【正文】 高的產(chǎn)品。現(xiàn)在應用較 多 的數(shù)字密碼鎖是以芯片為核心，通過編程來實現(xiàn)的。其性能和安全性已大大超過了機械鎖。 其主要優(yōu)點有： (1) 安全系數(shù)比較高 ， 編碼量多 ,遠遠大于 機械 鎖。隨機開鎖成功率幾乎為零。 (2 密碼 可以更改，為了防止密碼被盜，同時也可以避免因為人員的 改變 而造成密碼鎖的安全系 數(shù) 有所下降 。 (3)誤碼輸入保護。當輸入密碼錯誤時，系統(tǒng)會報警。 (4) 功耗 低，成本低，使用壽命長。 (5) 結(jié)構簡單，操作靈活，故障率低 [1]。 課題的目的和意義 現(xiàn)代社會電子技術和計算機技術快 速 的 發(fā)展，單片機性能不斷 地發(fā)展，性價 比顯著提高，技術 也 日趨完善。由于單片機具有體積小、重量輕、價格便宜、功耗低、控制功能強及運算速度快等特點，因 此 在 我 國 國防建設、 儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天等領域 均得到了廣泛的應用。本設計利用單片機 以及其他一些 器件實現(xiàn)數(shù)據(jù) 的 采集 與 控制算法，來完成一 個現(xiàn)實 功能，檢 測 并提高同學對整體電路設計和把握能力，了解單片機系統(tǒng)設計流程，以及電 路板的實際制作和調(diào)試能力。同時也加強對數(shù)字電路、單片機和微機原理等課程知識的實際應用能力，也為同類產(chǎn)品的進一步發(fā)展奠定理論和實踐基礎。 1980 年 后，電子鎖專用集成電路 開始 出現(xiàn)，電子鎖的體積 不斷 縮小，可靠性 大大 提高，但是由于其成本較高，只 適 合使用于要求 安全性較高的場 所 ，且需要提供能量 的電源 ，使用還 只能 在一定 距離內(nèi) ，難以 大范圍 普及， 因此 對它的研究一直沒有 較大發(fā)展 。 目前，電子密碼鎖技術 發(fā)展很快，種類繁多 已被 普遍 應用 在 智能門禁系統(tǒng)中， 尤其是在西方一些發(fā)達國家更加廣泛， 通過多種技術 更加安全可靠的 實現(xiàn) 對 大門的管理。 然而我國電子鎖整體水平仍與國際上的整體水平有著很大差異，由于技術的局限性，因此電子密碼鎖的成本還很高，在市場上，一般以按鍵電子鎖為主流。但國內(nèi)自主研發(fā)的電子鎖，應用還不廣泛。但是值得高興的是，國內(nèi)的不少企業(yè)已經(jīng)積極學習和了解了先進的技術，發(fā)展前景非?？捎^。希望通過不斷的努力，使電子密碼鎖在我國也能得到廣泛應用 [1]。 電子密碼鎖發(fā)展趨勢 智能鎖，就是將電子 科學 技術、集成電路設計 以及各種 電子元器件， 運用多種 識別技術設計的產(chǎn)品。到了 90 年代，美國、意大利、德國、日本、加拿大、韓國以及我國的臺灣、香 港等地的微電子技術的進步和通信技術的發(fā)展為密碼鎖 的完善 提供了技術上的支持，從而推動密碼鎖 趨向 實際應用的階段。 從 20 世紀初的技術水平和市場認可程度看，使用最為廣泛的是鍵盤式電子密碼鎖，該產(chǎn)品主要應用于保險箱、保險柜和金庫，還有一部分應用于保管箱和運鈔車。在其他技術領域還有遙控式電子密碼鎖 和 卡片式密碼鎖等。由于這種 “ 自生自長、隨身攜帶 ” 的 “ 鑰匙 ”優(yōu)點突出，因此這種鎖 較快 度過了性能不太穩(wěn)定、價格昂貴的初始期，變得越來越實用、越來越 “ 特征 ” ，受到人們的普遍歡迎?，F(xiàn)今，生物特征技術發(fā)展迅速，除了價格因素和尺寸陜西理工學院畢業(yè)設計 第 2 頁 41 頁 體積 因素對普及尚有所限制外，生物特征 電子防盜鎖在金融業(yè)的前景被人們普遍看好。 因為 鑰匙的開鎖信息可以是數(shù)字、字符、時間、人體器官識別等可以利用的 多種 信息 ， 組合使用這些信息能夠使電子防盜鎖獲得高度的保密性。組合使用信息也能夠使電子 密碼鎖 鎖獲得無 限發(fā)展 的可能，使產(chǎn)品多樣化 [2]。 電子密碼鎖 鎖取代機械鎖是一個必然的趨勢，我們有理由相信， 它 將以其得天獨厚的技術優(yōu)勢，帶領中國鎖具行業(yè)得到更好的發(fā)展，讓更多的人更放心地在更多的場合使用，也會讓我們的未來更加安全。 本設計完成的工作 (1)熟悉 51 單片機集成開發(fā) 環(huán)境，運用 C 語言編寫工程文件； (2)熟練 使 用所選用單片機的內(nèi)部結(jié)構、資源，以及軟硬件調(diào)試設備的基本方法； (3)自行構建基于單片機的最小系統(tǒng)，完成相關硬件電路的設計實現(xiàn)； (4)密碼鎖的原理和實現(xiàn)方法。 (5)制作出的電子密碼鎖可實現(xiàn) 密碼顯示、密碼修改、紅外遙控開鎖、本機按鍵開鎖、密碼錯誤報警等功能 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 3 頁 41 頁 2 總體方案設計 圖 系統(tǒng)總體方框圖 如圖 所示， 本次設計 包括紅外發(fā)射功能模塊、紅外接收功能模塊、單片機 模塊、報警器功能模塊、 1602 液晶顯示模塊、按鍵功能模塊、開鎖功能模塊等 。 紅外遙控的發(fā)射 模塊是 將被調(diào)制過的紅外光波 用紅外發(fā)光二極管 發(fā)出 ； 再由 紅外接收電路將 其 的 紅外光 波 轉(zhuǎn) 變 為對 應的電信號，再送 給 后置 的 放大 電路 。 晶振電路 的主要作用是提供基準頻率，在電路產(chǎn)生震蕩電流 ,發(fā)出時鐘信號。復位電路 是使單片機的 CPU 和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，例如復位后 PC＝ 0000H， 使單片機從第 — 個單元取指令。鍵盤接口電路實現(xiàn)按鍵輸入密碼。開鎖電路是 當用戶輸入的密碼正確時，單片機便輸出開門信號 ，送到開鎖驅(qū)動電路，然后驅(qū)動電磁鎖，達到開門的目的。報警電路是密碼輸入錯誤時，蜂鳴器發(fā)出聲響報警。 電源模塊 由于本系統(tǒng)采用電池供電，我們考慮了如下 兩 種方案為系統(tǒng)供電。 方案 1： 采用 5V 蓄電池為系統(tǒng)供電。蓄電池具有較強的電流驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。但是蓄電池的體積過于龐大，在使用 時 極為不方便。因此我們放棄了此方案。 方案 2： 采用 4 節(jié) V 干電池共 6V 做電源，經(jīng)過 7805 變?yōu)?5V 的 電壓后為單片機，傳感器供電。經(jīng)過實驗驗證系統(tǒng)工作時，單片機、傳感器的工作電壓穩(wěn)定能夠滿足系統(tǒng)的要 求，而且電池更換 更為 方便。 綜上所述采用方案 2 主控制器模塊 方案 1： 采用可編程邏輯器件 CPLD 作為控制器。 CPLD 可以實現(xiàn)各種 非常繁雜 的邏輯功能、 它應用規(guī)模大，所占空間小， 穩(wěn)定性 能很 高、 IO 接口 豐富、 容易對其 進行功能 的 擴展。 也可運 用并行的輸入輸出方式， 將系統(tǒng)的處理速度大大提高 ， 因此很適用于作 大規(guī)模控制系統(tǒng)的控制核心。但本 次設計對數(shù)據(jù)的處理速度要求不高，也用不到過多 的邏輯功能， 而 且從使用及經(jīng)濟的角度考慮我們放棄了此方案。 方案 2： 采用 STC89C52 單片機作為整個系統(tǒng)的核心，用 其控制密碼鎖控制，以實現(xiàn)其既定的性能指標。充分分析我們的系統(tǒng)，其關鍵在于密碼鎖的控制，而在這一點上，單片機就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢 —— 控制簡單、方便、快捷。這樣一來，單片機就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有報警 電路 鍵盤 接 口 電路 開鎖電路 紅 外 發(fā) 射 器 紅 外接收 頭 LCD顯示 電路 晶振 電路 復位 電路 單 片 機 STC89C52 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 4 頁 41 頁 較為強大的控制功能及可位尋址操作功能、價格低廉等優(yōu)點。 STC89C52 單片機具有功能強大的位操作指令 ， I/O 口均可按位尋址，程序空間多達 8K，對于本設計也綽綽有余，更可貴的是 STC89C52 單片機價格非常低廉。 因此，這種方案是一種較為理想的方案。 從方便使用的角度考慮，我們選擇了方案 2。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 5 頁 41 頁 3 硬件實現(xiàn)及單元電路設計 主控制模塊 主控制最小系統(tǒng)電路如圖 所示。 圖 單片 機 主控電路 單片機的時鐘電路與復位電路設計 本系統(tǒng)采用 STC 系統(tǒng)列單片機，相比其他系列單片機具有很多優(yōu)點。一般 STC 單片機資源比其他單片機要多，而且執(zhí)行速度快； STC 系列單片機使用串口對單片機進行燒寫，下載程序較為方便； STC51 單片機內(nèi)部集成了看門狗電路；且具有很強抗干擾能力。 本系統(tǒng)采用內(nèi)部方式的時鐘電路和加電自復位的復位電路， 時鐘 電路用于產(chǎn)生 MCS51單片機工作所必須的時鐘控制信號，內(nèi)部電路在其控制下，嚴格地按時序指令工作。 MCS51單片機內(nèi)部有一個由高增益的反向放大器，它是用來構成振蕩器的 。 方法是：將該高增益反向放大器的輸入端（ XTAL1）和輸出端（ XTAL2）跨接晶振后并連微調(diào)電容，然后接地，從而構成一個穩(wěn)定的自激振蕩電路，用于提供時鐘信號。電路中的微調(diào)電容通常選擇為 30pF左右，該電容的大小會對振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性產(chǎn)生影響。晶體的振蕩器選擇頻率為 12MHz 的晶振。 復位電路有按鍵復位和上電復位，而 本系統(tǒng)中采用最簡單的外部按鍵復位來實現(xiàn)單片機的復位操作。另外，把 EA腳接高電平，使單片機訪問片內(nèi)程序存儲器并允許中斷操作； EA接低電平，單片機能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲器讀取指令。 電路 如下圖 圖 所示： 12XTAL30pFC130pFC2GND10uFCRST10KR1VCC GNDResX1X2 圖 時鐘電路 圖 復位電路 由于單片機 P0 口內(nèi)部不含上拉電阻，為高阻態(tài)，不能正常地輸出高 /低電平，因而該組I/O 口在使用時必須外接上拉電阻。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 6 頁 41 頁 單片機簡介及管腳說明 STC89C52 單片機 是一種 高速、低功耗、超強抗干擾的單片機 ， 工業(yè) 80C51 產(chǎn)品 指令和其引腳完全兼容。 傳統(tǒng)的 8051 系列單片機只有 128256 個字節(jié) RAM 可使用，對于工程量較大的程序設計時往往會不夠用。而 STC89C52RC 系列單片機擴展了 256 個字節(jié) RAM，拓展的容量，在應用中漸漸取代傳統(tǒng)單片機被廣泛應用。 它還擁有 8K 字節(jié)在線可編程的 Flash存儲器、支持在線 SPI 編程、 32 個雙向數(shù)據(jù) I/O 口線、兩個 16 位定時器 /計數(shù)器和全雙工 UART串行通道。 它 的 主要特性 ： （ 1） 與 MCS51 兼容 。 （ 2） 壽命： 1000 次擦 /寫 。 （ 3） 數(shù) 據(jù)保留時間： 10 年 。 （ 4） 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 。 （ 5） 512M 內(nèi)部 RAM 。 （ 6） 32 雙向數(shù)據(jù) I/O 線 。 （ 7） 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 （ 8） 5 個中斷源 。 （ 9） 可編程串行通道 。 （ 10） 芯片內(nèi)自帶振蕩器和時鐘電路 。 單片機 管腳說明 ： 圖 STC89C52 管腳圖 VCC：電源電壓，其工作電壓為 5V。 GND：接地。 P0 口： P0 口 是 一個 8 位雙向 I/O 口，內(nèi)部 不含 上拉電阻。連接電路時需 要 外接上拉電阻。 P0 口緩沖器能接 收 輸出 8TTL 門電流。當 P0 口的管腳第一次寫入 “1”時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠作為外部程序數(shù)據(jù)存儲器，暫時存儲外部輸入 數(shù)據(jù)而不需反復輸入。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。由于內(nèi)部上拉的緣故， P1 口管腳寫入 “1”后，其管腳電平被上拉電阻拉高，此時管腳用作輸入。 P1 口被上拉電阻下拉為低電平時，此時管腳 將輸出電流。 在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部 含有 上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器 能 接收輸出 4 個TTL 門電流。由于內(nèi)部上拉的緣故，當 P2 口被寫 “1”時，其管腳電平被上拉電阻拉高，且作陜西理工學院畢業(yè)設計 第 7 頁 41 頁 為輸入。 P2 口 被上拉電阻下拉為低電平時，此時管腳作為將輸出電流端口用。在 FLASH 編程和校驗時， P2 口用來接收高八位地址和控制信號。 P3 口： P3 口是一個內(nèi)部 提供 上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 口緩沖器 能 接收輸出 4 個TTL 門電流。 由于內(nèi)部上拉的緣故，當 P3 口被寫 “1”時 ，其管腳電平被上拉電阻拉高，此時可以作為輸入口使用。 P3 口也作為 STC89C52 的第二功能使用。 具體功能如表 所示： 表 P3 口功能表 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0（計時器 0） T1（計時器 1） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲