输出与TTL电平 兼容的电信号，该信号可以直接送入微处理器进行处理。 1838T的输出波形如图2.5所示。当接收到频带内的红外信号时，1838T接 基于单片机的电子密码锁的设计与制作 9 收器会输出低电平，否则数据高电平，从而“将时断时续”的红外信号解调成 原来的连续方波信号。 图2.5 (a) 已调制红外信号 (b) 1838T输出信号 1838T 的优点是稳定性好，抗干扰能力很强，外围电路非常简洁，成本又不 高，适用于各种红外遥控和红外数据传输，是替代其它红外接收放大器的理想 元件。而且它的工作电压是 2.75.5V，有效传输距离可达 15M,是一款性价比 较高的红外一体化接收头。 综合比较方案一与方案二，方案二采用集成电路的方式比较简单，容易实现 且硬件成本很低，通过软件编程使得红外编码非常灵活，满足本设计的要求， 故采用方案方案二。 3 系统总体设计与实现 3.1 系统总体设计 系统总体设计框图如图 3.1 所示： 图3.1 系统总体设计框图 AT24C02 掉电存储 串口显示电路 矩阵 键盘 控制 STC89C52 单片机 输入错误锁定键盘 延时报警控制电路 指示电路 开锁控制电路 修改密码子程序 退出子程序 红外发射与接收模块 基于单片机的电子密码锁的设计与制作 10 3.2 系统总体原理图 系统总体原理图如图图 3.2 所示。 图3.2 系统总体原理图 4 系统硬件构成 4.1 电源输入模块 密码锁主控制部分电源需要用 5V 直流电源供电，把频率为 50HZ、有效值 为 220V 的单相交流电压转换为幅值稳定的 5V 直流电压。其主要原理是把单相 电经过电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路转换成稳定的直流电压。 由于输入电压为电网电压，一般情况下所需直流电压的数值和电网电压的有效 值相差较大，因而电源变压器的作用显现出来起到降压作用。降压后还是交流 电压，所以需要整流电路把交流电压转换成直流电压。由于经桥式整流电路整 流后的电压含有较大的交流分量，会影响到负载电路的正常工作。需通过低通 滤波电路进行滤波，使输出电压平滑稳定。稳压电路的功能是使输出直流电压 基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得稳定性足够高的直流 压12。本电路使用充电器解决电源稳压问题。内部电路如图 4.1 所示： 基于单片机的电子密码锁的设计与制作 11 图4.1 电源输入模块内部电路图 4.2 单片机最小系统模块 由 STC89C52 复位电路、时钟产生电路组成16，原理图如 4.2 所示： 图4.2 单片机最小系统电路原理图 4.3 LCD 1602 显示模块 为了使得本次设计的显示效果得到提高，本设计的显示部分使用液晶显示 器 LCD 1602 代替普通的数码管来完成4。显示器开始时处于初始化状态，LCD 1602 液晶显示屏上显示“Welcome to use !” ，当需要对密码锁进行开锁时，按 下键盘上的输入按键后利用键盘上的数字键 09 输入密码，每按下一个数字键 基于单片机的电子密码锁的设计与制作 12 后在显示器上显示一个“*” ，输入不超过 6 位就显示多少个“*” 。当密码输入 完成时，按下确认键，如果输入的密码正确的话， LCD 1602 液晶屏显示 “Data Entry OK” ，否则 LCD 1602 液晶显示屏会显示“Data Entry ERROR” ， 通过 LCD 1602 液晶显示屏的显示以及一些外部电路 LED 亮灭显示，继电器的 动断声音提示，使得我们可以清楚的判断出电子密码锁所处的状态 。显示部分 部分引脚接口如下图 4.3 所示： 图4.3 显示电路原理图 4.4 AT24C02 数据存储模块 用 E2PROM 芯片 AT24C02 来存储密码，特性如下： （1）写保护功能当WP为高电平时进入写保护状态 （2）8 脚DIP SOIC 或TSSOP 封装 （3）低功耗CMOS 技术 （4）与400KHZ I2C 总线兼容 （5）2.5V到5.5V工作电压范围 （6）页写缓冲器 （7）自定时擦写周期 （8）1,000 编程/擦除周期 AT24C02 数据存储芯片是一个串行 CMOS 电可擦可编程只读存储器，内部 含有 256*8 位字节，具有 2.55.5 V 的宽工作电压、可以在电脑上或专用设备 上进行大于 10000 次的擦除已有信息，重新编程，具有小于 10 ms 的写入速度、 基于单片机的电子密码锁的设计与制作 13 数据不易丢失、体积小，较强的抗干扰能力等特点9。AT24C02 有一个 16 字节 页写缓冲器。该器件通过 IC 总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。其 管脚功能如下： 1.AT24C02 串行时钟（SCL）输入管脚用于产生器件所有数据发送或接收 的时钟； 2.AT24C02 双向串行数据/地址（SDA）管脚用于器件所有数据的发送或 接收，SDA 是一个开漏输出管脚，可与其它开漏输出或集电极开路输出进行线 或； 3.A0、A1、A2 输入引脚用于单个或多个器件级联时设置器件地址，主 器件和从器件都可以作为发送器或接收器，每个 A0、A1、A2 都有两种电平状 态，既高电平或低电平状态，当这些脚都是地电位时默认值为 0，此时级联数 为 0，单个 AT24C02 进行工作，当这些引脚都是高电位时可以级联 2*2*2 个 AT24C02 器件，这时也是处于最大器件可级联状态； 4.如果 WP 引脚连接到 Vss 或悬空此时只允许器件进行正常的读/写操作， 当 WP 管脚连接到 Vcc（1.86.0V）时，所有的内容此时不能写操作只允许读 操作； 图4.4 密码存储电路原理图 4.5 矩阵键盘输入模块 由于 STC89C52 单片机芯片只有 32 个 I/O 接口5，其他的模块已占用较多 基于单片机的电子密码锁的设计与制作 14 的 I/O 口，很难再安排 16 个 I/O 接口供按键所用，考虑到这次设计按键数量较 多，不适宜用独立式键盘。此时我采用了 4*4 矩阵键盘的输入方法，只占用 8 个 I/O 接口的使用，将按键的排列形式定为矩阵形式，每条水平与垂直线交叉 但不直接连通，再每一行每一列安排 4 个按键进行连接。软件设计进行时，先 把全部的行线置一个高电平，检测列线的电位状态，只要有一列的电平为低电 位，则表示该行有按键按下，既在某一时刻只让一列为低电平，通过坐标定位 到按下的按键，按这一方法依次循环进行扫描。在确定好按键位置后，通过软 件的设计编程赋值，使每个按键有着自己的功能。除了 0-9 十个数字键外，其 余的 6 个键赋予其扩展功能分别为：退出、删除、关闭、输入、确认。单片机 引脚接法按总线如图 4.5 所示： 图4.5 键盘输入原理图 4.6 红外遥控键盘输入模块 模块接口说明 a. VCC 外接 3.3V-5V 电压（可以直接与 5V 单片机和 3.3V 单片机相连） b. GND 外接 GND c. IN 外接单片机 I/O 口，I/O 接口外接 10K 上拉电阻 对红外遥控器进行理论测试距离在 5-8 米左右，但实际应用时取决于你使 用时的周围环境因素以及中间阻挡物(例如隔膜、玻璃、阻碍物或其他材料阻挡)， 接收头采用 1838T，带电源工作指示灯，可接收 38KHZ 频率任何遥控编码的数 据，实物图如图 4.6 所示： 基于单片机的电子密码锁的设计与制作 15 图4.6 红外遥控键盘输入模块 4.7 红外接收与发射模块 4.7.1 红外接收模块 红外信号收发系统的管脚分布如图 4.7 所示,红外接收与发射电路通常被厂 家集成设计在一个元件中既一体化红外接收头。它包含了红外线信号的接收、 整形、放大，在没有其他外接元件时，就能很好的实现信号无论从接收到输出， 与外部电路相匹配的电平，例如在没有接收到红外信号时为高电平，收到红外 信号 时为低电平，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。 1 脚是输出，其电平与 TTL 兼容，2 脚、3 脚分别为接地和电源 红外接收头 1838T 的主要参数如下： 工作电压：4.85.3V 工作电流：0.61.5mA 距离：5-8M 接收频率：38KHZ 角度：35 峰值波长：980nm 静态输出：高电平（接近工作电压） 基于单片机的电子密码锁的设计与制作 16 输出低电平：0.4V 图 4.7 1838T 引脚图 1838T 红外接收模块内部电路包括高速高灵敏度红外监测 PIN 光电二极管， 放大器，限副器，带通滤波器，积分电路，比较器等。当红外监测 PIN 光电二 极管收到红外信号时经放大器和限幅器进行整合，把信号加载到 38KHZ 的负载 波上。后续再通过解调电路与积分电路后进入比较器，比较器通过高低电平的 输出，使得发射端的信号进行还原。为了使得接收端接收的信号没有其他干扰， 红外线接收器借助一种内部金属屏蔽和智能自动增益控制电路，对太阳或其他 光源设备发出的光源信号的干扰作用进行抑制，从而达到这种灵敏度。注意输 出的高低电平和发射端是反相的，这样的目的是为了提高信号接收的灵敏度。 1838T 红外接收头内部电路如图 4.8 所示。 图4.8 1838T红外接收头内部电路 4.7.2 红外发射模块 红外线遥控发射模块一般由一下几个部分组成，如图 4.9 所示： 图4.9 红外线遥控发射电路框图 R D 键盘 编码器 （调制信号） 38KHZ 振荡器 （载波信号） 基于单片机的电子密码锁的设计与制作 17 红外遥控电路被广泛运用在我们生活中的方方面面，其红外线遥控发射模 块大体上集键盘、编码器、振荡器、发光二极管等模块，包含了选通开关、驱 动电路、选频网络、分频电路、振荡电路、微控制器输入接口等等，其编码使 用的是脉宽调制的串行码方式，采用周期为 1.125ms、脉宽为 0.565ms、间隔 0.56ms 的组合表示二进制的“0”；采用周期为 2.25ms、脉宽为 0.565ms、间隔 1.685ms 的组合表示二进制的“1” 。用 38KHZ 的载频“0”和“1”组成的 42 位二进制码，来使电源功耗降低提高发射的效率。再通过红外发射二极管产生 红外线向空间发射。发射部分的主要元件为红外发光二极管，接通电源后不断 将电能转化为不可见光，不断向空间中发射红外线，红外线的辐射范围随距离 变远而降低。通过改变红外发光二极管两个脚上的电压形式，产生不同的信号。 4.8 报警模块 报警部分由喇叭电路组成，当有键按下时，每按一下，喇叭 koi 响一次， 当密码输入错误时，单片机的 P3.4 引脚为低电平，喇叭发出噪鸣声报警11。如 图 4.10 所示： 图4-10 报警电路原理图 5 系统软件设计与实现 5.1 主程序流程图 主程序对模块进行初始化而后调用密码输入子程序、密码比较子程序、判 断密码是否输入正确，显示子程序，报警子程序。主程序流程图如图 5.1 所 否 是 报警子程序 显示子程序 结束 开始 密码输入子程序 密码比较子程序 判断两次密码是否正确 基于单片机的电子密码锁的设计与制作 18 示。 图5.1 系统主程序流程图 5.2 软件设计原理 通过参阅各方面的资料，确定我的这次设计硬件电路主要模块有：电 源输入模块，单片机最小系统模块，LCD 1602 显示模块，AT24C02 数据存储 模块，矩阵键盘输入模块，红外遥控键盘输入模块，报警模块等模块组成，软 件模块主要有：主程序、E2PROM 读写程序、初始化子程序、LCD 1602 显示 子程序、矩阵键盘扫描子程序、数据掉电存储子程序，关闭程序、 、密码修改子 程序、延时子程序10等。矩阵键盘输入模块与红外遥控键盘输入模块都可以实 现键入密码和其他系统功能。由用户通过连接单片机的矩阵键盘输入密码后， 经过单片机的处理对比用户输入的密码与保存的密码，如果对比的结果相同， 则单片机会改变部分引脚的电位，从而使得发光二极管点亮，且继电器的常开 触点控制电磁铁吸合线圈，以显示密码输入正确，否则密码输入错误，需进行 再次输入（不大于 2 次）密码，且每次输入密码不大于 30S，总体错误超过 3 次后蜂鸣器报警并锁死键盘，需进行初始化才可以消除报警。 基于单片机的电子密码锁的设计与制作 19 6 结论 红外遥控电子密码锁易于操作，给用户提供了友好的操作界面，用户不需 学习特殊，就能够简单、快捷地完成操作，做到即买即用。此产品还有其它优 点比如功耗低，价格适中，体积小，可以进行近距离遥控，低耗很低，可以使 用普通碱性电池供电，使用十分方便。经过进一步软件程序革新，硬件电路集 成优化设计，功能不断地增强的同时成本可以进一步降低，从而使红外遥控电 子密码锁能够走进千家万户，获得更广阔的销售市场。 在这次的毕业设计过程中，巩固了我在大学4年内学过的知识，尤其是单片 机和模拟电子方面的知识，同时通过这次毕业设计提高了我的单片机编程的能 力，尤其是获得的软件调试经验，加强了我的实际编程能力，同时也让自己更 加的知道了自己知识领域里的不足和缺陷。由于时间太仓促，理论方面也相应 的存在不足，加上条件有限，仍存在着一些设计方面的问题，一些想到的功能 还不能够展示出来。现在的我虽然已走到工作岗位，但这并不代表我学习的终 止，希望在以后的生活中多找机会提高自己的技能，发挥自己的专长，进一步 巩固自己在各方面的知识。 随着高新技术的不断发展，电子产品的微型化和小型化已得到了实现。而 作为单片机领域的各种新技术，新方法，新产品的发展趋势和显著标志智能 话是今后发展的动向之一。对单片机矩阵键盘与液晶显示模块的设计，使我们 了解到了这一技术的革新，通过对这一技术的不断深入研究，我们可熟练的掌 握运用于其他领域，如电子密码锁的设计，室内温湿度的调节与控制，门禁系 统的设计等等领域。科技进步和经济的发展是当今时代的主题，人们生活水平 的提高必然对电子类产品的要求增加，任何一个小系统的设计都是对于大系统 设计的一个铺垫，技术革新，采用硬件软化，软件集成，虚拟显示和软测量等 人工智能的方法和技术，我坚信我们的生活会变得更美好！ 基于单片机的电子密码锁的设计与制作 20 致谢 光阴荏苒，四年的大学生活已经临近尾声，每每回忆起这段生活中的人和 事，我都情不自禁的想要对您们说一声“谢谢您们，您们辛苦了！” 。是啊，我 要感谢我的父母，是他们的任劳任怨，他们的勤劳善良，他们的那份对我百分 之百的信任以及对生活积极向上的态度使我终生受益，让我无论走在那里都感 觉有支持相随！您们是伟大的，我挚爱的亲人！ 感谢我的指导老师，是他帮助我无论是在论文的选题、课题的研究、论文 的撰写与论文的修改，都有李老师耐心的指导和热情的帮助，我感谢您，您那 如春雨般渊博的知识，点点滴滴滋润着我，激励着我向更远走去；您那对治学 的严谨，一丝不苟给我树立了一个好的榜样，让我时刻反省，超越自己！您那 对我时刻的关怀，温暖着我的心！谢谢您，有您耐心的指导使我的毕业设计才 顺利完成。 感谢学校，感谢学校图书馆和自修室为我提供了良好的学习环境，为我不 断吸取新知识提供了很好的源泉。感谢在学校的四年中各位老师的谆谆教导， 现在的我已在工作岗位，深知老师们在课堂上教导的知识有多么的重要！时光 不返，我只有带着自己学到的一点知识，在自己的工作中积累经验，为社会做 出我的贡献，实现自己的价值，从而回馈学校，回馈父母！ 基于单片机的电子密码锁的设计与制作 21 参考文献 1 童诗白.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，2006.235-278. 2 沈德金，陈粤初.单片机接口电路与应用程序设计M.北京：航空航天大学出版 社，1990. 25-28. 3 张毅刚.单片机原理及应用.北京：高等教育出版社，2003.65-78. 4 沙占友, 王彦朋,孟志永.单片机外围电路设计M.北京：电子工业出版社, 2003. 64-69. 5 何立民.单片机应用技术选编M.北京：航空航天大学出版社，1999.77-84. 6 Mahir K.Mahmood. Improving the setting time of a digital phase-lock frequency synthesizer. 17-24. 7 吴国经等.单片机应用技术M.北京：中国电力出版社，2004.1.55-57. 8 陈进超. 新型无线遥控电子密码锁系统的研究，华中师范大学,发表时间：2006 年. 77-84.