【正文】 基于單片機(jī)的紅外遙控電子密碼鎖設(shè)計畢業(yè)設(shè)計目錄1 引言 3 電子密碼鎖的背景與研究意義 3 紅外電子密碼鎖的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 4 課題研究方法 52 紅外通信原理 5 紅外的發(fā)射和接收 5 編碼解碼 6 調(diào)制 7 解調(diào)接收 73 硬件電路設(shè)計 7 整系統(tǒng)框圖 7 8 有關(guān)芯片的簡介 9 單片機(jī) AT89C51 9 11 I2C總線介紹 12 LCD1602 液晶顯示 15 18 19 復(fù)位電路 19 振蕩電路 20 繼電器驅(qū)動電路 20 24C02 21 LCD 1602 214 系統(tǒng)軟件設(shè)計 22 KEIL 軟件的簡介 22 系統(tǒng)功能子程序 22 數(shù)據(jù)讀寫模塊 22 紅外發(fā)射接收模塊 24 主流程圖 265 電路仿真及調(diào)試 27 報警電路 27 顯示電路 27 開鎖電路 28致謝 29參考文獻(xiàn) 30附錄A 外文資料翻譯 31附錄B 源程序 38附錄C 電路圖 601 引言 電子密碼鎖的背景與研究意義 在當(dāng)今社會，安全防盜已成為社會問題，而鎖自古以來就是防盜的重要工具，目前國內(nèi)大部分人使用的還是傳統(tǒng)的機(jī)械鎖，然而，眼下假冒偽劣的機(jī)械鎖互開率非常之高，此外，即使是一把質(zhì)量過關(guān)的機(jī)械鎖，通過急開鎖，甚至可以在不損壞鎖的前提下將鎖打開。機(jī)械鎖的這些弊端為一種新型的鎖——電子密碼鎖，提供了很大的發(fā)展空間。由于紅外遙控具有許多優(yōu)點， 例如紅外線發(fā)射裝置采用紅外發(fā)光二極管遙控發(fā)射器易于小型化且價格低廉； 采用數(shù)字信號編碼和二次調(diào)制方式，不僅可以實現(xiàn)多路信息的控制，增加遙控功能，提高信號傳輸?shù)目垢蓴_性，減少誤動作，而且功率消耗低；紅外線不會向室外泄露，不會產(chǎn)生信號串?dāng)_；反應(yīng)速度快、傳輸效率高、工作穩(wěn)定可靠等。工業(yè)設(shè)備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾。所以紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。 在本設(shè)計中，紅外遙控密碼鎖和 PC 機(jī)、數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)適時的、強(qiáng)大的管理，使得整個紅外遙控系統(tǒng)得到更好的完善。 本文從經(jīng)濟(jì)實用的角度出發(fā)，設(shè)計采用單片機(jī)為主控芯片，結(jié)合外圍電路，組成電子密碼控制系統(tǒng)，密碼鎖共6位密碼，每位的取值范圍為0～9，用戶可以自行設(shè)定和修改密碼，每個密碼按鍵都有聲、光提示。用戶想要打開鎖，必先通過提供的鍵盤輸入正確的密碼才可以，密碼輸入錯誤有提示，為了提高安全性，當(dāng)密碼輸入錯誤將報警，期間輸入密碼無效，以防竊賊多次試探密碼。六位密碼同時輸入正確，鎖才能打開。其特點如下：1) 保密性好，編碼量多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彈子鎖。隨機(jī)開鎖成功率幾乎為零。2) 密碼可變，用戶可以隨時更改密碼，防止密碼被盜，同時也可以避免因人員的更替而使鎖的密級下降。3) 誤碼輸入保護(hù)，當(dāng)輸入密碼多次錯誤時，報警系統(tǒng)自動啟動。 紅外電子密碼鎖的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 在日常的生活和工作中, 住宅與部門的安全防范、單位的文件檔案、財務(wù)報表以及一些個人資料的保存多以加鎖的辦法來解決。若使用傳統(tǒng)的機(jī)械式鑰匙開鎖，人們常需攜帶多把鑰匙, 使用極不方便, 且鑰匙丟失后安全性即大打折扣。在安全技術(shù)防范領(lǐng)域，隨著單片機(jī)的問世，出現(xiàn)了帶微處理器的密碼鎖，它除具有電子密碼鎖的功能外，還引入了智能化、科技化等功能，從而使密碼鎖具有很高的安全性、可靠性。 當(dāng)今電子密碼鎖發(fā)展已經(jīng)到了非常高的境界，由于電子元件特別是單片機(jī)應(yīng)用在這幾年得到空前發(fā)展，無論功能性，穩(wěn)定性都比較全面，在保密方面已做到人眼識別，指紋識別，人聲識別基本上電影上有的現(xiàn)實也有。在國外發(fā)展比較早，所以應(yīng)用也比較廣泛，主要在家庭裝較貴重地方，銀行，保險柜等應(yīng)用較多，在國內(nèi)這方面發(fā)展也較快，不管自己開發(fā)或是引進(jìn)都有，在重要地方應(yīng)用也較多，由于價錢比普通彈子鎖較貴，早幾年應(yīng)用較少，現(xiàn)在越來越普及到平?；?，未來的發(fā)展也會越來越被大眾采用，由于它的功能、安全是彈子鎖無法相比的[5]。發(fā)展前境也是非常大的。目前大部分的鎖采用的都是機(jī)械式的，其最大的缺點是利用簡單工具就能很容易地把鎖打開。針對這種情況，我們設(shè)計了一種紅外遙控密碼鎖，而一般設(shè)備都采用專用的遙控編碼及解碼集成電路，其制作簡單、容易，但由于特定功能的限制，只適用于專用的電器產(chǎn)品，其應(yīng)用范圍受到限制。而設(shè)計的紅外遙控密碼鎖系統(tǒng)能提高門禁系統(tǒng)的可靠性和安全性,適應(yīng)市場需要。該系統(tǒng)具有普通電子密碼鎖功能的同時,還增加了遙控功能。該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的實際應(yīng)用價值,所涉及的技術(shù)包括:紅外載波數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)、紅外遙控系統(tǒng)編碼及譯碼技術(shù)、電路設(shè)計與演示板制作技術(shù)等。 課題研究方法主要的設(shè)計實施過程：首先，選用ATMEL公司的單片機(jī)AT89C51，以及選購其他電子元器件。第二步，使用PROTEL99完成原理圖，并設(shè)計PCB圖完成人工布線（后因PCB板損壞決定采用萬能板焊接的方法）。第三步，使用Keil uVision3軟件編寫單片機(jī)的C語言程序、仿真、軟件調(diào)試。第四部，使用PROTEUS軟件進(jìn)行模擬軟、硬件調(diào)試。最后，聯(lián)合軟、硬件調(diào)試電路板，完成本次設(shè)計。2 紅外通信原理紅外遙控有發(fā)送和接收兩個組成部分。發(fā)送端采用單片機(jī)將待發(fā)送的二進(jìn)制信號編碼調(diào)制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。紅外接收完成對紅外信號的接收、放大、檢波、整形，并解調(diào)出遙控編碼脈沖。為了減少干擾， 采用的是價格便宜性能可靠的一體化紅外接收頭(HX1838， 它接收紅外信號頻率為38kHz，周期約26μ s) 接收紅外信號，它同時對信號進(jìn)行放大、檢波、整形得到 TTL 電平的編碼信號，再送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)解碼并執(zhí)行去控制相關(guān)對象。單片機(jī) HX1838紅外發(fā)射電路 單片機(jī) 圖2 原理方框圖（編碼與解碼是一對逆過程，不僅在原理上是一對逆過程，在碼的發(fā)收過程也是互反的，即以前發(fā)射端原始信號是高電平,那接收頭輸出的就是低電平，反之亦然。） 紅外的發(fā)射和接收紅外線波長在750nm至1um之間的電磁波，它的頻率低于可見光，是一種人的眼睛看不到的光線。紅外遙控具有抗干擾能力強(qiáng)，信息傳輸可靠，功耗低，成本低，易于實現(xiàn)等顯著優(yōu)點。紅外遙控由發(fā)送和接收兩部分組成，發(fā)送端采用單片機(jī)將待發(fā)送的二進(jìn)制信號編碼調(diào)制為一系列的脈沖信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。紅外接收采用性能可靠的一體化紅外接收頭接收紅外信號，它同時對信號進(jìn)行放大，檢波，整形，得到TTL電平的編碼信號，再送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)解碼并進(jìn)行相關(guān)操作。發(fā)送與接收示意圖如下所示： 編碼解碼39。039。的編碼與解碼 39。139。的編碼與解碼 圖 編碼與解碼遙控編碼脈沖由前導(dǎo)碼、16 位地址碼（8位地址碼、8 位地址碼的反碼）和 16 位操作碼（8 位操作碼、8 位操作碼的反碼）組成。前導(dǎo)碼：是一個遙控碼的起始部分，由一個9ms的高電平 ( 起始碼 ) 和一個4. 5ms的低電平 ( 結(jié)果碼 )組成，作為接受數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備脈沖。16位地址碼：能區(qū)別不同的紅外遙控設(shè)備，防止不同機(jī)種遙控碼互相干擾。16 位操作碼：用來執(zhí)行不同的操作。采用脈寬調(diào)制的串行碼，、“0”；、“1”?！?調(diào)制 上述“0”和“1”組成的32位二進(jìn)制碼經(jīng)38kHz的載頻進(jìn)行二次調(diào)制，然后再通過紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射。一般電視遙控器的遙控編碼是連續(xù)的32位二進(jìn)制碼組，其中前16位為用戶識別碼，能區(qū)別不同的紅外遙控設(shè)備，防止不同機(jī)種遙控碼互相干擾。后16位為8位的操作碼和8位的操作反碼，用于核對數(shù)據(jù)是否接收準(zhǔn)確?！? 根據(jù)紅外編碼的格式。遙控串行數(shù)據(jù)編碼波形如下圖所示： 編碼波形 解調(diào)接收接收方一般使用HX1838一體化紅外線接收器進(jìn)行接收解碼，當(dāng)HX1838接收到38kHz紅外信號時，輸出端輸出低電平，否則為高電平。所以紅外遙控器發(fā)送紅外信號時，參考上面遙控串行數(shù)據(jù)編碼波形圖，在低電平處發(fā)送38kHz紅外信號，高電平處則不發(fā)送紅外信號。 紅外接收完成對紅外信號的接收、放大、檢波、整形，并解調(diào)出遙控編碼脈沖。為了減少干擾，采用的是價格便宜性能可靠的一體化紅外接收頭(HX1838，它接收紅外信號頻率為38kHz，周期約26us) 接收紅外信號，它同時對信號進(jìn)行放大、檢波、整形得到 TTL電平的編碼信號，再送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)解碼并執(zhí)行去控制相關(guān)對象。3 硬件電路設(shè)計 整系統(tǒng)框圖 AT89C51 發(fā)射電路4*4鍵盤 復(fù)位電路 遙控器整體框圖 警報電路 接收電路 AT89C51 開鎖電路 復(fù)位電路 1602顯示電路 4*4鍵盤 24c02存儲電路 該系統(tǒng)由發(fā)射模塊和接收模塊兩部分構(gòu)成，遙控器發(fā)射模塊可以隨身攜帶，只要在接收器附近，即可遙控開鎖；接收器則集開鎖、修改密碼、報警和顯示于一體。本系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89C2051和AT89C52作為核心的元件，利用紅外遙控原理和單片機(jī)相關(guān)功能設(shè)計的一款具有本機(jī)開鎖，遙控開鎖和可修改密碼的電子密碼鎖。發(fā)射接收電路圖如下： (a) (b) 圖 發(fā)射與接收 有關(guān)芯片的簡介 單片機(jī) AT89C51 AT89C51 管腳圖AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（EPROM）和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)序存器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度/非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH存儲單元，AT89C51單片機(jī)為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活行高且價廉的方案。1) 主要特性:8031 CPU與MCS51 兼容 4K字節(jié)可編程FLASH存儲器(壽命：1000寫/擦循環(huán)) 全靜態(tài)工作：0Hz24KHz 三級程序存儲器保密鎖定 128*8位內(nèi)部RAM 32條可編程I/O線 兩個16位定時器/計數(shù)器 6個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路2)管教說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。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。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。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)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：管腳 備選功能: RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /