具有报警功能电子密码锁的设计.doc

河南理工大学毕业设计（论文）说明书具有报警功能电子密码锁的设计摘 要在日常的生活和工作中, 住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需携带多把钥匙, 使用极不方便, 且钥匙丢失后安全性即大打折扣。在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替了传统的机械式密码锁，电子密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。本文从经济实用的角度出发，采用美国Atmel公司的单片机AT89C51作为主控芯片与数据存储器单元，结合外围的矩阵键盘输入、LCD液晶显示、报警、开锁等，用汇编语言编写的主控芯片控制程序与EEPROM AT24C02读写程序相结合，并用Proteus软件进行仿真，设计了一款可以多次更改密码，具有报警功能的电子密码控制系统。这种密码锁的电路设计具有防试探按键输入、智能控制上锁、开锁、报警、修改密码等多种功能。密码长度可变、保密性强、灵活性高、应用日益广泛。关键词 密码锁 单片机 报警 LCD显示 自动拨号The warning function electron combination lock designAbstractIn the daily life and the work, the means which the housing and departments safe guard, units document file, the financial reporting as well as an individual materials preservation many locks solves. If use tradition mechanical key unblanking, the people often must carry many key, the use are not extremely convenient, and after the key loses, the security namely sells at a discount greatly. In the safety work guard domain, had the security warning function electronic combination lock to replace the traditional mechanical combination lock gradually, the electronic combination lock had the security to be high, the cost was low, the power loss low, easy to operate and so on merits. This article from economical practical angle embarking, uses American Atmel Corporations monolithic integrated circuit AT89C51 to take the master control chip and the data-carrier storage unit, unifies the periphery the matrix keyboard input, the LCD liquid crystal display, the warning, the unblanking and so on, read-write procedure unifies with the assembly language compilations master control chip control procedure and EEPROM at24C02, and carries on the simulation with the Proteu software, designed one section to be possible to change the password many times, had the warning function electronic password control system. This kind of combination locks circuit design has against probe pressed key input, the intelligent control to cage, the unblanking, the warning, the revision password and so on many kinds of functions. The password length variables, the secrecy is strong, the flexibility is high, the application is day by day widespread. Key word Combination lock Monolithic integrated circuit Warning LCD demonstrates the automatic dialing 目录摘要1Abstract2第1章 前言1.1 引言1.2国内外研究概况1.3我国住宅安全防范系统展望1.4论文主要工作概述第2章 系统设计方案2.1 单片机的选择2.1.1 AT89C51单片机的结构2.1.2 AT89C51的管脚说明2.1.3振荡特性2.1.4芯片擦除2.2存储芯片AT24C0262.3 LCD1602显示器72.4 晶体振荡器2.5具有防盗报警功能电子密码锁的总体构成2.6电子密码锁的功能及工作程2.6.1具有防盗报警功能的电子密码锁具有的特点和功能2.6.2系统的基本工作过程第3章 系统硬件设计3.1 电子密码锁电路总体构成3.2电源输入电路3.3键盘输入电路3.4密码存储电路3.5复位电路3.6晶振电路3.7显示电路3.8报警电路3.8.1 防盗探测器电路设计3.8.2 用户端自动报警器总体设计3.8.3 自动拨号及语音报警电路设计3.8.4 键盘与密码显示电路设计3.8.5 系统电源的设计3.9开锁电路第4章 系统软件设计4.1主程序流程图174.2按键软件设计184.3密码设置软件设计194.4开锁软件设计4.5 控制模块程序设计4.6 拨号模块程序设计4.7 语音模块程序设计4.8 摘挂机模块程序设计4.9 密码及显示模块程序设计第5章 系统的抗干扰措施5.1 系统硬件抗干扰措施5.2 系统软件抗干扰措施第6章 调试与实现6.1硬件调试 216.2软件调试 216.3 Pruteus仿真结束语参考文献致谢附录第1章 前言1.1 引言在日常生活和现代办公中,住宅与办公室的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存等多以加锁的办法来解决。若使用机械式钥匙开锁人们常需携带多把钥匙,使用极不方便,且钥匙丢失后安全性即大打折扣。为满足人们对门锁的使用要求,增加其安全性,用密码电子锁代替传统机械锁应运而生。目前使用的密码锁种类繁多,各具特色。本文从经济实用的角度出发,采用AT89C2051单片机,研制了一款具有防盗自动报警功能的电子密码锁。该密码锁设计方法合理,简单易行,成本低,符合住宅、办公室用锁要求,具有一定的推广价值。1.2 国内外研究概况由于电子器件所限，以前开发的电子密码锁，其种类不多，保密性差，最基本的就是只依靠最简单的模拟电子开关来实现的，制作简单但很不安全，在后来多是基于EDA来实现的，其电路结构复杂，电子元件繁多，也有使用早先的20引角的2051系列单片机来实现的，但密码简单，易破解。随着电子元件的进一步发展，电子密码锁也出现了很多的种类，功能日益强大，使用更加方便，安全保密性更强，由以前的单密码输入发展到现在的，密码加感应元件，实现了电子加密，用户只有密码或电子钥匙中的一样，是打不开锁的，随着电子元件的发展及人们对保密性需求的提高出现了越来越多的电子密码锁。出于安全、方便等方面的需要许多电子密码锁已相继问世。但这类产品的特点是针对特定有效卡、指纹或声音有效，且不能实现远程控制，只能适用于保密要求高且供个人使用的箱、柜、房间等。由于数字、字符、图形图像、人体生物特征和时间等要素均可成为钥匙的电子信息，组合使用这些信息能够使电子防盗锁获得高度的保密性，如防范森严的金库，需要使用复合信息密码的电子防盗锁，组合使用信息也能够使电子防盗锁获得无穷扩展的可能，使产品多样化，对用户而言是“千挑百选、自得其所”。可以看出组合使用电子信息是电子密码锁以后发展的趋势。我国家用安防系统相对国外来讲，是有较大差距的。现在一般居民住宅的主要防盗措施仅限于防盗窗、防盗门，虽有一定的防盗作用，在灾害发生的情况下，使逃生更加困难。另外，小区安全措施不足；居民安全意识有待增强；安全防范系统也急需普及。1.3 我国住宅安全防范系统展望家用防盗系统近几年来在全球以及在中国的快速发展是信息技术发展寻找更广阔的市场结合点的必然结果，是IT 产业向传统住宅产业以及人们生活渗透的必然结果。家用防盗系统建设目标是向人们提供“方便快捷的信息通信、安全舒适的住宅环境、高效便利的物业管理”。发展家用防盗系统是住宅产业现代化的必然选择。家用防盗系统按智能技术开发的功能和作用的不同，小区中报警系统应用一般体现在探测智能、监控智能和抗干扰智能三个主要方面。目前欧美已有一些国家正在大力研究无线防盗探测报警系统，随着时间的推移，这种产品在我国也会发展成为主流。如今，人民生活已从温饱型向小康转变，大件耐用消费品己经进入寻常百姓家，因此人们会有更强的安全意识，逐渐接受在住宅内装设质优价廉、功能完善的安全防范系统。同时人类已经进入二十一世纪，智能住宅己开始引起人们的关注。作为住宅的一个组成部分，安全防范系统也必将向多功能、全方位、综合性、智能化方向发展。1.4 论文主要工作概述针对国内外的发展情况，可见住宅安全防范系统是我国未来住宅建设的重点发展方向。本课题要设计的具有防盗报警功能的电子密码锁是依托公共电话网做传输媒体的电话报警系统，与传统的区域报警系统相比，它具有传输距离远、硬件简单、安装方便的优点。本文所介绍的安全报警系统，是用双绞线连接中央控制器和各用户端自动报警器，实现前端报警器的报警数据采集；利用电话线，采用单片控制的DTMF 通信方式实现自动拨号报警，既可提高信息传递速度，又可解决前端报警器之间同时报警争信道问题。本设计采用单片机为主控芯片，结合外围电路，组成电子密码锁，用户想要打开锁，必先通过提供的键盘输入正确的密码才能将锁打开，密码输入错误有提示，为了提高安全性，当密码输入错误三次将报警。密码可以有用户自己修改设定，锁打开后才能修改密码。修改密码之前必须再次输入旧的密码，在输入新密码的时候要二次确认，以防止误操作。盗窃以及入室抢劫实行自动报警；住宅设置紧急呼叫系统；用户端自动报警器对各传感器的信号进行检测和控制；用户端自动报警装置对双音多频编、译码器控制，使住宅通过电话网实现与相关部门之间的数据交换，设置简洁，操作方便。该防盗报警系统主要包含用户端电子防盗系统及监控管理控制中心两大部分。用户端的电子防盗系统又包括探测器、自动报警器及输出等组成部分，并将模块化思想引入此系统，从而使整个系统的功能更完善、灵活、可调。在满足各项性能指标的前提下，不仅要考虑到系统的易用性，还要努力降低成本，使其经济实用，在保证灵敏度的情况下，尽量降低误报率，确保在同类产品中的竞争地位。 第2章 系统设计方案2.1 单片机的选择由于单片机种类繁多，各种型号都有其一定的应用环境，因此在选用时要多加比较，合理选择，以期获得最佳的性价比。一般来说在选取单片机时从下面几个方面考虑：性能、存储器、运行速度、I/O口、定时/计数器、串行接口、模拟电路功能、工作电压、功耗、封装形式、抗干扰性、保密性，除了以上的一些的还有一些最基本的比如：中断源的数量和优先级、工作温度范围、有没有低电压检测功能、单片机内有无时钟振荡器、有无上电复位功能等。在开发过程中单片机还受到：开发工具、编程器、开发成本、开发人员的适应性、技术支持和服务等等因素。基于以上因素本设计选用单片机AT89C51作为本设计的核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，实现基本的密码锁功能。在单片机的外围电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制，外接AT24C02芯片用于密码的存储，外接LCD1602显示器用于显示作用。2.1.1 AT89C51单片机的结构AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash 存储单元，功能强大3。AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。图1 AT89C51单片机引脚图2.1.2 AT89C51的管脚说明如图1所示：Vss(20脚):接地VCC（40脚）: 主电源+5VXTAL1（19脚）:接外部晶体的一端。在片内它是振荡电路反相放大器的输入端在采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该端引脚必须接地；对于CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。XTAL2（18脚）: 接外部晶体的另一端。在片内它是一个振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率是晶体振荡频率。若需采用外部时钟电路，对于HMOS单片机，该引脚输入外部时钟脉冲；对于CHMOS单片机，此引脚应悬浮。RST（9脚）: 单片机刚接上电源时，其内部各寄存器处于随机状态，在该脚输入24个时钟周期宽度以上的高电平将使单片机复位（RESET）PSEN（29脚）: 在访问片外程序存储器时，此端输出负脉冲作为存储器读选通信号。CPU在向片外存储器取指令期间，PSEN信号在12个时钟周期中两次生效。不过，在访问片外数据存储器时，这两次有效PSEN信号不出现。PSEN端同样可驱动8个LSTTL负载。我们根据PSEN、ALE和XTAL2输出端是否有信号输出，可以判别80C51是否在工作。ALE/PROG（30脚）:在访问片外程序存储器时，此端输出负脉冲作为存储器读选通信号。CPU在向片外存储器取指令期间，PSEN信号在12个时钟周期中两次生效。不过，在访问片外数据存储器时，这两次有效PSEN信号不出现。PSEN端同样可驱动8个LSTTL负载。我们根据PSEN、ALE和XTAL2输出端是否有信号输出，可以判别80C51是否在工作。EA/VPP（31脚）: 当EA端输入高电平时，CPU从片内程序存储器地址0000H单元开始执行程序。当地址超出4KB时，将自动执行片外程序存储器的程序。当EA输入低电平时，CPU仅访问片外程序存储器。在对87C51EPROM编程时，此引脚用于施加编程电压VPP。 输入/输出引脚： P0.0P0.7(39脚32脚) P1.0P1.7 (1脚8脚) P2.0P2.7 (26脚21脚) P3.0P3.7 (10脚17脚）P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如表P3口的管脚备选功能所示：表1 P3口的管脚备选功能P3口管脚备选功能P3.0RXD:串行输入口P3.1TXD:串行输出口P3.2:外部中断0P3.3:外部中断1P3.4T0:记时器0外部输入P3.5T1:记时器1外部输入P3.6:外部数据存储器写选通2.1.3振荡特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。2.1.4芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。2.2 存储芯片AT24C02如图2为AT24C02的芯片引脚图。图2 AT24C02的芯片引脚图特点：低压和标准电压运行模式 2.7 (VCC = 2.7V to 5.5V) 1.8 (VCC = 1.8V to 5.5V)内建128x8存储序列，2线制串行接口，双向数据传送协议，100kHz(1.8V,2.5V,2.7V) 和400kHz(5V)兼容，写同步时钟(最大10ms)，高可靠性，极限：1M写时钟周期，数据保存:100年，不断推进的芯片等级扩大了设备的可用温度范围。AT24C02提供电可擦除的串行1024位存储或可编程只读存储器(EEPROM)128字(8位/字)。芯片在低压的工业与商业应用中进行了最优化。设备操作：CLOCK 和DATA变化：SDA管脚通常外部要拉高。SDA管脚上的数据只能在SCL低期间改变。数据在SCL高期间改变定义为一个开始或停止信号。开始状态：在任何操作之前必须有一个开始信号-在SCL为高时SDA上产生一个下降沿。停止状态： SCL为高时SDA产生一个上升沿是停止信号，停止信号后将停止所有通信。在一个读的序列之后，停止信号将让EEPROM进入备用电源模式。2.3 LCD1602显示器液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。1602型LCD显示模块具有体积小，功耗低，显示内容丰富等特点。1602型LCD可以显示2行16个字符，有8位数据总线D0-D7和RS,R/W,EN三个控制端口，工作电压为5V，并且具有字符对比度调节和背光功能。接口信号说明：1602型LCD的接口信号说明如表2所示。表2 LCD1602接口信号说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极1602型LCD主要技术参数：显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm1602型LCD基本操作程序如下表所示：表3 LCD1602基本操作程序读状态输入RS=L，R/W=H，E=H输出D0D7=状态字写指令输入RS=L，R/W=L，D0D7=指令码，E=高脉冲输出无读数据输入RS=H，R/W=H，E=H输出D0D7=数据写数据输入RS=H，R/W=L，D0D7=数据，E=高脉冲输出无2.4晶体振荡器晶体振荡器，简称晶振，其作用在于产生原始的时钟频率，这个频率经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率。以声卡为例，要实现对模拟信号44.1kHz或48kHz的采样，频率发生器就必须提供一个44.1kHz或48kHz的时钟频率。如果需要对这两种音频同时支持的话，声卡就需要有两颗晶振。但是现在的娱乐级声卡为了降低成本，通常都采用SCR将输出的采样频率固定在48kHz，但是SRC会对音质带来损害，而且现在的娱乐级声卡都没有很好地解决这个问题。现在应用最广泛的是石英晶体振荡器。 石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器，石英晶体振荡器也称石英晶体谐振器，它用来稳定频率和选择频率，是一种可以取代LC谐振回路的晶体谐振元件。石英晶体振荡器广泛地应用在电视机、影碟机、录像机、无线通讯设备、电子钟表、单片机、数字仪器仪表等电子设备中。为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。在单片机中为其提供时钟频率。石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。只要在晶体振子板极上施加交变电压，就会使晶片产生机械变形振动，此现象即所谓逆压电效应。当外加电压频率等于晶体谐振器的固有频率时，就会发生压电谐振，从而导致机械变形的振幅突然增大。2.5具有防盗报警功能电子密码锁的总体构成具有防盗报警功能电子密码锁的开发设计方案是参照国内外相关技术的发展状况，根据我国住宅建设的实际情况，以及各相关方面的协调发展状况，为满足新时期居民的居住要求，真正实现智能化报警的要求来确定的。本设计主要由单片机、矩阵键盘、液晶显示器和密码存储等部分组成。其中矩阵键盘用于输入数字密码和进行各种功能的实现。采用一种新型的电子安全报警系统，该系统的设计是将电子探测、智能控制和电话通讯技术相结合，从而形成一个防盗报警系统。系统总体构成包括防盗探测器、用户端自动报警器与通讯线路三个模块，系统组成框图如图3、4所示。AT89C51键盘输入复位电路密码存储电路晶振电路电源输入显示电路报警电路开锁电路 图3 电子密码锁原理框图看门狗电路EPROM密码控制电路防盗探测器 红外监测 用户端自动报警器AT89C51报警开关电话机接口电路紧急呼救开关拨号电路语音检测与报警电路指示灯控制输出/输入电源电路图4报警系统组成框图用户端自动报警器安装于居民住宅，用于对居民住宅各个不同部位的不同类型探测器进行监测与控制，并对从各个探测器采集来的数据进行处理。当出现异常情况时，通过家中的电话线路自动拨号报警，并与中央控制器建立联系。系统不需要另外占用电话线路，当有报警信号时，报警电话享有电话线路的优先权。2.6 电子密码锁的功能及工作过程2.6.1具有防盗报警功能的电子密码锁具有的特点和功能：1.当用户需要开锁时，先按键盘开锁键之后按键盘的数字键09输入密码。密码输完后按下确认键，如果密码输入正确则开锁，不正确显示密码错误重新输入密码，当三次密码错误则发出报警；当用户需要修改密码时，先按下键盘设置键后输入原来的密码，只有当输入的原密码正确后才能设置新密码。新密码输入无误后按确认键使新密码将得到存储，密码修改成功。2. 报警系统采用模块化设计。前端报警器能够快速、准确地检测到现场的异常状态，经确认后及时通报给中央控制器。并能够可靠地进行盗情报警，通过电话线拔打预先设置的1-6 组电话手机号码（小区监控管理中心电话、用户个人电话、用户单位电话、盗警电话110 、紧急呼救电话），进行语音报警。3.用户端自动报警器可检测探测器或传输线路发生的故障（如探头断线或掉电等）, 并可向中央控制器报告故障情况。4. 报警系统开关机采用密码控制且允许修改密码，防止误报同时增加用户端自动报警器的保密性。5. 用户端自动报警器内提供备用电源，在没有电的情况下，交直流供电自动切换，确保系统在停电时能继续工作。2.6.2系统的基本工作过程：本设计采用单片机作控制器,用微波探测器监测是否出现非正常开门的情况,。系统工作时,用户通过按键输入密码,按下“确认”键后,单片机将输入密码与设定密码进行比较,若密码正确,则发出开锁信号,将门打开;若密码不正确,则有相应的指示灯闪动,并要求重新输入密码,重新输入密码的次数不能超过3次,若3次输入的密码都不正确,或者有人入侵时，与之相应的报警探测器则立即向用户端自动报警器发出报警信号。接到警情事件后，自动报警器立即进行确认，若50s 后无人解除警情同时警情确认无误后，进行事件的现场声、光报警，同时用户端自动报警器自动向相关部门拨打预先设置好的报警电话号码，进行语音报警。用户端报警器具有探头故障报警功能，避免由于探头掉电而漏报，出现故障时点亮故障灯；如果判断探头掉线（被剪断），则声光报警。如果出现误触发而报警时可以通过触发延迟时间（505 定时器）去解除，另外用户端自动报警器还具备状态信息（如有无交流电、备用电池电量是否不足等）上报的功能，可以对预设的普通电话、手提电话实现报警。 本章节主要介绍了系统总体设计方案，确定了原理框图，对报警系统的运行做了分析，并设计了防盗探测器，为后续章节研究防盗报警系统的模块化设计打下了理论基础。第3章 系统硬件设计3.1 电子密码锁电路总体构成在确定了选用什么型号的单片机后，就要确定在外围电路，其外围电路包括电源输入部分、键盘输入部分、密码存储部分、复位部分、晶振部分、显示部分、报警部分、开锁部分组成，根据实际情况键盘输入部分选择4*4矩阵键盘，显示部分选择字符型液晶显示LCD1602，密码存储部分选用AT24C02芯片来完成。其原理图如图5所示： 图5 电子密码锁结构图3.2 电源输入电路密码锁主要控制部分电源需要用5V直流电源供电，其电路如图3.2所示，而5V电源输入时往往伴有杂波，所以加一个2.2uF的电容滤波。这样输出的电压一般能满足要求。图6 电源输入电路原理图3.3 键盘输入电路由于本设计所用到的按键数量较多而不适合用独立按键式键盘。采用的是矩阵式按键键盘，它由行线和列线组成，也称行列式键盘，按键位于行列的交叉点上，密码锁的密码由键盘输入完成，与独立式按键键盘相比，要节省很多I/O口。本设计中使用的这个4*4键盘不但能完成密码的输入还能作特别功能键使用，比如清空显示功能等。键盘的每个按键功能在程序设计中设置 。其大体功能（看键盘按键上的标记）及与单片机引脚接法如图7所示：图7 键盘输入原理图3.4 密码存储电路AT24C02是ATMEL公司的2KB字节的电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到2.5V，额定电流为1mA，静态电流10Ua(5.5V)，芯片内的资料可以在断电的情况下保存40年以上，而且采用8脚的DIP封装，使用方便。其电路如图8所示。图中1、2、3脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址，在AT89S51上它们都能接地，第5脚和第8脚分别为正、负电源。AT24C02中带有片内地址寄存器，每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加1，以实现对下一个储存单元的读写，所有字节均以单一操作方式读取。3.5 复位电路单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后PC0000H，使单片机从第个单元取指令。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。在复位期间（即RST为高电平期间），P0口为高组态，P1P3口输出高电平；外部程序存储器读选通信号PSEN无效。地址锁存信号ALE也为高电平。根据实际情况选择如图2-8所示的复位电路。该电路在最简单的复位电路下增加了手动复位按键，在接通电源瞬间，电容C1上的电压很小，复位下拉电阻上的电压接近电源电压，即RST为高电平，在电容充电的过程中RST端电压逐渐下降，当RST端的电压小于某一数值后，CPU脱离复位状态，由于电容C1足够大，可以保证RST高电平有效时间大于24个振荡周期，CPU能够可靠复位。增加手动复位按键是为了避免死机时无法可靠复位。当复位按键按下后电容C1通过R5放电。当电容C1放电结束后，RST端的电位由R11与R15分压比决定。由于R11R15 因此RST为高电平，CPU处于复位状态，松手后，电容C1充电，RST端电位下降，CPU脱离复位状态。R11的作用在于限制按键按下瞬间电容C1的放电电流，避免产生火花，以保护按键触电 。图9 复位电路原理图3.6 晶振电路AT89C51引脚XTAL1和XTAL2与晶体振荡器及电容C2、C1按图10所示方式连接。晶振、电容C2C3及片内与非门（作为反馈、放大元件）构成了电容三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频率及电容C1、C2的容量有关，但主要由晶振频率决定，范围在033MHz之间，电容C2、C3取值范围在530pF之间。根据实际情况，本设计中采用12MHZ做系统的外部晶振。电容取值为20pF。图10 晶振电路原理图3.7 显示电路为了提高密码锁的密码显示效果能力。本设计的显示部分由液晶显示器LCD1602取代普通的数码管来完成。只有按下键盘上的开启按键后，显示器才处于开启状态。同理只有按下关闭按键后显示器才处于关闭状态。否则显示器将一直处于初始状态，当需要对密码锁进行开锁时，按下键盘上的开锁按键后利用键盘上的数字键09输入密码，每按下一个数字键后在显示器上显示一个*，输入多少位就显示多少个*。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子显示“RIGHT”，单片机其中P2.0引角会输出低电平，使三极管T2导通，电磁铁吸合，电子密码锁被打开，如果密码不正确，LCD显示屏会显示“ERROR”，P2.0输出的是高电平，电子密码锁不能被打开。通过LCD显示屏，可以清楚的判断出密码锁所处的状态 。其显示部分引脚接口如图11所示：图11 显示电路原理图3.8 报警电路报警部分由陶瓷压电发声装置及外围电路组成，加电后不发声，当有键按下时，“叮”声，每按一下，发声一次，密码正确时，不发声直接开锁，当密码输入错误时，单片机的P2.1引脚为低电平，三极管T3导喇叭发出噪鸣声报警。如图12所示：图12 部分报警电路图3.8.1 防盗探测器电路设计为了增强系统的防盗功能,本系统设计了红外监视装置,该装置包括红外发射和红外接收两部分,分别安装在门的两侧。发射部分基本电路如图2所示。采用塑封的SE303ANC发射二极管,波长为940nm。通过单片机的P3.0口线控制发射二极管导通或截止,从而产生特定频率的发射信号,这里选用的频率为38kHz,38kHz方波由单片机的定时器T1产生。RN2SE3032NID80538KHZ方波+Vcc图2 红外发射电路红外接收部分的基本电路如图3所示。接收管采用日本光电子公司的PIC-12034,其接收频率为37.，该芯片接收灵敏度高,性能稳定。其基本工作过程为:当接收到37.9kHz信号时,输出低电平,否则输出高电平,本系统使用单片机的P3.1口线接收该信号,系统通过查询P3.1口线即可判断有无非正常开门情况。这里的非门对接收信号起整形作用。1234011+VccPIC-12034图3红外接收电路3.8.2 用户端自动报警器总体设计用户端自动报警器是本课题的设计重点，自动报警器组成框图如图15 所示，主要包括拨号模块、语音模块、电话接口模块、键盘密码显示模块以及电源模块。报警器功能已在前面具体描写过，这里不再详述，本节着重介绍与自动拨号功能相关的硬件电路设计。红外监测用户端自动报警器CPUAT89C51看门狗电路EEPROMDTMF拨号电路语音检测电路电话接口电路开关电路输入输出控制电路备用电源图15 用户端自动报警器组成框图3.8.3 自动报警器电路设计自动报警器电路见图16 。时钟电路由两个30P 的电容和12MHz 的晶振构成。复位电路由电阻、电容、二极管和按键开关构成，具有上电复位和手动复位的功能。单片机的INTO与盗警传感器相连，实现各种警情的采集。为防止环境干扰信号对触发中断的影响，当响应中断后，对中断信号多次（如5 次）巡检，确认是中断信号时，才去执行中断处理子程序，否则认为是外界干扰信号不执行报警处理，有效降低误报几率。图16 自动报警器电路智能报警系统硬件总体结构如图1所示，主要包括中央控制器、发射接收模块、DTMF(双音多频)模块、语音模块、电话接口模块等。选用AT89C51单片机，电路见图2。P3.2(INT0)连接防盗探测器，用来检测盗情，如果盗情发生，触发外部中断0。P2.1连接语音电路，实现语音的回放控制。P2.3连接电话接口芯片，实现模拟摘挂机控制。P0.0P0.3分别与MT888CE的D0D3相连，用做数据总线。P2.0与MT888CE的RS0相连，控制MT888CE内部寄存器的选择。P2.7与MT8888的CS控制MT888CE的选通。P3.3(INT1)连接电话接口芯片的24脚，用来检测振铃。P3.6、P3.7分别与MT8888的WR和RD相连，控制MT888CE的读写操作。3.8.4 自动拨号及语音报警电路设计A 拨号电路本系统设计的自动拨号电路可通过电话网络实现自动寻呼，对所指定的机构或人员发出求救信号，简述事故性质及地点，使救援人员采取相应措施来制止事故，系统主要功能如下：1. 报警优先功能：主机与用户电话机共用一条电话线，非报警时，不影响电话的正常使用，电话机的正常使用不影响也不干扰主机报警。主机报警时，优先拨打报警电话。2. 自动拨号功能：可设定1-6 组电话或手机号码，每组不超过15 位数。3. 用户对自动拨号报警系统可自行设定和修改密码。4. 可自行录制语音：语音播送，由使用者自行录制，存录“状况”，使用者的姓名，地址，电话等。自动探测通话状态：报警时自动探测对方电话机的使用状态，若对方为占线或响铃后无人接，则保留跳过，等下一轮续拨。5. 记忆储存功能：本系统采用X25045 为记忆元件，电话号码，报警信息存录等所有输入都不会因为电源失去而变动。图17 拨号电路B语音电路a 芯片简述ISD1420 语音芯片是由美国ISD ( Information Storage Device ）公司开发的高保真、不怕断电、录放一体化的单片固态语音集成电路。其片内设有时钟振荡器、128K 字节EEPROM （电可编程可擦除只读存贮器）、低噪前置放大器、自动增益控制电路、反混叠滤波器、平滑滤波器、模拟转发器、差动功率放大器等高品质语音录放系统所需的全部基本功能电路。 b 芯片工作原理录音过程中，ISD142O 在进行存储操作之前，要分几个阶段对信号进行调整。首先要输入信号放大到存储电路动态范围的最佳电平，这个阶段由前置放大器、放大器和自动增益控制部分来完成。前置放大器通过隔直流电容与麦克风连接，隔直流电容用来去掉交流小信号中的直流成份（大约2mA ）。信号的放大分两步完成，先经过输入前置放大器，然后经过固定增益放大器。完成信号的通路要在模拟输出端（ANA OUT）和模拟输入端（ANA IN）两个管脚之间连接一个电容器。自动增益控制电路动态地监控放大器输出的信号电平并发送增益控制电压到前置放大器。前置放大器增益自动调节以便维持进入滤波器的信号为最佳电平，这样录音的信号能得到最高电平又使削波减至最小。我们可以通过选择连接到AGC 管脚的电阻和电容值来调节描述自动增益电路特性的两个时间常量，即响应时间和释放时间。下一个阶段的信号调整是由输入滤波器完成的。由于模拟信号的存储仍然是采用取样技术，因此还需要一个抗混淆滤波器以去掉（或至少减到可忽略不计的程度）取样频率1/2 以上的输入频率分量。这样就满足了所有数据采集系统都遵循的奈奎斯特取样定律。语音的质量要想优于电话的音质，取样频率要用8kHz 。低通滤波器的高频频限选在3.4kHz ，可满足奈奎斯特取样定律，而且仍有足够宽的频带以得到高音质的语音。滤波器是一个连续时间五极点低通滤波器，在3.4kHz 每个倍频程衰减40dB 。信号的调整完成后，将输入波形通过模拟收发器写入模拟存储阵列中。由skHz 取样时钟取样，并且经过电平移位而产生不挥发写入过程所需要的高电压，取样时钟也用于存储阵列的地址译码，以便输入信号顺序的写入存储阵列。放音时，录入的模拟电压在取样时钟的控制下顺序地从存储阵列中读出，恢复成原来的取样波形。输出通道上的平滑滤波器去掉取样频率分量并恢复原始波形，平滑滤波器的输出通过一个模拟多路开关连接到输出功率放大器，两个输出管脚直接驱动扬声器。图18 语音电路C 电话接口电路电话接口电路参见图3.12 。此电路起着很重要的作用，拨号电路、语音电路均需要通过它与外界相连，它完成电话线在系统与电话机之间的转换。平时电话机连在电话线上，系统与电话线断开，不会干扰电话通信。若需报警时，系统控制继电器转换，系统接上电话线，电话机与电话线隔离，不会影响系统的工作。为了降低系统功耗，继电器选择了高灵敏型，工作电压为5V 。目前，交换机的工作电压为直流60V 或者48V，通过外线a