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基于单片机的新型遥控密码锁电路系统设计 学生姓名： 学生学号： 院（系）： 电气信息工程学院 年级专业： 电子信息工程 指导教师： 助理指导教师： 二一五年五月摘 要现代社会的飞速发展，使人们对科技技术的要求也越来越高，特别是在日常生活用品上大家都追求简单方便但是实用的产品。因此本次设计就是在传统密码锁的基础上加以遥控控制来实现密码锁的无线控制，本次设计是基于STC89C52单片机的新型红外遥控防盗密码锁控制系统电路的相关的理论和实践应用，包括了红外密码锁的硬件和软件的实现流程，详细介绍了系统硬件和软件的设计结构和要点。本设计的特点是可通过手动密码输入和红外遥控密码输入两种方式来控制芯片从而控制密码锁电路来完成对红外密码锁的各项操作。主要内容是以下几个：4*4矩阵键盘、以STC89C52芯片为核心的密码锁的数据处理及控制电路、输出七段显示电路、另外系统还有LED提示灯、报警蜂鸣器、单片机复位电路、红外发射器与红外接收器的设计电路以及电子密码锁的典型设计电路和具体应用方法。本设计可以实现的功能有：管理员密码、用户密码修改、本机开锁、遥控开锁、密码错误报警和锁定按键等功能。关键词 密码锁，单片机，新型遥控，红外线IVABSTRACT The rapid development of modern society, so that people on science and technology technical requirements are also increasing, especially in the daily necessities we all seek simple but practical products. So this design is to be based on the traditional locks on the remote control to wireless control locks, this design is based on SCM STC89C52 new infrared remote control anti-theft lock control system circuit theory and practice related applications, including the Infrared lock hardware and software implementation process, detailing the system hardware and software design structure and points. Features of this design are two ways to enter the control chip to control the lock circuit to complete the infrared locks the operating manual password entry and infrared remote control password. The main contents are as follows: 4 * 4 matrix keyboard to STC89C52 chip as the core of the lock of the data processing and control circuit, the output of the seven-segment display circuit, in addition to the system as well as LED warning lamp, alarm buzzer, the microcontroller reset circuit receiver infrared transmitter and infrared and electronic locks circuit design typical circuit design and application method. This design can be implemented features are: the administrator password, user password changes, the machine lock, remote keyless entry, password error alarm and lock the keys, and other functions.Keywords Password lock, Microcontroller, a new type of remote control, infrared 目录目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1序言11.2锁具种类以及国内外发展现状11.3课题的发展趋势41.4本课题的研究内容及要求42 系统方案分析选择62.1系统的设计方案分析62.2方案的论证选择63 系统硬件电路设计93.1红外遥控设计93.1.1红外通信原理93.1.2红外通信标准113.1.3红外线遥控原理123.2系统的结构设计123.2.1 STC89C52单片机介绍123.2.2硬件的结构图143.3各硬件部分设计153.3.1矩阵键盘电路153.3.2单片机的时钟电路与复位电路设计163.3.3 液晶显示电路设计163.3.4存储芯片电路设计173.3.5报警电路183.3.6密码锁电路194 系统软件的实现204.1主程序流图204.2遥控接收与发射软件设计224.3开锁软件设计235仿真设计与结果255.1仿真软件介绍255.2软件仿真过程与实现256 PCB的设计286.1 PCB软件介绍286.1.1 PCB原理图设计286.1.2 PCB板设计方法296.2 PCB的EMC设计296.2.1电路设计布局与原则296.2.2 布线设计原则306.3 印制电路板306.3.1 印制电路板的结构306.3.2 印制电路板的种类316.3.3 印制电路板制作流程316.4系统的部分PCB图337 系统的组装与调试347.1系统安装内容347.2实物系统的调试348 总结37参 考 文 献38附录A：完整电路原理图39附录B：元件清单40附录C：实物照片41附录D：主程序42致 谢526 绪论1 绪论1.1序言随着信息技术的飞速发展以及计算机的普及，我们已经对传统的机械防盗锁具不满足，对自己居住环境的安全和财产安全提出了更高的要求，因此电子智能化就被引入到了家庭及住宅小区，并且迅速的在世界各地发展起来。在日常生活中人们常需要携带很多不容钥匙因此很容易混淆使用，这样的话会很不方便而且钥匙丢失后也会十分麻烦安全性也会打折扣。所以随着技术的不断发展用密码来代替钥匙开锁的密码锁就应运而生了。随着电子技术的高速发展，传统的锁具也迎来了巨大的变革，通过现代的先进电子技术和机械技术融洽结合之后，产生的新的不同于传统的密码锁。现在的密码锁种类也是不断的增加改变。包括了指纹识别锁、声控锁、磁卡锁以及IC卡识别锁、生物锁等。不过这类的密码锁只是对锁具指定的指纹、有效卡和声音才有效，并且不能够加以远程控制，因此它的性能决定了它只能适用于保密要求非常高且仅供个人或是集体使用的房间和保险柜等。本文设计的控制电路是由STC89C52单片机来编程实现，具有管理员密码、按键提示、密码报警错误提示、锁定按键、手动开锁、遥控开锁等功能，并且还可以在密码意外泄漏的情况下及时修改密码，具有安全性强、灵活度高的性能因此适用范围十分广泛。我们日常生活中最常用到的红外遥控具有许多的优点，例如采用红外发光二极管来作为红外线的发射装置；它的遥控发射器都是小型化的而且价格低廉；采用的是数字信号编码和二次调制方式。红外线也不会轻易地向室外泄露，更不会产生无线信号的串扰；红外线传输的反应速度快、传输效率高、工作稳定可靠等。并且在有工业环境干扰的情况下，比如常见的高温高压、电磁辐射、有毒有害的气体以及工业粉尘，红外线遥控也可以克服他们从而达到快速安全有效的传输。因此目前市场上使用最广泛的一种通信和遥控手段就是红外线遥控。1.2锁具种类以及国内外发展现状电子密码锁的种类繁多，具体有以下几种:1 普通密码锁普通锁具在生活中被广泛使用，它的发展大致可分为五个阶段:（1）古代用的木质锁；（2）古代改进的机械锁；（3）近代发展起来的机械锁；（4）现在的普通电子密码锁等；（5）不久之后的家用电子密码锁、遥控密码锁锁、特定功能的安全密码锁。在五十年代，意大利人设计出了比较先进的机械锁，它的性能完全凌驾在当时的其他锁种上面。因此到现在我们最常用的锁还是意大利人研究出来这种机械锁。这种锁相对于之前的锁它的结构十分简单但是在使用的时候非常方便，而且在价格方面也是比较便宜。不过随着信息技术的日益发展，它在使用的时候也暴露出了一些局限性和很多缺点：第一点就是机械锁是金属来制作而成的，它是通过钥匙和锁芯的这两个结构的配合来工作。但是根据权威数据的统计，用户所使用的机械锁种每四千把锁中就会出现两把锁钥匙的齿形类似甚至相同，这样的一项数据表达的信息是爆炸性的，也就是你用的锁会用几十上百相同的钥匙这样也就导致了我们日常使用的机械锁的安全性能会相对较低；第二点是如果机械锁的钥匙一旦丢失，那么后果就会是不管谁捡到了钥匙都可以将锁打开;第三点是因为机械锁的结构材料一般都是黄铜，黄铜的质地较软，所以容易受到损坏。密码锁从根本上克服了传统钥匙机械锁的一些缺点，它采用的是密码来代替钥匙，这不仅省去了人们要佩带钥匙的烦恼，也解决了传统机械锁在安全性能上的一些瑕疵。比如仅仅采用5位密码，则密码的组合就会高达105 个，而平时的生活中大都采用的是六位的密码，它的组合则可达到106 个，这更大程度上让随机开锁的机率变为0。2 机械密码锁机械密码锁是将解锁的数字密码以机械的装定形式存储在锁具的识别机构上，在锁具的外围建立密码的操作按键用作密码的输入。在密码输入之后，系统就会产生相应的识别反应，即如果输入的是正确的密码，则识别机构就会产生相应的开锁动作;如果输入的是错误的密码，则识别机构将会做出复位反应或者是不会做出其他响应。机械密码锁是由材料机械的加工制作而成的，结构耐用、可以抵抗电磁干扰、而且外界其他的异常信号是非常难启动它的识别机构。但机械密码锁也存在着一些不足，比如用户在忘记密码之后会很不方便，而且机械的密码锁没有形成相应的智能系统，而且它通常是由多个比较复杂的机电功能小组件构成的，它结构的微小型化也需要依靠先进的制造装配技术以及打磨工艺，这就决定了它的制造周期相对较长、成本也会比较高，而且在机电接口的组装及测试上的要求也会比较高。3 电磁/卡片式密码锁该类型锁具与机械锁比较相似，它是的原理是利用光电藕合或者是电磁感应，然后将锁的密钥信息预先存入卡片充当开锁钥匙，因此开锁时只需将磁卡片与锁内的感应装置进行感应就可以将锁打开。我们可以了解到该类锁的成本相对较低；针对用户是单一性的，可以链接机算计，并且可以保存开门记录。不过不足之处是卡片设备在长时间的使用过程中会有一些不可逆的磨损，因此它的使用寿命也会较短；开锁密匙的卡片也比较容易复制，因此不太容易双向控制；因为是电磁感应所以磁卡内的存储信息会在外界磁场的干扰下发生错乱，导致卡片无法正常使用。4 指纹密码锁该类锁是通过检验使用人员的指纹或者面部等方式来实现识别开锁。管理员通过使用采样控制软件，来对指纹进行采集和保存；识别软件再通过指纹的识别来对开锁者的身份进行确定再实现开锁。指纹密码锁具有精密的系统，它也具有唯一针对性和不可变性的特点，因此一直都被当作是身份鉴定的可靠手段，因此它的安全系数极高。不过它也会存在一定的局限性，它在使用起来不是特别的方便，而且它对安装的环境有非常高的要求；由于它极高的精确性，因此它只会对完整的识别体产生反应，一旦识别体受到损伤，比如手指划破或者其他被用于开锁的识别部位受有损伤，那么在这样的情况下，就会产生识别错误以致于无法开锁。5 电子密码锁80年代的时候，最早的电子密码锁在日本被生产了出来。随着日本经济的复苏和电子行业的飞速发展，出现了一些利用简单的门电路设计出来的密码锁。不过基于这类密码锁的电路比较简单，因此它的安全性就相对差，很容易被破解。到了90年代，意大利、美国、加拿大、德国、日本、韩国等发达国家以及我国的台湾地区和香港地区等地因为微电子技术的不断进步和通信技术的不断发展而为密码锁的发展提供了技术上的支持，因此就推动密码锁走向了实际应用的这一关键阶段。我国于90年的代初才开始对密码锁进行初步的探索。从那时候的开始到现在已经在此领域有着一个较大的发展，我们采用了比较多的电路来进行设计，技术也达到了一定的先进水平相，不过，我们还是必须得正视这样的一个事实，那就是我国出口的产品中高档的产品仅仅只占15%-20%，而我国的高档产品相对于发达国家来说也只能算是他们的中档产品，因此价格上是十分受限制的。所以我国目前出口的产品与国外的产品比较起来，无论是在品牌知名度上还是在产品的售价上，我国的产品都与发达国家的产品有着一定程度上的差距。电子技术从以前发展到现在，总体水品已经达到了非常高的水平，电子密码锁的技术己经变得十分先进应用也十分广泛。许多的家庭和宾馆已经在开始使用电子门，而且在贵重物品和机密文件的保管上电子密码锁也十分管用，它的控制器与传感器及执行机构相连，来进行状态的监视和控制完成的功能。它是小型便携式的新型装置，因此在各种场合都可以应用，它的结构也十分简单、成本小、安全性能较好。电子密码锁的系统通常是由电路和机械执行两个部分构成的。电路部分利用的是密码锁的专用集成电路芯片控制和单片机控制以及逻辑门电路的构成等方式。现有电子密码锁当中，基本上是用户通过键盘接口电路输入密码再将解锁码输入到控制器中去，然后通过控制器将用户输入的密码与电子锁内保存的开锁密码进行比较，当输入的密码和保存的密码完全一致时，控制芯片就会送出一个开锁的信号给功率放大器，然后再通过继电器来带动机械执行部件开锁。1.3课题的发展趋势电子技术的不断发展，人类对只是的不断研究，在科学技术上面不断的创新。现在国内外智能电子密码锁的发展已经到了一定的高度，并且由于电子元件技术应用特别是单片机应用在近几年得到了非常高效地发展，无论是它的功能性还是稳定性都非常全面。在安全保密的方面已经做到可以人眼识别、指纹识别、声音识别，所以以前只能在电影电视上面看到的高科技在显示生活中也能实现。这些技术在国外发展的时间比较早，所以国外在这方面应用得也比较广泛，主要是装在家庭里很贵重地方、银行的保险柜等应用较多，国内在这方面发展速度相对比外国慢因为起点比较慢，目前市场上是国产和进口的都有，重要的地方应用也比较多，现在也越来越普及。未来的发展趋势也会越来越大，人民大众对安全性能方面的要求也越来越高，由于它的安全性能和功能比弹子锁会好出一个档次，因此它的发展前境是非常大的。1.4本课题的研究内容及要求在通常情况下，市场上的电子密码锁只能进行亲自动手操作，比如宾馆里用的房卡或者是门禁开锁系统等。因此它们在使用的时候都有一定的局限性，在本次的设计中通过将红外线的特性也就是红外遥控技术，通过来它与常用的键盘式密码锁进行结合，这既可以实现本机键盘的输入解锁、键盘上的修改密码、还可以实现远距离的红外遥控开锁和其他操作，实现了一锁双解和一锁多用的目的。使得我们的电子密码锁功能变得多样化而且它的适用范围更加广泛。设计中还采用了液晶显示模块来提示用户的操作以及在用户密码输入错误的时候会启动系统中的报警模块来实现报警从而使我们的电子密码锁安全保密的系数越高。本次设计需要涉及到的技术要求：(1)熟悉STC89C52单片机的原理和应用来集成和开发环境，要求使用C语言来进行程序的编； (2)熟练应用STC89C52的内部结构以及资源，能够掌握系统需要用到的软硬件调试的基本方法； (3)能够独立构建基于STC89C52的最小系统，而且完成相关的硬件电路系统设计； (4)掌握遥控密码锁的原理和实现的办法。遥控密码锁需要实现的功能：（1）输入用户的6位密码，密码是通过键盘来输入的，若密码正确，则将电子锁打开；如果密码错误，系统将报警；（2）实现用户随时修改密码，但是这个操作需要用户首先将锁打开才行。修改密码的操作由两部组成，首先第一次输入密码之后确认，然后再输入第二次密码之后当两次密码都输入正确的时候，才能够完成修改密码的操作，这就可以防止用户不经意产生的误操作；（3）系统的报警功能，当用户输入了错误的密码时液晶显示器就会出现错误提示，蜂鸣器也会发出“滴”的报警声。如若用户连续输入三次错误的密码时，蜂鸣器便会持续发出报警声音而且系统会锁定键盘；（4）系统增加了管理员密码，当用户在遗忘密码的时候，可以根据管理员密码来实现密码的重设。 系统方案分析设计2 系统方案分析选择2.1系统的设计方案分析本次系统设计主要是在信号的发射与接收和单片机芯片的选择上需要我们做出一个方案的分析和论证选择。具体的方案有下面这三种：方案一：用STC89C52来作为系统的单片机芯片，再用红外线这种特殊的信号传输载体来进行信号的发射与接收，配以其他的硬件系统来完成本次的设计，具体的结构框架如下图：红外信号发射电路键盘输入 STC89C52红外接收电路报警器复位电路开锁电路晶振电路STC89C52的系统结构框图方案二：采用AT89C52来作为本设计的单片机系统，然后依然用红外信号来用作信号的传输载体，在结合系统需要的其他硬件电路来完成本次的密码锁设计。方案三：采用STC89C52单片机来作为本设计的控制系统，然后采用电磁信号来作为信号的传输载体，再配以其他的硬件电路完成本次的设计工作。2.2方案的论证选择 方案一是利用STC89C52单片机和红外信号的特点来进行的系统的设计，STC89C52的特点是低功耗、高性能CMOS8位微控制器，而且它的引脚多，功能强大，能够满足用户对系统功能的要求。而红外线传输起来信号十分稳定，这就使得我们整个设计的可行性非常大。方案二用的是AT89C52单片机来作为系统，它也能够在一定的条件下完成用户需要的操作，在利用方面也能达到中规中矩的程度。但是在某些特殊功能的要求下它显然不能达到用户的要求，其他硬件电路方面跟方案一相同。方案三在单片机芯片的选择上面还是STC89C52，可以达到我们想要的功能，但是在信号的传输上选用的是另一种载体，电磁波来作为信号传输在抗干扰能力上有一定的欠缺，因为它容易受到磁场的干扰。综上我最终选择的是用第一种方案，因为它可以实现我们对系统的良好控制，在芯片和信号传输的选择上我们能够更好控制。具体实施方案如下：它是以STC89C52的单片机为核心，再配以相应硬件电路来完成以下的功能：（1）.密码的设置、存贮、识别、修改、驱动电磁执行器；（2）.检测其驱动电流值、接收蜂鸣器送来的报警信号、发送数据等功能，单片机接收键盘输入代码，然后通过系统与存贮在EEPROM中的六位密码来进行比较，因为六位的密码可以有298多万种密码组合可以让用户随意变换因此保密性极高。如果用户输入的密码正确，驱动电磁则会做出相应的动作让执行器开锁；如果输入的密码不正确，单片机系统就会通过通信线路向蜂鸣器发出报警信号的指令。本设计主要是由矩阵键盘、单片机系统、外部硬件设备等部分组成的。矩阵键盘是用于数字密码的输入和进行各种用户功能的实现；单片机系统是用来处理输入以及输出信号的；而外部的硬件设备则包括电子锁和红外发射以及接收器。在实际使用的时候只需要要将单片机的负载由电路的继电器换成可以实际使用的电子密码锁电磁铁吸合线圈即可，当然最好的方式是用继电器的常开触点来控制电磁铁吸合线圈。 系统的主要部分是发射和接收模块两部分。发射模块是由单片机、载波发生器、调制放大电路、红外发射 电路构成；接收模块则是由红外接收电路、单片机、继电器和LED指示灯构成。大致框架如图2-7所示。单片机单片机红外信号接收红外信号发射调制信号发射继电器LED载波发生器发射模块 接收模块 图2-7 红外遥控密码锁的组成框图系统中使用的单片机均为8051，这样可以减少系统整体体积。发射的模块中使用的载波发生器是由 4060 分频器和晶振构成的；红外发射电路是由红外线 发射 二极管所组成；接收模块中的红外信号接收部分 是一种专用的芯片0038B。0038B的管脚分布如下图2-8所示，2脚为地电源3脚为地，1脚则是为了解调信号的输出，其电平与 TTL兼容。0038B系列有以下特性：频率范围：32.75kHz、36.7kHz、38kHz、40kHz额定工作电流：3mA 遥控距离：大于8m工作温度范围：-10 +60图2-8 0038B引脚图从它的特性可以看出它的适用范围是很广的，0038B是一种黑色的环氧聚光透镜，因此它可以滤除了其他的可见光。它的内部含有的PIN 红外线接收管、解调器和选频放大器。当红外线发射器发出的数据信号传送到 0038B时，它内部的红外线 PIN接收管将红外线转换为容易传输的电信号，该信号再经过选频放大解调后由0038B的1脚输出与TTL 电平兼容的电信号，该电信号就可以直接送入系统的微处理器来进行信号处理。0038B 的输出波形图如图2-9所示，当系统接收到在频带内的红外数据信号时，它的接收器就会输出低电平，如果不是的话则是数据高电平，然后将时断时续的红外数据信号解调成为原来的连续方波数据信号。已调制红外信号 0038B输出信号图2-9 0038B的输出波形11 系统硬件电路设计3 系统硬件电路设计3.1红外遥控设计3.1.1红外通信原理红外通信是利用红外线技术来实现两点间的近距离保密通信和信息转发，一般由红外发射系统和接收系统两部分构成。发射系统的作用是对一个红外辐射源进行调制后生成红外信号再将其发射出去，接收系统就是用红外探测器或者光学装置来对红外信号进行接收的系统，这样就构成了一个基本的红外通信系统。光分为可见光和不可见光两种。可见光有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，它们的波长是在390nm770nm之间。在这个范围之外的光称为不可见光。有一种光它的光谱在红色光之外，它的波长是750nm至1mm之间，这样的光称为红外线。红外线的频率高于微波但是低于可见光，是一种人类肉眼无法看到的光线。红外通信一般是采用红外波段内的叫近红外线的一中光线，它的波长是在0.75um至25um之间。后来红外数据协会（IRDA）成立后，为了要使不同生产厂商的红外产品都能达到最佳的通信效果，于是IRDA将850至900nm规定为红外数据通信所采用的光波波长范围。红外通信基本原理是基带的二进制信号通过发送端的调制，然后形成一系列的脉冲串信号也叫做载波信号，通过红外发射管来发射红外信号再通过红外接收器来实现信号的转变，这样就形成了一个红外通信的完成。常用的调制方法有通过调制脉冲的宽度来实现信号调制的脉宽调制和通过调制脉冲串之间时间的间隔来实现信号调制的脉时调制两种。脉宽调制也叫做PWM，脉时调制也叫做PPM。PPM是红外数据协会和国际电子电工委员会（IEEE）都觉得可行并且推荐的调制方式。本设计采用的就是两大组织推荐的脉时调制方法，即用脉冲串间时间的间隔来表示二进制信息，传送的数据比特是仿照不带奇偶校验的RS232通信，首先会产生一个同步头，然后再接着8位数据比特，如图2-1所示。载波信号频率为38kHz，周期T为26.32us本设计使用单片机软件所产生的载波，取载波信号的周期T=26us，脉冲宽度t1等于10T结果是260us，令二进制数0和1的脉冲串的周期t2 和t3，则t=2500us、t3=1000us。生活中普通的红外遥控是采用面向指令的帧结构，数据帧是由同步码、地址码和指令码组成的。指令码的长度多为816bit，它在传送多字节的遥控协议时效率偏低，但是如果增大指令码的长度又会不利于接收器的同步，因为这样的一个原因所以本设计采用的帧结构是一种面向字节的方式。所采用的结构是类似于异步串行通信的帧结构，每帧是由一个起始位（二进制数0）、8个数据位和2个停止位（二进制数1）构成，结构图如图2-2所示。每一个数据帧传送1个字节的数据，每两个数据帧之间的间隔大于2ms，帧结构不包括地址信息，它的寻址问题是由高层协议来解决的。图2-2数据帧结构示意图由于光线都会存在反射红外线也不例外，因此红外通信应该采用一种特殊的传输方式，即异步半双在全双工方式下发送的信号会有可能会被本身接收的工作方式，也就是用于通信的某一方发送和接收信号是交替进行的。3.1.2红外通信标准1993年，由世界知名的二十多家公司其中包括了COMPAQ、HP和INTEL等联合发起最后成立了现在红外数据协会（Infrared Data Association,简称IRDA）。在1993年6月28日，来自世界各国的50多家企业的总共多达120多位代表出席了IRDA的所召开的首次会议，在会议上就“建立统一的红外通讯标准”这一重点问题达成了最后一致。之后产生了基于HP-SIR所开发出来的一种异步半双工的红外通讯方式，它就是“IRDA1.0”简称为Serial InfraRed（SIR）。它是SIR以系统的异步通讯收发器（UART）为依托，通过对串行 数据脉冲的波形 压缩和对所接收的光信号 电脉冲的波形扩展 这一编码解码过程（3/16 EnDec）实现红外 数据传输。但是它的传输速率会受到异步通讯收发器的通讯速率限制，所以它的最高通讯速率也就值相当于电脑串行端口的最高速率也就是115.2kbps。IRDA标准的包括一个规范即物理层的规范（Physical Layer Link Specification），和两个协议即链接建立协议（ink Access Protocol）和链接管理协议（Link Management Protocol）。红外通信硬件上设计的目标和要求是物理层规范制定的，而对链接进行设置、管理和维护是IRLAP和IRLMP两个软件层来负责的。在IRLAP和IRLMP它们基础上，IRDA还相继发布了TIN YTP、IROBEX、IRCOMM、IRLAN和IRB US等一些用于更高级别的红外协议，用来针对于某些特定的红外通信应用领域（见图2-3）。图2-3 IRBUS红外线通信协议层3.1.3红外线遥控原理红外线的发射及接收控制电路均采用了80 51单片机来实现。这样一来它的电路就很简单并且可以选择输出控制的方式，因此它很具有实用性。整个系统的工作过程可以总结为如下：在发射的时候，首先是将从串行发射口 P3.1送出的信号数据反馈到 P1.1口行内部进行调制，再将信号数据从 P1.2口送出，之后再用红外发射 二极管将信号数据发射出去，发射的距离为10 m。在接收的时候，首先是采用与发射的部分成套的红外 接收头将发射出的数据信号接收之后送到串行口 P3.0中，然后由系统来识别接收数据到的数据再与发送数据进行比较看是否相符，如果结果不相符，那么发光二极管就会熄灭；如果结果相符，那么系统将会开锁。3.2系统的结构设计3.2.1 STC89C52单片机介绍STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但在此基础上做了很多的改进使得该芯片具有了传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52的标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。该单片机的引脚具体结构如下图： 该芯片引脚介绍：（1）输入与输出的口线P0.0P0.7 P0口的8位双向口线；P1.0P1.7 P1口的8位双向口线；P2.0P2.7 P2口的8位双向口线；P3.0P3.7 P3口的8位双向口线；（2）ALE是地址锁存的控制信号在系统扩展的时候，ALE的是起到把控制从P0口输出的低8位的地址锁存器存起来的作用，来实现数据和8位地址的一个分时传送。另外因为ALE的正脉冲是以1/6的晶振频率来固定输出的，它便可以作为外部的时钟或外部的定时脉冲来使用。（3）外部程序存储器的选通信号 PSEN在外部的ROM读取时，PSEN是有效的（低电平），用它来实现外部的ROM的单元的读操作。（4）EA：用来访问程序存储器的控制信号当EA的信号是低电平的情况的时候，系统对ROM读的操作是面向外部的程序存储器的；但如果当EA的信号为高电平时，那么对ROM的读操作是则是从相反的内部程序存储器开始的，并且还可以延续到外部的存储器。（5）复位信号是当输入的复位信号持续输入2个周期以上的高电平时，就为有效，用来完成我们单片机的一个复位操作。（6）XTAL1和XTAL2是作为外接的晶振引线端当我们使用的是芯片内部的时钟时，XTAL1与XTAL2是用于微调电容和外接的石英晶体振荡器；当我们使用的是芯片外部的时钟时，它们则是用于外接的时钟脉冲信号。3.2.2硬件的结构图系统以单片机8051为核心，系统的结构框图如图3-1所示。系统的功能设计目标内容应该包括：红外线信号的发射功能模块，红外信号的接收和转换模块、单片机系统模块、报警蜂鸣器模块、矩阵键盘电路、液晶显示电路设计、密码各种功能的模块以及系统开锁功能模块等方面。下面将介绍各个单元模块的设计与实现。图3-1红外遥控密码锁硬件结构图3.3各硬件部分设计3.3.1矩阵键盘电路本设计中的矩阵电路模块的键盘是采用4*4的矩阵键盘。键盘电路如图3-2所示。在矩阵键盘的工作中，确定矩阵式键盘上是否有键被按下，通常是采用“行扫描法”来进行的。具体按键对应的注释如下：S2定义的是数字“1的输入”；S3定义的是数字“2”的输入；S4定义的是数字“3”的输入；S5定义的是确定的这一个操作；S6定义的是数字“4”的输入；S7定义的是数字“5”的输入；S8定义的是数字“6”的输入；S9定义的是手动的开锁和闭合；S10定义的是数字“7”的输入；S11定义的是数字“8”的输入；S12定义的是数字“9”的输入；S13定义的是修改密码这一个操作；S14定义的是还原操作；S15定义的是数字“0”的输入；S16定义的是删除前一个数字的操作；最后S17本次设计是没有定义操作的。在本设计中首先是将列线置于高电平，然后进行行线扫描。如果有行线为高电平时，就可以确定有按键被按下，并且系统会将相应的行线进行编号存放；其次转换到列线的扫描程序，步骤跟行线扫描相同是首先将行线置于高电平，跟着进行列线扫描，如果有列线为高平，就可以确定有按键被按下并将该列线进行相应对的编号进行存放。在每一个单片机的应用系统中，都会设置键盘结构，它的主要作用是为了控制运行状态，用户输入一些命令或者数据，用来完成系统的输入和处理过程。键盘是用户与单片机进行信号交流最基本的途径。以按键输入的形式来设置控制功能或者输入数据，按键的输入状态在本质上其实是一个开关量。对于简单的开关量的输入可以采用独立式的按键输入方式，这种方法的接口简单，不过这种方式占用的单片机 I/O端口的资源较多，所以在处理输入参数较多且功能复杂系统的时候，就需要采用矩阵式键盘来进行 对输入的控制。3.3.2单片机的时钟电路与复位电路设计本系统采用STC系统列单片机，此单片机相比其他系列单片机有很多的优越之处。它的资源要比其他的单片机要多，而且它的执行速度非常快；STC系列单片机是使用串口来对单片机进行烧写，它下载程序起来较为方便；而且STC51单片机内部集成了“看门狗”电路；也具有非常的强抗干扰能力。本系统采用的内部方式是时钟电路和加电自复位的复位电路，如下图3图4所示：由于单片机的P0口内部不含有上拉电阻为高阻态，这就导致了它不能正常地输出高/低电平，所以该组的I/O口在使用的时候必须要外接上拉电阻。3.3.3 液晶显示电路设计液晶显示器（LCD）是一种功耗非常低的显示器，所以它的使用非常广泛，包括了日常生活中常见的电子表屏幕、计算器屏幕、数码相机的显示屏幕、计算机的显示器和液晶电视的屏幕等等。此次遥控电子密码锁中需要显示的信息比较多包括了密码输入的结果、显示密码、密码修改的显示，因此为了能够得到直观的结果，也为了在设计的美观上加分，使用总线和排阻的进行来简化连接方式，本设计就采用液晶显示屏LCD来进行操作显示，具体的连接方式以及连接图如图3-5所示。 图3-5液晶显示电路3.3.4存储芯片电路设计总线（Inter Intergrate Circuit BUS）的全称是芯片间总线，它的作用是在芯片间以两根连线来实现全双工的同步数据传送，这两根连线分别是一条数据线简称“SDA”和一条串行时钟线简称“SDL”,所以它可以非常简单地构成外围器件的扩展系统。总线是采用两线制的，就是刚刚所说到的数据线“SDA”和时钟线“SCL”，为了实现数据的存储，本设计系统使用非常典型的串行总线EEPROM芯片AT24C01 系列，系统是采用此芯片来进行数据的存储，存储系统的接线图如图3-6所示。 图3-6存储芯片电路3.3.5报警电路顾名思义报警电路就是用来在用户输入错误密码的时候发出报警信号的电路系统，报警电路的构成部分是蜂鸣器及外围电路组成。它的实际效果就是在系统接收到用户输入的密码并对其做出判断错误的时候，系统将错误的信号通过电路传送到报警电路，这时候报警电路就做出相应的反应。本系统采用的是蜂鸣器报警，实际效果就是在输入错误密码之后它会发出“滴”的声音，也相当于是在实际生活中的警报器的作用。报警电路的组成以及接线图如下图3-7所示。 图3-7报警电路接线图3.3.6密码锁电路密码锁电路部分由继电器来构成，当密码错误时系统会做出报警效果，当密码输入正确的时候密码锁电路就会做出相应的反应，继电器就会在电路的效果下吸合。这样就可以得出输入密码正确的。得到的效果就是密码锁打开，在本次的设计中我还特意添加了一个指示灯这样就可以从两个信息来反应输入的结果。而且在后期的制作中还可以添加一个实际的电磁锁这样起到的效果会更加明显，反应的效果也更加切实。密码锁电路的构成和连线图如下图3-8所示。 图3-8密码锁电路35 系统软件的实现4 系统软件的实现4.1主程序流图下图4-1是本次设计的主程序的流程图，本设计还特别添加了管理员密码这个特别的功能，用户必须要需要使用正确用户的密码或者是正确的管理员密码才可以打开锁。而且本设计的修改密码可以通过两种方式，一种是通过用户密码来进行修改密码的操作；第二种则是用管理员密码来重新设置密码，这样就可以避免用户在忘记用户密码之后的一筹莫展。管理员密码是最初就设定的当然也是可以修改的。当用户在输入密码的时候系统就会做出反应，本设计的密码锁可以实现的功能有：密码的修改、忘记密码之后的重设操作、修改管理员密码。而且在用户输入错误的密码的时候系统自动报警，当用户连续输入三次错误密码的时候系统就会自动将键盘锁住一分钟。当然系统也有复位操作，只需要按下此键系统就会恢复。具体的操作步骤、主程序的构成、每一步的反馈以及方式请看下图4-1开始设置密码初始化输入密码报警报警程序报警程序N报警次数加1密码正确？ Y Y 开锁程序开锁？继电器打开 Y修改密码修改密码程序返回图4-1主程序流程图4.2遥控接收与发射软件设计遥控的接收和发射是通过我们的发射和接收模块来进行的，我们的红外发射器也相当于另外一个矩阵键盘，它的作用是来输入我们用户的指令。它同样有数字输入和功能输入两种功能，红外发射器体积较小方便携带。并且可以通过遥控的方式来控制我们的密码锁。由于本次设计采用的遥控器就是普通的car遥控器，所以在某些操作上面会有点局限，不过并不影响用户的操作。本次设计的遥控具体功能以及流程的实现如下：（1） 开启密码锁特别说明：开启密码锁的操作可以由键盘也可以由遥控器完成1) 首先是要打开密码锁的开关，然后在遥控上按下用户自行设定的密码；2) 输入密码完成之后，按“确认”键，系统将作出应答，即继电器打开，led显示灯亮，（2） 密码的修改在修改密码的操作前，必须是要先打开密码锁的，这是修改密码操作的基础A) 密码修改的第一遍1) 打开密码锁之后，按遥控器上面的“修改密码”按键，之后显示屏就会出现两排英文字母就相当于叫你输入两次密码；2) 然后就先在遥控器上面输入第一遍想好的密码， 3) 输入完成之后按确定键，第一遍就完成了。B)密码修改的第二遍1) 按照上一步的操作依次输入密码，2) 然后再按“确认”键，密码的修改就完成。（3） 管理员密码的使用在本次的设计产品中我们还特别添加了管理员密码的操作，为的是方便用户在忘记密码之后的重设密码操作，当然对遥控器也同样可以设置操作。（4） 密码错误锁定当用户密码输入错误的时候，蜂鸣器会短暂的响起，显示器也会显示您锁输错误密码的次数，如果用户密码输入错误3次，那么蜂鸣器将会持续响起，而且系统也会将键盘和遥控器锁定1分钟。而且它各种键盘具有的功能它都有，具体的传输和软件设计方式参考下图4-2 图4-2遥控发射和接收4.3开锁软件设计如图11开锁流程图，因为本设计采用液晶显示器，为了节约能耗，液晶显示器在用户不操作的一小段时间之后便会锁住，这时候我们需要按任意键进行屏幕的解锁显示，之后我们就可以输入我们的用户密码来进行开锁操作了，这里的用户密码我们设定为“123123”，输入正确的用户密码之后，按确认操作，系统就会得到开锁的结果。具体流程图如图4-3所示。开始初始化按开锁键输入密码输入次数加1确认密码所输入密码正确？报警报警程序 开锁返回图4-3 开锁流程图 仿真设计与结果5仿真设计与结果5.1仿真软件介绍在本次设计中，由于设计的特殊要求，因此我们采用的是Keil软件和Proteus软件来进行电路的仿真。一、 软件仿真平台介绍Keil 软件是美国Keil Software 公司开发的，它是就目前以为世界上最好最全面的51单片机开发工具之一。它支持汇编语言、C语言以及混合编程，同时