电子密码锁课程设计报告.doc

实用型数字电子密码锁设计报告 班 级： 05060501 设计组成员： 刘先应、杨柳、王琰、杨冬变 专 业： 生物医学工程 指导教师： 向平 基于Multisim软件的电子密码锁设计 关键字：电子密码锁 4位比较器 双4位锁存器 74系列计数器 电子开关摘要 我们设计的电子密码锁利用数字逻辑电路，实现对门的电子控制，有较高的安全系数和稳定性。1、 引 言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，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呢。电子电路设计常用的方法是试验设计法，一般都包括设计方案提出、方案验证、方案修改3个阶段。传统的试验设计法通常采用手工搭接实验电路来完 成，往往需要经过试验和修改的反复过程，直到设计出正确的电路。随着电子和计算机技术的发展，产生了在计算机平台上的EDA(电子设计自动化)技术，这种 技术除了具有强大的设计功能外，还具有测试、仿真分析、管理等功能。在EAD桌面设计环境下用计算机来完成电路的系统综合设计和仿真。2 、总体方案设计设计本课题时构思了两种方案：一种是用以AT89C2051为核心的单片机控制方案；另一种是用CMOS数字集成电路控制方案。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。方案一：采用一种是用以AT89S51为核心的单片机控制方案。利用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加调电存储、声光提示甚至添加遥控控制功能。其原理如图12所示。89S51单片机矩阵键盘控制输入错误锁定键盘延时报警控制电路AT24C02掉电存储开锁控制电路指示电路串口显示电路图21单片机控制方案 方案二：采用数字电路控制。其原理方框图如图22所示。输入按钮开关组5秒定时电路输入锁存电路密码存储电路开锁控制电路20秒定时电路开锁指示灯指示电路图22 数字电路控制方案采用数字密码锁电路的好处就是设计简单。用以CMOS构成的数字逻辑电路作为密码锁的核心控制，共设了8个用户输入键；如果用户输入密码的时间超过5秒（一般情况下，用户不会超过5秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警20秒。通过比较以上两种方案，单片机方案有较大的活动空间，但是成本昂贵；采用数字密码锁电路只要设计合理，仍然能够满足保密性要求。所以我们采用后一种方案。2.1设计说明 要求用电子器件设计制作密码锁的控制电路，使之在输入正确的代码时输出信号，以启动执行机构动作，并用红，绿LED灯指示开锁、关锁状态。设计完成的要求：（1）密码锁控制器中存储一个八位代码（二进制），当开锁按钮开关（共设置了11位，其中只有8位有效密码键，其余三位为干扰位和密码更改位）的输入代码等于存储代码时启动开锁控制电路，并且绿灯亮，红灯灭表示开锁状态。（2）从第一个按钮触动后的5秒内若未能将锁打开，则电路自动复位并有扬声器发出报警信号，报警信号持续时间20秒，同时绿灯灭，红灯亮表示关锁状态。（3）本设计完成了发挥部分的要求即密码修改电路，通过按钮开关（space 键）控制，用户可以自行修改八位密码，修改后的密码将进入电路锁存。2.2设计思路根据题目要求，我们设计了这款实用稳定的数字电子密码锁，由密码按钮键、预置密码锁存器、密码比较识别电路、5s计时电路和20s计时电路等组成。整机采用CMOS数字集成电路，电路新颖，线路简单，保密性强，性能可靠，误码报警等特点。2.3总体方框图输入按钮开关组5秒定时电路输入锁存电路密码存储电路开锁控制电路20秒定时电路开锁指示灯指示电路3 、设计原理分析电路组成：键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输入锁定电路3.1 密码输入和修改电路：电路总共设计了11个用户输入键，其中有8位是有效的密码按键，其余的分别是M键（仿真电路中采用此按键表示开始输入密码，但是实际电路中可以用灵敏度较高的端口来代替，当人走近门时，触摸了敏感端，由于人自身带电，端口变成高电平，黄色指示灯亮表示电子锁处于待命状态，当然这在仿真电路中通过按键也可以实现），L键（输入密码结束，按下确认键即L键），space键（这个按键装在电路内部，是密码修改键，修改前后分别按space 按键表示修改密码和密码修改结束）3.2报警电路：报警电路实现的功能是：当输入密码的时间超过5s（一般情况下用户输入不会超过）或者密码输入错误，电路报警20s，防止他人恶意开锁。电路包括三部分：5s定时电路、20s定时电路和若干门电路。其工作原理是当用户按下输密码按键（M）并开始输入密码时，电路开始5s钟计时，超出5s或者密码输入不正确，电路开始20s报警，红色指示灯亮。3.3开锁电路：开锁电路由定时电路和门电路组成，即只有在5s时间内输入密码准确无误并按下确认键（L），绿色指示灯亮，门锁打开。4、使用说明：预置密码是八位二进制密码（高低电平控制），按下键为1，未按键为0，平时（输入端）均处于0状态。预置密码时，按下space按键，开始输入密码，如按下ACDEF按键，则密码为10111100，这时密码加载到双四位锁存器CD4508的Q0Q7端口，再次按下space按键，预置密码锁存完毕。开锁时，先按下M键即开始输入密码，然后开始按密码键（按下为高电平1,低电平默认为不用按下，比如密码是00110011时，只需按下CDGH四个按键即可。）接着按下L确认键表示密码输入结束。此过程必须在5s内完成，门锁打开，否则报警电路启动，红色指示灯亮并进行20s报警。multisim10仿真电路实物图 5、总结与体会： 以上是我们课程设计时间所作的数字电子密码锁电路，它经过多次修改和整理，是一个实用的设计。基于电路的可实现性和实用性，我们在完成老师基本要求的基础之上将密码位扩展到8位，这样更符合电路的保密性原则；除此之外我们完成了发挥部分的密码修改电路的要求，使用双四位锁存器和两个四位比较器实现密码输入和修改电路（使用同一输入键盘）。我们的电路全部数字化，采用高电平和有耗电省和电路稳定的特点。这些设计在实际应用中是很合理的，应该说这是一款经济实用的电子数字密码锁。但是由于我们的个人能力和时间有限，某些较为合理的功能也应该实现，为了使我们的电路在实际应用中还可以更为人性化，比如将密码输入按键改为敏感端固定在键盘上，当人手靠近的时候敏感端感应到人的自身带电而启动计时电路，从而省去手动按下键的步骤；再比如我们可以加入密码输入次数检测电路，密码输入三次错误，检测到三次报警信号，可以进行电路锁定，以防他人恶意开锁。在实际搭电路的过程中，我们还遇到了某些问题，比如实际的芯片和仿真电路芯片的型号不大匹配，管脚功能又不是很了解，导致了连接电路的时候出现一些问题，这时我们就断开所有连线一一排查故障。搭建电路的过程是对我们严谨作风和默契程度的考验，由于我们使用的芯片管脚较为繁多，一点小小的疏忽都可能导致整个电路的大错误。经过不断的排查，就在大功告成之际，我一不小心把一个74ls02或非门的管脚掰断了，所以最终开门电路的功能没有能实际实现，这是让我们很遗憾的事情。但是由于我们的电路是纯数字化的，精确度比较高，只要安装上这个芯片，所有的功能都可以稳定地实现。通过这三周的课程设计，我们小组成员都有了很大的收获：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EWB等仿真软件操作，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。三周的时间紧张而且快乐地过去了，虽说电路板的雏形让我们不是太满意，但是我们每个人都收获了很多：设计电路之初的茫然到设计完成仿真完美实现时的欣喜，搭建的电路模块“哑巴”状态到指示灯终于随着按键控制有规律的亮灭，前者让我感受到思维的乐趣，后者让我体验到动手的快乐。思维要缜密，操作要严谨这，就是我们三周时间的最大收获吧。6、额外的收获：通过这次课程设计，我们查阅相关资料等各方面的能力都突飞猛进：例如要实现一种功能，设计者可以有很多种选择。这时，我们要考虑的不仅有自己对元件的熟悉程度，还要从产品的角度考虑性价比问题。在设计之初，我和小组成员翻阅了近来关于电子密码锁设计开发、市场推广等种种情况，详细了解了电子密码锁在中国的现状。根据了解的情况，我们发现电子密码锁目前在中国已经深入到各个领域，仅仅在西安电子市场，我们就发现了井盖用电子密码锁系统、无线电子密码锁、授权控制式光电编码电子密码锁、手提箱的电子密码锁等一百多种相关产品。我们小组先后设计了两套方案，在设计时都自认为很满意，但是一到实践环节选购元器件，我们都傻眼了。我们开发的系统成本太高了，并且有些芯片不是通用型的，必须提前订做而且成本相当高。最终我们放弃了这些理论上看似很完美的方案。从头再来，我们没有放弃。吸取前期的教训，充分考虑各方面因素，我们最终设计了这套方案。尽管还有一些小的问题没有解决，尽管在给答辩时不是很完美，但是我们小组成员都收获很大。这也是我们从校园走向工作岗位必须经历的吧，从理论到实践的环节。任何一个看似不起眼的环节，哪怕是一个芯片的引脚，都影响到最终成品的性能。通过这次课程设计，我们进一步发现了自己的不足，也找到了自己前进的方向。7、小组成员分工：组长 ：刘先应；成员： 杨柳 、王琰、 杨冬变具体分工：