红外无线遥控密码锁的设计与实现项目设计方案.doc

1 红外无线遥控密码锁的设计红外无线遥控密码锁的设计 与实现项目设计方案与实现项目设计方案 第一章第一章 绪论绪论 1 1 课题背景及目的课题背景及目的 在日常生活和工作中 住房和部门安全 单位文件 财务报表以及一些个人信息的保 存通常以锁的方法来解决 如果使用传统的机械钥匙开锁 人们常常需要携带多个钥匙 使用很不方便 一旦钥匙丢失安全则无法得到保证 随着科学技术的不断发展 人们在日 常生活对保险器件要求也日益增高 为满足人们的使用锁的需求 使其安全性更好 使用 密码取代机械锁应运而生 密码锁不仅安全性能高成本低 而且具有低能耗 操作方便 等优点 在安全技术防范领域 电子密码锁防盗警报系统功能逐渐取代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和性能得到了较 大的改善 1 随着大规模集成电路技术的发展 特别是单片机的出现与微处理器的智能组 合 它除了具有电子密码锁的功能 还介绍了智能化管理 专家分析系统等功能 使密码锁 的高安全性 可靠性得到越来越广泛的应用 随着科学技术的发展人们对安全愈加重视 许多电子智能锁 指纹识别 IC 卡识别 已经在世界范围内相继问世 但产品的特点是针对特定指纹和有效卡 只能适用于需保密 要求的箱 柜 门等 加之指纹识别器如果使用在公共场所很容易机械损伤 IC 卡很容易 丢失 损坏等等 再加上其高成本 在某种程度上 限制了这类产品的普及和推广 鉴于目 前的技术水平和市场接受程度 电子密码锁是这类电子防盗产品的主流 然而或大或小的缺陷广泛存在于各种接触式密码锁系统 例如 接触密码锁系统成本 低 体积小 卡本身没有电力供应 使用不便 且有触点磨损 相比之下 红外遥控密码锁 系统和接触密码锁系统成本相当 并可以进行短程控制 使用非常方便 并结合电脑数据 库 可以形成一个酒店房间门禁管理系统 因为红外遥控器有很多优势 如红外发射装置 采用红外发光二极管遥控发射 容易小型化 降低成本 采用数字信号编码和二次调制方 式 不仅可以实现多路信息的控制 增加遥控功能 提高信号传输的抗干扰能力 减少误操 作 而且能够减小功耗 红外线不会泄露或产生信号串扰 反应速度快 传输效率高 工作 稳定可靠 即使工业设备在高压 辐射 毒气 粉尘等等恶劣环境下 红外线遥控也不仅 完全可靠而且能有效地隔离电气干扰 红外遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手 段 在此次设计中 红外遥控密码锁与电脑 数据库的结合 可以实现及时 强有力的管 理 使红外遥控系统更加完善 2 1 21 2 国内外研究现状国内外研究现状 目前大部分的锁用于机械 最大的缺点是使用简单的工具就能很容易地打开了锁 针 对这种情况 我们设计了一种红外遥控密码锁 和通用设备采用专用的遥控编码及解码集 成电路 制作简单 方便 但由于特殊功能的限制 只适用于专用电子产品 其应用范围是 有限的 而设计的红外遥控密码锁系统可以提高访问控制系统的可靠性和安全性 以适应 市场需求 该系统具有普通电子密码锁的功能同时 也增加了远程控制的功能 该系统具 有较强的实际应用价值 所涉及的技术包括 红外载波数据传输技术和单片机控制技术 红 外遥控系统的编码和解码技术 电路设计和演示板生产技术等 1 31 3 课题研究方法及设计依据课题研究方法及设计依据 本设计是基于单片机为核心的红外遥控密码锁 安全可靠 成本低 方便连接 使用方 便 结构紧凑 红外遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段 使用红外线作为数据 通信的传输介质是一种方便 经济实用的选择 已广泛应用于小型移动设备 常用的红外 通信为 850 900 纳米内的波长范围 本设计中的红外遥控密码锁基于红外为载体 数 字信号经调制到载波上 再通过红外发光二极管发射 后由接收端恢复原始信号 3 第二章第二章 红外遥控系统红外遥控系统 2 12 1 红外遥控系统结构红外遥控系统结构 红外遥控系统主要分为两个部分 发射和接收 发送端将由单片机发送的二进制编码 调制成一系列脉冲信号 再由红外发射管发送信号 红外接收利用一体化红外接收头接收 红外信号 性能十分可靠 并放大信号 再加以检波整形 获取 TTL 编码信号 最后传给单 片机解码和其它相关操作 如图 2 1 所示 图 2 1 红外遥控示意图 从上述得知 遥控系统分为编码 调制 解调和解码四大部分 其中红外发射使用 红外发光二极管 调制部分采用 38KHZ 的脉冲调制 矩阵键盘使用 4 4 矩阵 接收部分 通过红外接收头来接收 放大和解调接收到的红外波 该接收头内部电路包括红外监测 二极管 AT24C02 放大器 限副器 带通滤波器 积分电路 比较器等 然后通过内含 256 8 位存储空间的 AT24C02 进行密码存储 框图如图 2 2 调制 解调 接收 解调 图 2 2 红外发射框图 2 2 红外信号的二进制处理红外信号的二进制处理 2 2 1 编码编码 远程控制信息的代码是由 STC89C52 单片机定时器 T1 来调制为红外载波信号 频率为 38 KHZ 关键在于编码 编码使用远程控制的脉冲数字编码方案 不同的脉冲数代表不同的 操作码信息 至少 2 脉冲 其他信息编码脉冲数依次递增 为使接收尽可能可靠 第一个代 码宽度 3 ms 余下的代码宽 1 ms 代码间距是 1ms 远程控制代码数据间隔大于 10ms 遥 单片机 一体化红外 接收头 红外发射电路单片机 4 控器上的每个键均有特定的键号 单片机通过检查所按键的键值控制脉冲数量 38 KHZ 的 频率 周期大约是 26us 首位代码应该是 115 脉冲周期 余下的 38 脉冲周期 最后一帧最少需 要 385 个脉冲周期 图 2 3 遥控编码图 2 2 22 2 2 调制调制 红外信号的调制包括脉冲宽度调制 PWM 脉冲位置调制 PPM 等方法 此次设 计采用脉宽调制 利用单片机完成二进制的调制 它讲编码后的二进制信号调制成频率 为 38khz 的间断脉冲序列 红外发射二极管就是利用这些脉冲序列来发送信号 如图 2 4 A 是二进制信号经编码后的波形 B 中的脉冲序列频率为 38khz 周期约为 26us C 是脉冲序列调制后将用于发送的信号 图 2 4 中 待发的二进制数据为 1012 图 2 4 调制图 5 2 2 32 2 3 解调解调 设计中利用一体化红外接收头完成二进制信号的解调 它将接收到的信号 图 2 5 中的波形 D 也是图 2 4 中的波形 C 进行内处理然后解调复原 输出图 2 5 中的波形 E 正好是图 2 4 中 A 的取反 接收头的解调指的是 在输入脉冲串时对应低电平 反之 对应高电平 二进制的解码由单片机来完成 它把红外接收头送来的二进制编码波形通 过解码 还原成发送端发送的数据 如图 2 5 把波形 E 解码还原成数据信息 101 图 2 5 解调图 2 2 42 2 4 解码解码 接收信号解码是基于红外接收机解码输出脉冲帧的格式 它使用累加器分别对符合条 件的负面跳脉冲计数 当红外接收器输出脉冲帧数据 第一个低水平的代码将会中断程序 实时接收数据帧 当收到数据帧 根据帧格式将检测首位 起始 码的码宽 如果第一个低电 平脉冲宽度小于 2 毫秒 将作为一个错误代码处理 当高水平的脉冲的间隔超过 3 ms 停止 接收 然后通过累加器 A 记录的脉冲数来执行对应操作 6 第三章第三章 系统设计方案系统设计方案 3 1 系统的概述系统的概述 红外遥控发射机部分主要包括 STC89C52 单片机 红外发射二极管 矩形键盘 数码显 示管 复位电路等 主机接收部分主要由 STC89C52 单片机 红外接收头 矩形键盘 LCD1602 警报 电磁锁和复位电路等组成 红外遥控组合应用研究主要应用红外编码及解 码技术 并通过微机完成密码设置 修改 开关锁 假警报等功能 3 2 系统的整体设计系统的整体设计 此设计主要以 STC89C52 单片机为核心 硬件电路设计主要由 4 4 矩阵键盘 报警 数码管 发光二极管 LED 电磁继电器 以及红外发送和接收等 软件设计分为两大部 分 包括主机接收部分和远程控制传输 信号通过定时器 T1 P3 5 口使用定时器中断发射 定时器中断服务程序功能是 红外管发射信号需要通过 38KHZ 高频率调制载波发射 在定 时器定时作用下 高频脉冲发射时 通过 P3 5 口的定时操作 使信号频率调制到 38 KHZ 再通 过红外发射二极管发射 发射距离是 8 到 10 米 借助 P3 2 外部中断 0 口下降沿来触发中 断接收信号 高低电平由 P3 3 口判断 外部中断 0 的中断服务程序的作用 接收首位码的 下降沿触发中断以后验证其码宽 假如第一个低电平码的脉冲宽度低于 2 毫米 则视为 错误帧处理它 结束接受的标志是间隔位又高于 3ms 的高电平脉宽 并依据累加器 A 记 录的脉冲数执行对应操作 3 2 1 遥控发射遥控发射 远程发射器主要包括 STC89C52 单片机 红外发射二极管 矩形键盘 数码显示管 复位电路等 这部分的结构如图 3 1 所示 图 3 1 发射框图 STC89C52 红外发射器 显 示 复 位 晶 振 矩形键盘 7 3 2 2 控制接收控制接收 主机接收部分主要吧包括 STC89C52 单片机 红外接收头 矩形键盘 LCD12864 警报器 电磁锁和复位电路等部分结构 如图 3 2 所示 图 3 2 接受框图 3 2 3 密码锁的主要功能密码锁的主要功能 a 设置密码 设置在设计一组初始密码 0123456789 用户可以通过键盘按键的矩形修 改更改原始密码 b 密码输入有效的显示 为了确保是否有按键 防止密码泄露 并建立一个显示电路 即 在显示当用户按下数字信号 但是 当输入一个数码管显示 字符 这样既巧妙地提醒用户 又可以保护用户的密码 c 错误警报 当用户输入密码错误三次 系统将报警一段时间 此时必须按下复位才能停 止报警 d 遥控解锁 这是本论文的最大特点设计 用户无须一定要在主机上输入 通过密码开 锁 只要遥控器在手且输入正确的密码 就会自动开锁 如果错误的密码 也会报警 报警器 电磁锁 存储器 STC89C52 晶 振 复 位 红外接收器 键盘 显 示 8 第四章第四章 系统硬件电路设计系统硬件电路设计 4 1 元件介绍元件介绍 4 1 1 STC89C52 的介绍的介绍 设计是 STC89C52 单片机为核心 STC89C52 单片机是 ATMEL 公司 AT89 系列单片机 STC89C52 是一个低功耗 高性能 CMOS8 位单片机 其片内包含 4 k 字节的 ISP 在系统 可编程 可重复擦写 1000 次的 FLASH 只读程序存储器 设备采用 ATMEL 公司的高密度非 易失性存储技术 兼容标准 MCS 51 芯片集成了一般 8 位 CPU 和 ISP 闪存单元 许多嵌入 式控制应用程序的强大微机 STC89C52 提供具有成本效益的解决方案 STC89C52 具有以下特点 40 引脚 4 k 字节片内程序存储器 128 字节的数据随机存取 存储器 RAM 32 个外部双向输入 输出 I O 五个中断嵌套中断优先级 2 层中断嵌套中断 两个 16 位可编程定时计数器 两个全双工串行通信口看门狗 WDT 电路 片内时钟振荡器 它的性能与主要特点如下 1 与 MCS 51 微控制器产品系列兼容 2 片内有 4KB 可在线重复编程的快闪擦写存储器 Flash Memory 3 全静态工作 0Hz 24KHz 4 三级程序存储器保密锁定 5 存储器可循环写入 擦除 1000 次 6 宽工作电压范围 Vcc 可为 2 7V 6V 7 128 8 位内部 RAM 8 32 条可编程 I O 线 9 两个 16 位定时器 计数器 10 中断结构具有 5 个中断源和 2 个优先级 11 可编程全双工串行通道 12 空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容 3 图 4 1 为 STC89C52 引脚图 表格 4 1 为本设计中发射模块中单片机端口资源分配 在发射程序中如下定义端口 sbit led P3 7 sbit out P3 6 define port P2 单片机 STC89C52 未分配到的端口皆悬空 9 表 4 1 P3 口的第二功能 键盘行 H1 P2 0 键盘列 L4 P2 7 键盘行 H2 P2 1XTAL1 晶振电路 键盘行 H3 P2 2XTAL2 晶振电路 键盘行 H4 P2 3RST 复位电路 键盘列 L1 P2 4EAVCC 键盘列 L2 P2 5 红外端口 P3 6 键盘列 L3 P2 6 红外指示灯 P3 7 图 4 1 STC89C52 引脚排列图 RST 复位输入 当振荡器重置设备 保持 RST 脚两个高水平的机器周期 ALE PROG 当访问外部存储器 地址锁存器允许的状态输出电平是用来锁地址字节 在正常时期 ALE 结束周期在恒频输出脉冲信号 频率为 1 6 的振荡频率 因此可以用来对付 外部输出脉冲或时间的目的 PSEN 外部程序存储器控制信号 由外部程序存储器是指 每台机器周期 PSEN 有效 10 两倍 但在访问外部数据存储器 这两个有效的 PSEN 信号不会出现 EA VPP 当 EA 保持低电平时 外部程序内存这一时期 0000 h FFFFH 无论是否有 内部程序内存 注意加密方法 1 EA 内部锁定复位 当结束 EA 保持高电平时 这个内部程 序内存 在 FLASH 编程 这个销用于应用 12 v 电源 VPP 编程 XTAL1 输入反相振荡放大器和内部时钟电路的输入 XTAL2 从反向振荡器的输出 STC89C52 单片机也具有芯片可擦除性 三个锁定位的电擦除和整个 PROM 阵列可 通过结合正确的控制信号 并保证 ALE 管脚在 10ms 低电平下完成 数组芯片刷操作时 代码阵列写 1 且任意非空存储字节被重复编程之前 此操作必须执行 此外 STC89C52 配备稳态逻辑 可以低至零频率条件下的静态逻辑 软件支持两种可选 的断电模式 在空闲模式下 CPU 停止工作 但 RAM 定时器 计数器 一个串行端口和中断 系统仍在工作 在掉电模式下 保存 RAM 内容并冻结振荡器 禁止使用的其他芯片功能 直 到一个硬件复位 4 1 2 AT24C02 AT24C02 是一个 2K 位串行 CMOS E2PROM 内部含有 256 个 8 位字节 CATALYST 公司的先进 CMOS 技术实质上减少了器件的功耗 AT24C02 有一个 16 字节 页写缓冲器 该器件通过 IIC 总线接口进行操作 有一个专门的写保护功能 其引脚图如 下图 3 2 图 4 2 MAX7221 芯片引脚图 AT24C02 支持 I2C 总线数据传送协议 I2C 总线协议规定任何将数据传送到总线的 器件作为发送器 任何从总线接收数据的器件为接收器 数据传送是由产生串行时钟和 所有起始停止信号的主器件控制的 主器件和从器件都可以作为发送器或接收器 但由 主器件控制传送数据 发送或接收 的模式 由于 A0 A1 和 A2 可以组成 000 111 八种 情况 即通过器件地址输入端 A0 A1 和 A2 可以实现将最多 8 个 AT24C02 器件连接到 总线上 通过进行不同的配置进行选择器件 其引脚功能如表 3 2 表 4 2 MAX7221 引脚分布图 A0 A1 A2器件地址选择 SDA 串行数据 地址 SCL 串行时钟 WP 写保护 VCC 1 8V 6 0V 工作电压 VSS 地 11 4 2 电源电路电源电路 电源则选用三节干电池串联供电 4 3 复位电路复位电路 单片机复位时 RESET 需要保持高电平状态为 96 个晶振周期的 八个机器周期 复 位之后堆栈指针 SP 需要指向 07H P0 P3 口高电平 其他功能寄存器以及程序计数器 PC 置零 一旦 RESET 处于高电平 STC89C52 则循环复位 当 RESET 从高电平变成低 电平后 单片机开始执行程序的程序存储器地址为 0 需要注意的是单片机复位时不会改 变内部 RAM 的状态 亦包含工作寄存器 R0 R74 常见复位电路包括上电复位电路和上电按钮复位电路 在本设计中均采用上电按 钮复位电路 如图 4 3 所示 图 4 3 复位电路 4 4 晶振电路晶振电路 晶振电路一般指的是单片机的时钟电路 一般情况下由内部时钟电路和外部时钟电 路构成该电路 前者通常更常用 单片机芯片内部有一个振荡器 由反相放大器构成 XTAL1 XTAL2 分别为反相放大器的输入端和输出端 将外部石英晶体和 XTAL1 XTAL2 以及两个电容相互连接则可形成一个石英晶体振荡器 如图 4 3 所示 时钟发生器可以将晶体振荡器的频率 2 分频 其本身是一个 2 分频电路 然后供给片内 的其它电路 通常电容 C1 和 C2 的作用是稳定振荡频率并快速起振 其电路如图 4 4 所 示 12 图 4 4 晶振电路 4 5 发射和接收电路发射和接收电路 4 5 1 发射装置发射装置 红外发光二级管是最常用的发射器 电视机 空调 影碟机等各种红外遥控系统中 红外发光二极管是必不可少的器件 它能够用红外发光二极管发射红外线使脉冲编码遥 控指令来控制受控装置 受控装置中一般都应用有红外光 电转换元件 这个元件可以 使光信号转换成相应的电信号 一般选用的红外发光二极管例如 SE303 PH303 外形 相似于发光二极管 LED 发出红外光 近红外线约 0 93 m5 管压降约 1 4V 工作电 流一般小于 20mA 为了适应不同的工作电压 回路中常串有限流电阻 发射红外线去控 制相应的受控装置时 其控制的距离与发射功率成正比 为了增加红外线的控制距离 红外发光二极管工作于脉冲状态 因为脉动光 调制光 的有效传送距离与脉冲的峰值电流 成正比 只需尽量提高峰值电流 就能增加红外光的发射距离 6 提高峰值电流的方法 是减 小脉冲占空比 即压缩脉冲的宽度 减小脉冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射 距离大大增加 要使红外发光二极管产生调制光只需在驱动管上加上一定频率的脉冲电 压 红外发射电路如图 4 5 所示 图 4 5 红外发射电路 13 4 5 2 接收装置接收装置 常用的红外接收装置有如红外接收二极管 光电三极管等 实用中已有红外发射和接 收配对的二级管 在本设计中采用红外一体化接收头 HS0038 它有如下优点 一体化的红 外接收装置将遥控信号的接收 放大 检波 整形集于一身 并且输出可以让单片机识 别的 TTL 信号 这样大大简化了接收电路的复杂程度和电路的设计工作 方便使用 接收 头连接图及红外接收电路图如图 4 6 和图 4 7 所示 HS0038 黑色环氧树脂封装 不受日光 荧光灯等光源干扰 内附磁屏蔽功耗低灵敏度 高 在用小功率发射管发射信号情况下 其接收距离可达 35 m 它能与 TTL COMS 电路 兼容 HS0038 为直立侧面收光型 它接收红外信号频率 38KHZ 周期约 26 s 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 分别是地 5 V 电源 解调信号输出端 其具体参数如表 4 3 所示 7 图 4 6 红外接收图 图 4 7 红外接收头 表 4 3 HS3008 参数表 极限参数 电源电压 VCC v 5 0工作温度 TOPR 25 85 功 耗PD mw 35储存温度 TSTG 40 125 14 光电参数 T 25 VCC 5V f0 38KHZ 参参 数数符号符号测试条件测试条件 MinMinTypeTypeMaxMax 单单 位位 工作电压 Vcc 2 7 5 5 V 接收距离 LL5IR5 IF 300mA 测试信号 10 17 M 载波频率 f0 38k HZ 接收角度 1 2 距离衰减 1 2 45 Deg BMP 宽度 fBW 3Db Bandwidth 2 3 3 5kHz 静态电流 ICC 无信号输入时 0 8 1 5 mA 低电平输出 VOL Vin 0V Vcc 5V 0 2 0 4 V 高电平输出 VOHVcc 5V 4 5 Vcc V TPWL Vin 500 Vp p 500 600 700 S 输出脉冲 宽 度 TPWH Vin 50mVp p 500 600 700 S 4 6 4 4 键盘键盘 在单片机运用系统中 经常使用简单的键盘和 BCD 拨码盘作为系统的输入 键盘由一 组常开的按键组成 可以通过键盘输入数据或命令 每个按键都被赋予一个代码 称为键码 键码分为编码键盘和非编码键盘 编码键盘是通过一个编码电路识别闭合键的键码 而非 编码键盘是通过软件来识别键盘的 由于机械触点一般都会有弹性作用 在断开与闭合的 瞬间触点的电接触状态不稳定 会形成电压信号的抖动现象 此现象持续时间通常为 5 10ms 一般会采取去抖动措施 矩阵键盘按键较多时会站用较多的 I O 口 如图 4 8 所示 15 图 4 8 矩阵键盘图 矩阵键盘及其接口 行列式键盘又叫矩阵键盘 是将 I O 线的一部分作为行线 另一部分作为列线 按 键设置在行线和列线的交叉点上 它是通过检测键盘有无闭合以及查找闭合键的键号 一般采用扫描法 在这里设计的 4 4 的矩阵键盘 1 先向所有的行线输出 0 列线输出 1 然后检测各列线的按键状态 由相应的列 线读入累加器 A 中 有键按下时 对应的列线输入 0 无键按下时所有的列线输入为 1 2 若有键闭合 依次从行线上逐列输出 0 然后依次检测各列线的状态 若为 1 说明闭合键不在该列 若有的为 0 则说明闭合键在该列与行线的交点上 由于每个按键 所有的行号与列号不相同 所以每个按键按行号加列号的值赋予了一个键号 4 7 数码管显示及驱动电路数码管显示及驱动电路 单片机运用系统中 使用的显示器主要有 LED 发光二级管显示器和 LCD 液晶显示器 无论哪种显示器都配置灵活 成本低廉 且方便与单片机接口 LED 显示器是由发光二 级管显示字段的显示器件组成 分为共阴极与共阳极两种 如图 4 9 所示 其中 7 只发光 二级管 a g7 段 构成字符 8 另外还有一只小数点发光二级管 dp 当某个发光二级管的 阳极为高电平时 发光二级管点亮 当人为控制某几段发光二级管点亮就能显示某个数 码或字符 LED 显示器有静态显示与动态显示两种方式 LED 显示器的字码段 7 段码 16 图 4 9 LED 显示器 MAX7221 与单片机连接采用三线串行接口 应用电路如图 4 9 所示 对于 MAX7221 串行数据是以 16 位数据包的形式从 Din 脚串行输入 在 CLK 的每一个上升沿一位一位 地送入芯片内部 16 位移位寄存器 而不管 Dout 脚的状态如何 Load 脚必须在第 16 个 CLK 上升沿出现的同时或之后 但在下一个 CLK 上升沿之前变为高电平 否则移入的数据 将丢失 8 操作者只需编程发送16 位数据包 就能简单地操作LED 的位选以及段选 设置和改变 MAX7221 的工作模式 表4 4为16位数据包的数据格式 表4 4 16位数据包的数据格式 其中 D7 D0是8 位数据位 D7 最高位 D0 为最底位 D11 D8是4 位地址位 D15 D12是无关位 通常全取1 MAX7221 通过D11 D84 位地址位译码 可寻址14 个内部寄存器 分别是8 个LED 显示位寄存器 5 个控制寄存器和1 个空操作寄存器 LED 显示寄存器由内部8 8 静态 RAM构成 操作者可直接对位寄存器进行个别寻址 以刷新和保持数据 只要V 超过 2V 一般为 5V 控制寄存器包括 译码模式 显示亮度调节 扫描限制 选择扫描位数 关断和显示测试寄存器 MAX7221的驱动程序首先必须对5 个控制寄存器初始设置即初 始化 各控制寄存器设置含义如下 译码模式选择寄存器 地址 F9H MAX7221 有两种译码方式 B 译码方式和不译码 方式 当选择不译码时 8 个数据为分别一一对应7 个段和小数点位 B 译码方式是BCD 译码 直接送数据就可以显示 实际应用中可以按位设置选择B 译码或是不译码方式9 扫 描限制寄存器 地址 FBH 用于设置显示的LED 个数 1 8 比如当设置为0 xX4 时 LED 0 5 显示 亮度调节寄存器 地址 FAH 共有16 级选择 用于LED 显示亮度的强弱设置 关断模式寄存器 地址 FCH 有两种模式选择 一种是关断状态模式 D0 0 一种是正常操 作状态 D0 1 通常选择正常操作状态 显示测试寄存器 地址 FFH 有两种选择用于设 置LED 是测试状态还是正常操作状态 当在测试状态时 D0 1 各位全应亮 一般选择正常 操作状态 D0 0 10 扫描界限存储器 扫描界限存储器用于设置显示的LED个数 1 8 比如当设置为0 xX3时 则LED0 4显示 它们将以800HZ的扫描速度进行多路 扫描显示 如果数据少的话 扫描速度为8 fosc N N是指需要扫描数字的个数 扫描数 据的个数影响显示亮度 所以不能将扫描寄存器设置为空扫描 D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0 地址USB 数据 LSB 17 图4 10显示及驱动电路 4 8 发光二级管发光二级管 LED 4 8 1 LED 简介简介 发光二极管简称 LED 它是由磷 P 镓 Ga 和砷 AS 的化合物制成 其核心为 PN 结 当电子与空穴复合时可以辐射出可见光 因此能够用来制作发光二极管 作为指示灯用 在电路及仪器中 或者组成数字 文字显示 作为半导体二极管的一种 它能够将电能 转化成光能 当红外二极管在正向导通时就会发出红外光 常简写为 LED 与普通二极 管相同 发光二极管是由一个 PN 结组成 也具备单向导电性 4 8 2 LED 特性特性 1 发光二极管的反向击穿电压约 5 伏 主要特性是正向导通 反向截止 击穿特性 它的正向伏安特性曲线很陡 使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流 以防止 击穿 2 发光二极管 LED 的主要参数 a 最大正向电流 Ifm 允许加的最大正向直流电流 超过此值 LED 损坏 b 正向工作电流 IF 指 LED 正常发光时的正向电流值 c 正向工作电压 VF 在给定的正向电流下测得的工作电压 d 最大反向电压 VRm 允许加的最大反向电压超过此值 LED 可能被击损 e 伏安特性 LED 的电压与电流的关系可用图 4 11 表示 18 图 4 11 LED 伏安特性图 4 9 电磁继电器电磁继电器 在开锁部分采用电磁继电器 通过单片机来控制其线圈的通断电 来达到操控控制 系统 又成输入回路 和被控制系统 又称输出回路 的目的 通常应用于自动控制电 路中 事实上即是以较小电流来控制较大电流的一种 自动开关 故在电路中起着自 动调节 安全保护 转换电路等作用 一般用符号 J 表示 4 9 14 9 1 电磁继电器的工作原理和特性电磁继电器的工作原理和特性 电磁式继电器一般由铁芯 线圈 衔铁 触点簧片等组成的 只要在线圈两端加上 一定的电压 线圈中就会流过一定的电流 从而产生电磁效应 衔铁就会在电磁力吸引的作 用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯 从而带动衔铁的动触点与静触点 常开触点 吸合 当 线圈断电后 电磁的吸力也随之消失 衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置 使动触 点与原来的静触点 常闭触点 吸合 这样吸合 释放 从而达到了在电路中的导通 切 断的目的 11 驱动电路如图 4 12 所示 19 图 4 12 电磁继电器驱动电路图 4 9 2 电磁式继电器的主要参数电磁式继电器的主要参数 1 额定工作电压 是指继电器正常工作时线圈所需要的电压 根据继电器的型号 不同 可以是交流电压 也可以是直流电压 在这采用直流电压 5V 的工作电压来驱动 2 直流电阻 是指继电器中线圈的直流电阻 3 吸合电流 是指继电器能够产生吸合动作的最小电流 在正常使用时 给定的电 流必须略大于吸合电流 这样继电器才能稳定地工作 4 10 报警电路报警电路 在报警部分使用扬声器 从单片机发出的引脚 P2 3 控制信号 经一个三极管放大后 再驱动扬声器 使整个系统产生报警 报警电路如图 4 13 所示 20 图 4 13 报警电路图 4 11 密码存储电路密码存储电路 系统密码的存储单元为 EPROM 具有掉电保护数据的功能 本系统选用 ST24W02 芯片 它的容量为 2KB 是可擦除可编程只读存储器 符合 I2C 总线数据传输协议 单片机的接 口只需要两根信号线 1 根串行地址数据输入 输出端 ST24W02 的 SDA 1 根串行时钟端 ST24W02 的 SCK 电路如图 4 14 所示 E1 E2 PRE 与内部无联系 是外部地址 在本系统中 由于尽用一片 ST24W02 芯 片 因此将上述三端接地 当写保护引脚 WC 接高电平时 ST24W02 用作串行的存储器 此时编程功能将被禁止 整个存储器被写保护 图 4 14 密码存储电路 4 12 完整硬件电路图完整硬件电路图 其各个外围部分电路与完整硬件电路图见附录 1 图 1 2 21 第五章第五章 系统软件设计系统软件设计 5 1 软件介绍软件介绍 单片机的发展除了必要的硬件 也不能离开这个软件 我们编写汇编语言源程序到 CPU 可以执行机有两种方法 一种是手工组装 另一个是机器组装 已经很少使用手动装配方法 机器组装是通过软件源程序编译成机器代码 用于 MCS 51 单组装软件 A51 早期 与单片 机开发技术的不断发展 逐渐广泛使用的汇编语言使用高级语言开发 单片机软件的开发也 在不断发展 我们的软件是目前最受欢迎的 MCS 51 系列单片机软件的发展 近年来 厂商 已经宣布的模拟器完全支持 Kei1 可以看到 Keil 提供包括 C 语言编译器 宏汇编 连接 器 图书馆管理 和一个强大的仿真调试器 一个完整的发展计划 通过一个集成开发环境 uVision 将这些零件 我们需要奔腾 CPU 或以上 16 MB 或更多内存 超过 20 米免费的硬 盘空间 WIN98 NT WIN2000 WINXP 操作系统 等 掌握使用该软件使用 51 系列的单片机 爱好者会说很有必要 如果你使用 C 语言编程 然后我们几乎是你的选择 即使使用 C 语言 不仅在汇编语言编程 简单易用的集成环境 强大的软件仿真调试工具会让你事半功倍 5 1 1 建立项目文件建立项目文件 设置和获取目标文件设置和获取目标文件 首先启动 Keil 软件集成开发环境 UVison 开始 窗口的左边有一个项目管理程序窗口 窗口有三个标签 文件 拟定和书籍 这三个选项卡显示当前项目文件结构分别 CPU 寄存器 和部分特殊功能寄存器的值 仅出现在调试时 及随附文件所选 CPU 如果是第一次开始我 们的 所以三个选项卡都是空的 5 1 2 源文件的建立源文件的建立 使用菜单 文件 新 新文件或单击工具栏按钮 可以在右边的项目窗口打开一个新 的编辑窗口 窗口中的文本输入源程序 保存文件 注意利益必须添加扩展 一般使用 asm 汇 编语言源程序或 a51 扩展 可以肯定的是 源文件一般文本文件 不一定写使用我们的软件 可 以使用任何文本编辑写作 此外 Keil 的编辑支持汉字不好 建议使用 U1traEdit 编辑软件源 程序如输入 5 1 3 建立工程文件建立工程文件 在项目开发中 不仅是一个源程序 但也为项目选择 CPU Keil 支持数以百计的 CPU CPU 的特点并不完全相同的 确定参数的编译器 汇编 连接 指定调试模式 有些项 22 目会有多个文件 等 对管理和容易使用 使用我们的项目 项目 这一概念 设置参数和所有必 要的文件添加在一个项目中 只有这个项目 而不是在一个源程序编译 装配 和连接 等等 点击 项目 新项目 菜单 出现一个对话框 要求建立项目的名称 您可以在编辑框 中输入一个名称 设置为 examl 不需要扩展 点击 保存 按钮 在对话框中选择第二个对 话框中 CPU 即目标 你所使用的芯片的类型 大量的 CPUKeil 的支持 我们选择 89c51 Atmel 公司的芯片 Atmel ICI 前点击 扩展层 点击 89c51 单片机 然后点击 ok 按 钮 并返回到主界面 此时 项目文件的窗口页面 Target1 前面的 点击 你可 以看到 source Groupl 的下一层 工程或一个空的项目在这一时刻 没有任何文件里面 需 要手动添加只是写好源程序 点击 source Groupl 白色显示 然后 点击鼠标右键 一个下拉 菜单 选择 add file toGroup Grouplsource 出现一个对话框 要求源文件 请注意 下面 的对话框的 文件类型 默认为 C 源文件 C 它是基于 C 扩展文件 和基于 asm 的扩展 名的文件 所以在列表框 examl 找不到 Asm 会改变文件类型 单击 文件类型 下拉列表 对话框后 找到并选择 Asm 源文件 A51 Asm 通过这种方式 你就会发现它在列表 框 examl asm 文件 双击考试 l rim 文件 文件加入到项目中 请注意文件加入到项目中 对话框不消失 等待 继续加入其他文件 但初学者常常误认为是操作将失败 再次双击相同的文件 那么将会有一 个对话框 提示文件列表中选择 这一次应该点击 ok 并返回到之前的对话框 然后单击 关闭 回到主界面 返回后 单击 SourceGroup 1 前面的加号 会发现考试 l asm 文件 双击文件名 例如 打开源程序 5 1 4 工程的详细设置工程的详细设置 单击目标项目窗口左边 1 首先 然后使用菜单 项目 选择目标 targetl 出现在 项目 设置 对话框中 对话框非常复杂 共有八页 一切并不容易 但大多数设置所要做的就是接 受缺省值 Tayet 页我们的主要设置对话框 在晶体值是晶体频率值 默认值是最高的频率 值是可用的 对我们的选择和所选目标 CPU AT89C51 24 米 价值无关 最终生成目标代码 仅 用于软件仿真调试时显示程序执行时间 设置正确的值可以显示时间与实际使用时间一 致 一般将它设置为相同晶体频率用于硬件 如果没有必要知道程序执行时间 也可以不设置 这 里设置为 12 设置完成后点击确认返回主界面 工程文件建立和设置 5 1 5 编译和链接编译和链接 建立工程后 可以编译 连接 项目选择菜单 构建目标 当前项目连接 如果当前文件 发生变化时 该软件将首先编译文件 然后连接到生成目标代码 如果你选择重建所有的目标 文件将在当前工程文件重新编译连接 确保最终的目标代码是最新的 Translate 项目是编 译文件 而不连接 23 5 2 程序设计程序设计 5 1 1 红外发射红外发射框图框图 1 主程序 2 键盘扫描程序 Y N N Y Y N Y Y N Y 图 5 1 主程序框图 图 5 2 键盘扫描程序框图 有键闭合 确认键按下 键盘扫描 求键值 脉冲发射程序 开始发送 有键闭合 闭合键释放 结束 键盘扫描开始 有键闭合 延迟 10ms 确定按键位置 求键值 初始化 开始 24 3 显示程序框图 4 红外编码子程序 Y N N Y 图 5 3 显示子程序框图 图 5 4 遥控编码程序框图 开始 显示清零 给驱动写指令 设定显示位置 LED 显示 结束 发射开始 装入发射脉冲个数 发送 3ms 停发 1ms 脉冲个数 1 发射 1ms 脉冲 停发 1ms 停发 10ms 以上 结束 六位显示完毕 25 5 1 2 接收部分接收部分框图框图 1 主程序 2 显示子程序框图如图 5 3 所示 3 红外解码子程序 N Y N Y N Y 图 5 5 接收部分主程序框图 图 5 6 解码接收子程序框图 开始 有键按下 初始化 键盘扫描 求键值 中断开始 低电平脉宽 2ms 接收并对低电平脉冲计数 按脉冲个数至对应功能程序 低电平脉宽 3ms 中断返回 转各子程序 26 4 密码输入子程序框图 N Y N N Y Y Y Y N N Y Y NY 图 5 7 主机密码输入框图 开始 输入键按下 是 0 9 取消键按下 确认按下 比较密码正确 开 锁 结束 取消 27 5 密码修改子程序框图 Y N N Y N Y N Y N N Y Y Y Y N N Y Y N 图 5 8 密码修改程序框图 修改开始 取消键 设定键 按下数字键 键 六位密码 取消键 确认键 密码正确 修改 结束 闭锁 取消键 28 第六章第六章 总结总结 通过检查资料 设计 实验 系统设计 模块设计 物理连接和调试等几个阶段 红外 遥控密码锁系统的设计实现了所需的基本功能 通过发送命令按钮 红外遥控锁接收 命令 命令进行分析 提出了相应的操作 本次设计中 主要的成果分为三个部分 一个无线遥控发射板 一个无线遥控密码 锁接收板和一个现成的小型万能遥控器 发射板与遥控器的作用相同 都可实现遥控开 锁 改密等功能 只是将万能遥控器的制作手工化以万能开发板来制作 整个设计主要 包括以下几个流程的工作 认知红外遥控的相关过程和技术和电子密码锁技术 其次开 始元器件的选择 包括主要的处理器芯片 存储器芯片等 再然后开始硬件和软件的设 计工作 最后根据所哟前期工作开始成品制作与调试工作直到成功 相关的实物图见附 录 1 图 3 5 两个模块相关程序代码见附录 2 在毕业设计的过程中 根据大学四年学到的知识 通过单片机程序设计 印刷电路板 布局 以及计算机辅助设计和计算机绘图基础 掌握专有软件设计电子电路 加强电子产品的 动手制作能力 学习电路的调试方法解决实际问题 尤其是单片机和模拟电子知识 同时 通 过这个项目来提高单片机编程的能力 也获得软件调试经验 也加强了我的实际编程能力 通 过焊接拼装等来强化实践动手能力 让自己更知道我们的缺点和知识领域的缺陷 因为 时间太仓促 经验不足 理论和相应的缺点 再加上条件有限 仍有一些设计的设计问题和缺 陷 还需要提高个人技能 理论知识和巩固 29 致致 谢谢 毕业设计是我们的大学学习生活的最后一项学习任务 是对我们大学四年学习的综 合考核 为期两个多月的毕业设计过程中 我以这四年来所学的知识为基础 独立设计 制作以 STC89C52 单片机为基础的红外遥控密码锁 在完成本次设计的同时 也提高了 独立分析问题 研究问题的能力 相信此次毕业设计一定会为我们在不久的将来踏上工 作岗位打下了良好的实践基础 本次毕业设计能够顺利地完成 首先要感谢我的指导老师柳阳老师 柳老师在已经 非常繁忙的工作中 依然指导我完成了本次毕业设计 柳师的鼎力帮助是我完成这次毕 业设计的重要保证 他给予了我很大的帮助和支持 使我受益匪浅 在本人完成毕业设 计的工程中 他在设计最关键的时期给予我莫大的帮助 在这里向他表示衷心的感谢 同时 我要感谢我的母校 湖北工业大学 这里留下了我们许多美好的回忆 特 别是在我即将踏上工作岗位的同时 给了我这样一个锻炼 学习的机会 使我加深了对 以前知识的理解 拓宽了知识面 也提高了我对所学知识的综合的应用能力 祝愿母校 的将来更美好 正是由于得到了老师 同学 室友 学校各个方面的大力支持和热心帮助 我的毕 业设计才得以顺利地完成 最后 我要再一次感谢所有在此期间帮助过我的人 我衷心 的祝福你们 30 参考文献参考文献 1 基于单片机的电动车智能防盗锁设计 期刊论文 电脑知识与技术 2012 年刘雪 2 红外遥控信号的一种编码解码方法 仪表技术与传感器 2004 年聂诗良 3 超声波油量测量仪的研究 学位论文 崔艳 2003 年 天津工业大学 4 变频系统用电子密码锁的研制 期刊论文 电气自动化 2012 年 霍云华 5 基于单片机的红外电子密码锁系统的设计 期刊论文 信息通信 2012 年 王侠 6 自主式移动机器人控制系统设计与模糊控制实现 张继军 2004 中国海洋大学 7 红外遥控在节能和无线操作方面的应用 期刊论文 红外技术 2006 年 王伟生 8 GPRS 远程数据采集系统的研究 学位论文 王莹 2008 年 南京邮电大学 9 显示驱动芯片 MAX7219 在单片机中的应用 自动化技术与应用 2009 年 王喜军 10 电力机车车载能耗监测终端的设计与实现 学位论文 钟川桃 2010 年 湖南大学 11 5kW 三相逆变电源主电路设计 学位论文 郑姿清 2007 年 上海海事大学 12 李华等编著 MCS 51 系列单片机实用接口技术 北京航空航天大学出版社 1998 13 雷锦源 遥控电子密码锁 中国专利 99118957 4 14 李华等编著 MCS 51 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CONVENIENT AND SAFE 31 Ur Rehman Ejaz Simple electronic lo