【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 uit. Key word: AT89C51 。infrared remote control。cipher lock。selfmotion 貴州師范大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù) 第 11 頁 1 緒論 概述 鎖是我們生活不可缺少的生活電子產(chǎn)品，家中難免會(huì)有無人的時(shí)候，它給我們生活帶來了許多的便利，也在一定程度上給我們家庭安全帶來一定保證，但是隨著科技的不斷發(fā)展，盜竊的技術(shù)也越來越高明，所以傳統(tǒng)機(jī)械鎖已經(jīng)不能滿足人們的安全需求，在此基礎(chǔ)上紅外遙控密碼鎖就產(chǎn)生了，紅外遙控開鎖系統(tǒng)開鎖主要是通過紅外線的發(fā)送與接收。 我國的紅外遙控技術(shù)正在發(fā)展基礎(chǔ)階段，而國外的紅外遙控技術(shù)已趨于成熟，所以我國紅外遙控技術(shù)還有待于發(fā)展，由于技術(shù)的不成熟，紅外遙控技術(shù)還沒有推廣到大多數(shù)家庭，只有極少數(shù)家庭在使用紅外遙控開鎖技術(shù)，所以選擇此 論文的一個(gè)原因是希望更多家庭了解紅外技術(shù)的使用，讓他們的家庭安全有所保障。 設(shè)計(jì)目的 鎖是我們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚碾娮赢a(chǎn)品，但是鎖的種類繁多，安全性也各不相同，此次設(shè)計(jì)的紅外遙控開鎖系統(tǒng)安全性能相對(duì)于來說比較可靠，但是對(duì)紅外遙控開鎖系統(tǒng)人們沒有具體的了解，所以其使用并不廣泛，只局限于一些大型企業(yè)或者機(jī)構(gòu)，沒有具體運(yùn)用到我們現(xiàn)實(shí)生活中小到家庭的用戶，通過此次紅外遙控的設(shè)計(jì)，讓人們對(duì)紅外遙控技術(shù)有個(gè)具體的理解，也對(duì)紅外遙控技術(shù)的原理有所了解，達(dá)到理論與實(shí)際相結(jié)合的效果。 設(shè)計(jì)思想 此設(shè)計(jì)使用的核心元件是單片機(jī)系 列的 AT89C51 單片機(jī)，紅外遙控主要是在紅外通信原理的基礎(chǔ)上來實(shí)現(xiàn)的，通過二極管對(duì)紅外線的接收與發(fā)送實(shí)現(xiàn)開鎖，除此之外還配有密碼報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)用戶輸入的密碼錯(cuò)誤時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)會(huì)驅(qū)動(dòng)報(bào)警。 設(shè)計(jì)功能 選擇密碼 把密碼程序放在 EPROM 里面 ,選擇密碼主要通過 AT89C51 單片機(jī) 接口 來完成 。具體操作過程如下 :按下 按鈕 ,按順序輸入密碼 ,輸入完以后按下確認(rèn)鍵 “” 即可 選擇密碼。 密碼顯示 直接輸入密碼容易被盜取，為了防止密碼的外露，顯示的時(shí)候并不是直接顯示用戶所按下的數(shù)字符號(hào)，而是以一個(gè)特殊的字母符號(hào)提示用戶按鍵是否按下。在有按鍵按下的時(shí)候密碼將以“ H”形式在顯示屏上顯示出來，沒按鍵按下則不會(huì)顯示任何字符。此設(shè)計(jì)既保護(hù)了用戶的密碼又提示用戶是否輸入密碼，此乃該設(shè)計(jì)的安全性與可靠性的優(yōu)點(diǎn)。 本機(jī)鍵開鎖 用戶按順序輸入密碼，然后按下確認(rèn)鍵“ ”，如果輸入的密碼是正確的，按下“ ”的瞬間會(huì)驅(qū)動(dòng)開鎖， 但是用戶 輸入 密碼時(shí)應(yīng)注意 :輸入密碼數(shù)字和數(shù)據(jù)之間的時(shí)間間隔 為 3 秒 ,比如用戶密碼為 875643，當(dāng)輸入 第一個(gè)數(shù)字 8 后應(yīng)該在 3 秒之內(nèi)輸入第二個(gè)數(shù)字 7，如果超過該規(guī)定時(shí)間，則前面輸入數(shù)字將被視為無效。 貴州師范大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù) 第 12 頁 遙控開鎖 現(xiàn)在很多家庭都擁有自己私有的車庫，如果用傳統(tǒng)的機(jī)械鎖，用戶在進(jìn)出的時(shí)候都得下車開鎖，這樣很麻煩，若將紅外遙控鎖用于此，則用戶不用下車，只要手執(zhí)遙控器，就可以開門或關(guān)門，給用戶帶來許多便利，但是如果輸入的密碼不匹配則會(huì)報(bào)警，該設(shè)計(jì)為本系統(tǒng)的比較優(yōu)越的性能。 密碼錯(cuò)誤報(bào)警 報(bào)警器會(huì)在輸入密碼錯(cuò)誤時(shí)發(fā)出五秒報(bào)警聲，以此來提醒用戶密碼錯(cuò)誤或者提醒用戶有人闖入。當(dāng)連續(xù)輸入密碼錯(cuò)誤三次時(shí)，揚(yáng)聲器系統(tǒng)會(huì)反復(fù)的發(fā)出報(bào)警 聲，此時(shí)必須按下復(fù)位鍵方可停止報(bào)警。 紅外線簡(jiǎn)介 紅外線定義 太陽光譜中，紅光的外側(cè)必定存在看不見的光線，這就是紅外線 ，它是一種紅外光， 波長 在 1 毫米 到 770 納米 之內(nèi)。 紅外線的特點(diǎn) 根據(jù) 波長的 大小 順序 ， 眼睛可以看到 的 可見光依次（從長到短）為紅 光、 橙 光、 黃 光、綠 光、青光、 藍(lán) 光、 紫 光 ，如圖 。 圖 如圖 所示。紅光的波長 取值大致 為 ～ ， 波長比紅光長的電磁波一般稱為 紅外線。 紅外線的兩大特點(diǎn)： ? 在傳輸過程中不干擾其他電子電器設(shè)備的正常工作 ； ? 不會(huì)影響到周邊環(huán)境。 紅外線發(fā)射和接收 貴州師范大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù) 第 13 頁 發(fā)射與接收兩個(gè)部分共同組成紅外遙控系統(tǒng)。紅外發(fā)射端的發(fā)射元件主要選用能夠發(fā)出紅外線的紅外發(fā)光二極管，由它發(fā)出的光是不可見的，如圖 所示。發(fā)射與接收如圖 所示。 圖 圖 常見紅外發(fā)光二極管引腳圖 紅外發(fā)光二極管引腳圖如圖 4 所示。 圖 貴州師范大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù) 第 14 頁 圖 是常用的紅外接收頭，紅外接收頭一般有三只引腳： ? VDD（電源正極）； ? GND（電源負(fù)極）； ? Out (數(shù)據(jù)輸出 )。 紅外線一體化接收頭的主要參數(shù)如下： 工作電壓： ；工作電流： ；接收頻率： 38kHz；峰值波長： 980nm；靜態(tài)輸出：高電平；輸出低電平：小于等于 ；輸出高電平：接近工作電壓。 紅外技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 紅外技術(shù)在 1800 年被發(fā)現(xiàn)以后，相關(guān)技術(shù)人員就在此基礎(chǔ)上對(duì)它進(jìn)行研發(fā)，在技術(shù)人員的不斷努力下，許多紅外技術(shù)產(chǎn)品也相繼問世，它包含我們生活的方方面面，有醫(yī)療、國防、教育、安檢等不同層面，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)紅外技術(shù)的研發(fā)也沒有停止過，現(xiàn)在人們對(duì)紅外遙控技術(shù)的研究與開發(fā)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，紅外遙控技術(shù)產(chǎn)業(yè)還有及其寬廣的開發(fā)空間。如圖 為紅外技術(shù)的發(fā)展歷程。 圖 電子密碼鎖簡(jiǎn)介 電子密碼鎖：通過輸入密碼來控制電路或者芯片的工作從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械開關(guān)的閉合這樣一類電子產(chǎn)品，現(xiàn)在運(yùn)用比較廣泛的電子密碼鎖是以芯片為核心器件，通過單片機(jī)的編程來實(shí)現(xiàn)的。它的安全性和性能已經(jīng)極大超過傳統(tǒng)機(jī)械鎖。其特點(diǎn)如下所示： （ 1）硬件成本較低，軟件簡(jiǎn)單安全，易于大批量生產(chǎn)； （ 2）通用性較強(qiáng)，可以根據(jù)不同的需要安裝在不同的設(shè)備上； （ 3）電子密碼鎖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，發(fā)生故障概率低，輸入密碼操作簡(jiǎn)單方便； （ 4）使用的靈活性強(qiáng)，不像傳統(tǒng)機(jī)械鎖必須要有相對(duì)應(yīng)鑰匙才能開鎖； （ 5）沒有活動(dòng)的零件，基本上不會(huì)磨損，壽命比較長； 貴州師范大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù) 第 15 頁 （ 6）輸入密碼不匹配保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)密碼輸入多次都與原始密碼不匹配時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，達(dá)到保護(hù)效果； 電子密碼鎖的發(fā)展趨勢(shì) 在我們?nèi)粘５墓ぷ髋c生活中，部門和住宅的安全防護(hù)，單位的機(jī)密文件檔案，財(cái)務(wù)報(bào)表及一些個(gè)人資料的保存大多都是用加鎖的方法來解決的。通常人們需要帶多把鑰匙，使用特別不方便，而且鑰匙丟失以后風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)變大。由于科學(xué)技術(shù)的層層更替，安全保險(xiǎn)的要求也越來越被人們重視，電子密碼鎖就在這種人們的需求下產(chǎn)生了，它具備了傳統(tǒng)機(jī)械鎖不具備的可靠性、安全性、功耗低、操作簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。 紅外遙控開鎖系統(tǒng)在一定程度上替代了傳統(tǒng)機(jī)械鎖安全可靠性能差的缺點(diǎn)，使得密碼鎖不管在性能上還是在技術(shù)上都有很大的提升。伴隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，特別是單片機(jī)（ MCU）技術(shù)的研制成功，帶微處理器的全智能密碼鎖也隨之問世，從而使得可靠性與安全性也大大提高，應(yīng)用也日益發(fā)展。隨著人們對(duì)科技的發(fā)展與安全的極度重視，許多電子智能鎖（如 IC 卡辨認(rèn)、指紋識(shí)別）已經(jīng)在國內(nèi)外相繼問世。而且很多時(shí)候指紋識(shí)別器在公共場(chǎng)所使用容易被機(jī)械損壞，而 IC 卡不但制作成本極高，而且還容易損壞、丟失，所以在一定程度上限制了這類產(chǎn)品的推廣 與普及，鑒于當(dāng)前的技術(shù)水平和被市場(chǎng)接受的程度考慮。 2 紅外設(shè)計(jì)理論的分析 紅外線的物理特性 紅外輻射技術(shù)也簡(jiǎn)稱為紅外技術(shù)。紅外輻射習(xí)慣于被人們稱之為紅外線?？梢苑譃橐韵滤膫€(gè)波段： （ 1）近紅外，波長位于 到 3um 之間； （ 2）中紅外，波長位于 3um到 6um 之間； （ 3）遠(yuǎn)紅外，波長位于 6um到 15um 之間； （ 4）極遠(yuǎn)紅外，波長位于 15um 到 1000um 之間。 紅外線還具有以下一些特性： （ 1）大氣傳輸特性； （ 2）紅外光電效應(yīng)； （ 3）紅外輻射； （ 4）紅外反射。 通信的基本原理 從傳統(tǒng)的角度來定義通信，實(shí)現(xiàn)信息的傳輸與交換即為通信，而其最終的目的是能夠有效并且可靠地獲取、傳輸和交換信息。 通信傳輸?shù)木唧w的對(duì)象是消息，其表現(xiàn)是將載荷信息從一方傳輸?shù)搅硗庖环?。消息有符?hào)、視頻、數(shù)據(jù)、語音、文字、圖像等各式各樣的表達(dá)形式。 通信的實(shí)現(xiàn)方式也很多，但是使用比較廣泛的是光通信和電通信。電通信是通過電信號(hào) 貴州師范大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù) 第 16 頁 來攜帶傳輸消 息， 通過各種傳輸電信道進(jìn)行傳輸，最后到達(dá)通信對(duì)方；而光通信則是用光信號(hào)來攜帶所需要傳遞的消息從而實(shí)現(xiàn)通信。當(dāng)前使用最廣泛的是電通信。 通信的系統(tǒng)模型 傳遞或者交換信息所需要的一切技術(shù)設(shè)備的整體稱之為通信系統(tǒng)。 通信系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在，網(wǎng)絡(luò)通信占據(jù)著很大的市場(chǎng)，給人們的工作與日常生活帶來了很大的方便和高效。 通信的方式 單工、半雙工、全雙工傳輸 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式根據(jù)消息傳輸?shù)姆较蚝蜁r(shí)間的關(guān)系可以分為以下三種模式： ○1 單工通信； ○2 半雙工通信； ○3 全雙工通信。 ? 單工通信方式：消息只能夠在單一方向上傳遞，對(duì)于相互通信的雙方來講，只能為一方發(fā)送，而另一方接收。 ? 半雙工通信方式 ：相互通信的雙方都可以接收與發(fā)送消息，但是兩者不能夠同時(shí)進(jìn)行。 ? 全雙工通信方式：相互通信的雙方可以同時(shí)接收與發(fā)送消息而不產(chǎn)生影響。 串行傳輸方式與并行傳輸方式 串行傳輸僅使用一條線路，在傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候，需要把多個(gè)比特組成的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成串行的比特串，然后逐一傳輸每一個(gè)比特（一般有符號(hào)“ b”表示）。 在很多條并行傳輸信道上同時(shí)傳送一組比特?cái)?shù)據(jù)，并行傳輸使用非常廣泛，主要應(yīng)用于短距離設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。 異步傳輸方式與同步傳輸方式 為了能夠區(qū)分串行傳送的“字符”，一般在字符代碼前面加上“起”、而后面加上“止”，這也就實(shí)現(xiàn)了串行傳輸接收、發(fā)送雙方字符或者碼組的同步。 接收端建立準(zhǔn)確的時(shí)鐘信號(hào)，目的是為了能夠從接收到的數(shù)據(jù)流中正確的區(qū)分出每一個(gè)信號(hào)碼元，數(shù)據(jù)在發(fā)送時(shí)的單位一般是組（或幀），一組數(shù)據(jù)一般有多個(gè)字符，接收或者發(fā)送之間的碼組或者幀的同步，是通過傳送特定的同步序列或者傳輸控制字符來實(shí)現(xiàn)的，傳輸?shù)男瘦^高。 紅外通信的基本原理 紅外通信：通過紅外技術(shù)來實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)之間的近距離的信息轉(zhuǎn)發(fā)與保密的通信。紅外通信一般有以下兩個(gè)部分組成： ? 紅外發(fā)射系統(tǒng) ； ? 紅外接收系統(tǒng)。 貴州師范大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù) 第 17 頁 發(fā)射的任何一個(gè)紅外輻射源都得經(jīng)過紅外發(fā)射系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行相對(duì)應(yīng)調(diào)制后在發(fā)射出紅外信號(hào)，而紅外接收系統(tǒng)則用紅外探測(cè)器和光學(xué)裝置進(jìn)行信息接收，這一過程就構(gòu)成了紅外通信系統(tǒng)。 紅外線通信的基本原理：紅外發(fā)送端把基帶二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制成一系列的載波信號(hào)（脈沖串信號(hào)），紅外信號(hào)通過紅外線發(fā)射管來發(fā)射。經(jīng)常使用如下兩種方法： ? PWM（脈寬調(diào)制），通過脈沖的寬度來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制； ? PPM（脈時(shí)調(diào)制）， 通過 脈沖串之間的時(shí)間間隔來實(shí)現(xiàn)。 PPM（脈時(shí)調(diào)制）的使用范圍較廣，數(shù)據(jù)比特的傳輸與不帶奇偶校驗(yàn)位的 RS232 通信有相似之處，首先都得產(chǎn)生一個(gè)同步頭，然后后面接著八位數(shù)據(jù)比特，如圖 所示。 圖 載波信號(hào)的載波周期 T=，頻率 f=39KHz，該設(shè)計(jì)是由單片機(jī)軟件來產(chǎn)生載波，取 T=26us , 脈 沖 的 寬 度 t1 = 260us = 10T ，二 進(jìn) 制 數(shù) 0脈 沖 串 的 周 期t2=500us 二進(jìn)制數(shù) 1 脈沖串的周期 t3=1000us。 面向指令的幀結(jié)構(gòu)是紅外線遙控所采用的一般結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)幀通常由三部分組成，分別為指令碼、地址碼和同步碼，指令碼的長度多數(shù)設(shè)置 816個(gè) bit，在傳輸多個(gè)字節(jié)遙控協(xié)議的時(shí)候效率不高，每一幀都由一個(gè)二進(jìn)制數(shù) 0（起始位）、兩個(gè)二進(jìn)制數(shù) 1（停止位）和八個(gè)數(shù)據(jù)位組成，如圖 所示。 圖 3 主要的元器件介紹 主控芯片 AT89C51 AT89C51 是一種帶有 4K字節(jié)閃爍的可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROMFALSH PROGRAMMABLE AND ERASABLE READ ONLY MEORY）的低電壓，高 性能的 CMOS8 位微處理器，貴州師范大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù) 第 18 頁 也稱之為單片機(jī)（ MCU）。 AT89C51 單片機(jī)（ MCU）是一種可擦除只讀存儲(chǔ)器，可以反復(fù)地擦除一百次。 AT89C51 單片機(jī)包含有以下幾大單元： ? 中央處理器（ CPU）； ? 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)； ? 程序存儲(chǔ)器 (ROM)； ? 定時(shí) /計(jì)數(shù)器； ? 中斷系統(tǒng)； ? 串行接口。 AT89C51 單片機(jī)三大總線： ? 數(shù)據(jù)總線； ? 地址總線； ? 控制總線。 它的基本結(jié)構(gòu)如圖