【導讀】代科學技術(shù)，就不可能建設(shè)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)、現(xiàn)代工業(yè)、現(xiàn)代國防。由此可見，早在19世紀?？茖W技術(shù)對國家的發(fā)展就起著決定性作用。隨著科學的不斷發(fā)展，技術(shù)的不斷更新，隨之。在這樣的背景下密碼鎖就誕生了，密碼鎖有安全性能高、功耗低、易操作等突。出優(yōu)點，所以密碼鎖漸漸成為家庭防盜主流產(chǎn)品。圍大等特點，它已經(jīng)被人們所接受。導致財產(chǎn)和人身安全受到威脅。遙控電子密碼鎖就克服了這些困難，它的操作屏蔽性很高，不容易被竊取密碼。所以紅外遙控電子密碼鎖的實用性非常高。的完善了，相對于其他的傳輸方式，紅外線傳輸數(shù)據(jù)既安全又實惠。將紅外線遙控技術(shù)用于電子密碼鎖系列，會使得電子密碼鎖的安全性、隱蔽。利用單片機，設(shè)計紅外遙控電子密碼鎖。碼錯誤時，不再允許輸入密碼，并以聲音和紅燈報警。單片機AT89C51主要控制和處理各個模塊的工作。

　　

【正文】 數(shù)字符號，如果有按鍵按下，則會顯示 出字符 — 個特殊字符“ H”，如果沒有按鍵按下，則不會顯示任何的字符。 本機鍵開鎖 用戶輸入開鎖密碼，在按下確認鍵“ ”后系統(tǒng)匹配密碼，若匹配正確則驅(qū)動開鎖。但用戶在輸入密碼的時候應(yīng)該要注意：數(shù)字和數(shù)字之間的輸入間隔時間為 3 秒，例如密碼為781834，當輸入第一個數(shù)字密碼 7 后應(yīng)該在 3秒的時間內(nèi)輸入第二個數(shù)字 8 ，否則，前面的輸入就會被視為無效。如果用戶輸入完開鎖密碼但是沒有按下確認鍵“?！碧枺瑒t系統(tǒng)會認為用戶放棄此次開鎖的處理。 密碼輸入錯誤自動報警 當用戶輸入的密碼與原始設(shè)置的密碼不相符的時候，整個系統(tǒng)內(nèi)的報 警系統(tǒng)會自動報警，報警器系統(tǒng)的揚聲器會發(fā)出 5 秒的報警聲。若用戶連續(xù)輸入密碼錯誤次數(shù)達到三次，報警器會不斷的發(fā)出報警聲。直到按下復(fù)位鍵后報警聲才會停止。 紅外遙控開鎖 有的用戶現(xiàn)在都擁有自己私有車庫，傳統(tǒng)機械鎖對于用戶來說比較麻煩，因為每次都得下車開鎖或者關(guān)鎖，紅外遙控密碼鎖對用戶開鎖就很方便，用戶可以不用下車，只要手執(zhí)遙控器就可以實現(xiàn)開鎖或者關(guān)鎖。但是紅外遙控開鎖也要匹配輸入的密碼是否正確，如果輸入密碼錯誤，同樣會發(fā)出報警。 貴州師范大學 物理與電子科學學院 電子信息科學與技術(shù) 第 31 頁 5 硬件設(shè)計方案 方法論證 紅外編碼與發(fā)射部分 解決方法：微處理器單獨解決的方法。軟件編碼發(fā)射電路如圖 所示。 圖 此方法是使用微處理器的 I/O 口直接產(chǎn)生 38KHz 的已調(diào)波，然后驅(qū)動紅外發(fā)光二極管，由紅外發(fā)光二極管發(fā)射出紅外數(shù)據(jù)。 紅外編碼工作主要通過軟件來實現(xiàn)，所以，紅外編碼方法可以任意的設(shè)計，而其外部系統(tǒng)只需要搭配極其簡單的硬件電路，這就使得系統(tǒng)電路的復(fù)雜性大大的降低，在成本方面也特別有利，也減小了紅外遙控器的體積。 由于使用的方法是軟件編碼， CPU 的一部分處理時間被占用，所以 CPU 的處理速度受到一定的影響，但是，對于紅外遙控器這類實現(xiàn)功能較為單一的系統(tǒng)來講，需要處理的任務(wù)特別少。 此方法電路系統(tǒng)非常的簡潔，硬件成本也很實惠，僅僅是加大了軟件的編程工作量，但是紅外編碼系統(tǒng)是非常靈活的。 紅外解碼與接收部分 解決方法：集成電路的解決方案， MK0038 接收電路如圖 所示。 圖 貴州師范大學 物理與電子科學學院 電子信息科學與技術(shù) 第 32 頁 此方法使用的是一體化紅外線接收器，紅外接收和放大集成一體化，因此不需要提供其他的外接元件系統(tǒng)，就可以實現(xiàn)從紅外信息的接收到輸出與 TTL 電平兼容的所有的傳送工作，而體積與普通的塑料三極管大小基本上是一樣的 。 MK0038 有以下 優(yōu)點 ： ? 抗干擾的能力強 ； ? 工作穩(wěn)定性能好 ； ? 外圍電路系統(tǒng)非常簡單 ； ? 成本又很實惠。 適用于各種各樣的紅外遙控與紅外數(shù)據(jù)的傳輸，對于替代其它紅外接收放大器，它是最為理想的元器件。它的缺點是電源的供電較高，一般為 5V 左右，所以兩節(jié)電池不能為其供電。 此方法既可以滿足題目的要求，電路又非常的簡單，硬件成本也很優(yōu)惠，通過軟件編程的方式，使得紅外編碼變得非常的靈活。 紅外線遙控器的系統(tǒng)設(shè)計 使用單片機串行通信的原理 串行通信基礎(chǔ)原理 在現(xiàn)實的工作當中，外部設(shè)備之間時刻都需要進行信息與信息的交換，所有的這些信息的交換均可以稱之為“通信”。通信的兩種基本形式： ? 并行通信形式 ； ? 串行通信形式 。 此設(shè)計選用的是串行通信方式，串行通信的示意圖如圖 所示。 圖 異步傳送方式與同步傳送方式是依據(jù)串行數(shù)據(jù)的傳送方式下的兩種串行通信方式，此設(shè)計選取的是異步傳送方式，異步傳送方式的字符幀格式如圖 所示。 圖 貴州師范大學 物理與電子科學學院 電子信息科學與技術(shù) 第 33 頁 由圖 可知，異步傳輸方式中的每一個字符都由起始位、停止位、數(shù)據(jù)位與奇偶校驗位四個部分組成。每一個字符開始于起始位，結(jié)束于停止位。異步傳輸方式中的一幀就由這四個部分夠成，即異步傳輸是以幀為單位進行傳輸?shù)摹? ? 起始位： 0 信號 代表起始位 ，共占一位， 它的 主要 功能 是通知接收設(shè)備的字符幀開始的 到來 。線路上在不傳輸字符的時候，應(yīng)該保持為 1。接收端不斷地監(jiān)測線路的發(fā)送狀態(tài)，在發(fā)送了一串連續(xù)的 1 以后接著有 0 發(fā)出 ，就知道一個新的字符幀 被發(fā)送過來 ，馬上準備接收傳送來的數(shù)據(jù)。 ? 數(shù)據(jù)位：數(shù)據(jù)位緊跟 在 起始位后面，它 的位數(shù)是不定的，可以是 5 位、 6 位、 7 位或者8 位，發(fā)送時，總是由最低位傳送。 ? 奇偶校驗位：位于數(shù)據(jù)的后面，只占用一位。奇偶校驗位在信息傳送當中的用處非常的大，它可以用來檢測信息在傳送的過程中是否有錯誤。 ? 停止位：一字符幀已經(jīng)接收完成的情況是接收端收到停止位的時候，同時，也在做好準備接收下一個字符幀，新的字符幀的起始位是在收到 0 的時候開始。 串行通信中的串行 I/O 口與數(shù)據(jù)的實現(xiàn) 數(shù)據(jù)的串行轉(zhuǎn)換基本上都是使用稱為通用異步接收器 \發(fā)送器 UART 的硬件手段來實現(xiàn)的。通用異步接收器 \發(fā)送器 UART 的硬件結(jié)構(gòu)如圖 。 圖 硬件 UART 主要由接收部分、發(fā)送部分與控制部分三個部分組成，它既能夠進行并行口到串行口的轉(zhuǎn)換，又能夠進行串行口到并行口的轉(zhuǎn)換。 接收部分 接收時，由 RXD 送來的串行口數(shù)據(jù)首先進入接收移位寄存器里面 ，變?yōu)椴⑿袛?shù)據(jù)以后貴州師范大學 物理與電子科學學院 電子信息科學與技術(shù) 第 34 頁 傳輸?shù)浇邮諗?shù)據(jù)緩沖器 ，并行數(shù)據(jù)在控制信號的控制作用下通過數(shù)據(jù)總線傳送到 CPU。 接收的主要問題是怎樣實現(xiàn)接收字符信息的再次同步。 UART 只要處在工作狀態(tài)中，接收部分就始終都在監(jiān)測著 RXD 線，只要發(fā)現(xiàn)線路上出現(xiàn)低電平的信號，一個字符數(shù)據(jù)的同步過程就開始進行。外部時鐘周期 Tc與數(shù)據(jù) Td 之間的關(guān)系為： Tc=Td/K(K=16 或 64) 如果 K=16，則采樣 RXD 線需要在每一個時鐘脈沖的上升沿，若發(fā)現(xiàn)有低電平，再連續(xù)地采集八次（一個 clock 采樣一次），如果都是“ 0”則確認起始位的開始，接收部分在對奇偶校驗位與停止位進行處理時，有效字符數(shù)據(jù)被裝入接收數(shù)據(jù)的緩沖器，接收數(shù)據(jù)的字符同步過程如圖 所示。 圖 發(fā)送部分 UART 的發(fā)送 過程主要由發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器來接收處理器 CPU 發(fā)送過來的并行數(shù)據(jù)，接收后并行發(fā)送到發(fā)送移位寄存器，并且在發(fā)送時鐘 clock 與發(fā)送控制電路的控制下通過 TXD 線連續(xù)地發(fā)送出去。在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候 UART 會自動地添加上起始位與停止位。中斷請求在 UART發(fā)送完一幀以后就會產(chǎn)生，下一字符傳送到發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器的前提是處理器 CPU 做出相應(yīng)的響應(yīng) ,接著重復(fù)以上過程。 控制部分 UART 在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候 ,﹢電路會自動的檢測發(fā)送字符位中的“ 1”的位數(shù)，且在奇偶校驗位上添加上“ 1”或者“ 0”，使得“ 1”的總位數(shù)（包括奇偶校驗位）是偶數(shù) （奇校驗時為奇數(shù)），收發(fā)兩端的奇偶校驗電路如圖 （ a）所示。 UART 在接收數(shù)據(jù)的時候，﹢電路對字符與奇偶校驗位中“ 1”的個數(shù)會自動的加以檢測，數(shù)據(jù)的傳輸是正確的前提是 “ 1”的總個數(shù)為偶數(shù)（奇校驗時為奇數(shù)）；如果“ 1”的個數(shù)為貴州師范大學 物理與電子科學學院 電子信息科學與技術(shù) 第 35 頁 奇數(shù)（奇校驗時為偶數(shù)）則表示數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中出現(xiàn)錯誤，收發(fā)兩端的奇偶校驗電路如圖 （ b）所示。 圖 串行接口的選擇及其波特率的計算 （ 1） MCS— 51 系列的單片機串行接口的工作方式一般分為四種，主要是通過 SCON 中的SM0 與 SM1 來定義，編碼及其功能如表格 所示，此設(shè)計選擇的是串行口工作方式 3。 表格 SM0 SM1 方式 功能說明 波特率 0 0 0 移位寄存方式 Fosc/12 0 1 1 8位 UART 可變 1 0 2 9位 UART Fosc/64或Fosc/32 1 1 3 9位 UART 可變 （ 2）波特率的設(shè)置 工作在方式 3波特率的確定，即： 波特率 =(2MOD/32)*定時器 T1 的溢出率 =(2MOD/32)*fOSC/(12*(28N)) 其中 ,fOSC 選為 12MHz,T1 的初始值為 0F4H,SMOD=0,則式子為 : 貴州師范大學 物理與電子科學學院 電子信息科學與技術(shù) 第 36 頁 波特率 =(20/32)*12*106/(12*(28244)) =2604(b/s) 利用紅外遙控的原理 AT89C51 單片機共同實現(xiàn)了紅外線發(fā)射 \接收控制系統(tǒng)電路，具有以下特點： ? 電路結(jié)構(gòu)比較簡單； ? 輸出的控制方式可以選擇； ? 實用性較強。 它的具體的工作流程如下： 紅外發(fā)射時：如圖 所示為紅外遙控發(fā)射電路圖。首先，數(shù)據(jù)由 接口送出，送出后由接口 接收并進行內(nèi)部調(diào)制，調(diào)試完成后由 口輸出，最后由紅外發(fā)射二極管將調(diào)試好的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，發(fā)射的距離大約為 10m。 紅外接收時：采用和發(fā)射端口配套的紅外接收頭，對比數(shù)據(jù)相符開鎖，不相符則不會開鎖且會報警。 紅外遙控發(fā)射的硬件電路設(shè)計 紅外遙控發(fā)射電路主要是利用了通用的紅外發(fā)射管，發(fā)送出的信號經(jīng)過三極管放大以后在通過紅外發(fā)射二極管發(fā)送出去。紅外遙控發(fā)射電路如圖 所示。 圖 紅外遙控開鎖的基本原理：本機鍵會在選擇紅外遙控開鎖的時候被自動的封鎖。此時，用戶只要按下手中的紅外遙控器 AT89C51 上的接口 口上的按鈕，數(shù)字便會從接口發(fā)出，貴州師范大學 物理與電子科學學院 電子信息科學與技術(shù) 第 37 頁 發(fā)送的基本過程如下： 由 輸出 數(shù)據(jù)，由 口接收并進行內(nèi)部調(diào)制，調(diào)制的具體規(guī)則是： ? “ 1” 電平不調(diào)制； ? “ 0” 電平調(diào)制。 最后通過紅外發(fā)光二極管把調(diào)制好的數(shù)據(jù)從接口 口以波長是 940mm 的可接收紅外光發(fā)出，主要發(fā)出的是紅外遙控信號。接著，在本機控制電路中的接口 口接有和紅外發(fā)光二極管相配套的紅外接收頭 MK0038，把接收的光信號轉(zhuǎn)化為電信號數(shù)據(jù)。最后，系統(tǒng)會自動的匹配所發(fā)送的數(shù)據(jù)與所存數(shù)據(jù)是否一致，如果兩個數(shù)據(jù)一致便可以打開鎖，如果兩組數(shù)據(jù)不一樣則放棄此次開鎖且報警。 紅外搖控門鎖系統(tǒng)的設(shè)計 數(shù)碼管顯示模塊的設(shè)計 LED 七段數(shù)碼管基本結(jié)構(gòu) 發(fā)光二極管顯示字段是 LED 七段數(shù)碼顯示塊顯示的主要器件，圖 所示為 LED 顯示器的結(jié)構(gòu)圖。此顯示模塊主要有兩種： ? 共陽極； ? 共陰極。 此設(shè)計使用共陰極。共陰極的七段 LED 顯示模塊的發(fā)光二極管和陰極相并接， LED 顯示塊的內(nèi)部電路如圖 （ a）所示。 圖 圖 七段 LED 數(shù)碼顯示器的顯示段碼 八位的并行輸出口輸出的不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可以獲得不同的數(shù)字或者字符， LED顯示塊貴州師范大學 物理與電子科學學院 電子信息科學與技術(shù) 第 38 頁 功能表如表格 所示。 表格 字型 共陽極段碼 共陰極段碼 字型 共陽極段碼 共陰極段碼 0 C0H 3FH 9 90H 6FH 1 F9H 06H A 88H 77H 2 A4H 5BH B 83H 7CH 3 B0H 4FH C C6H 39H 4 99H 66H D A1H 5EH 5 92H 6DH E 86H 79H 6 82H 7DH F 84H 71H 7 F8H 07H 空白 FFH 00H 8 80H 7FH P 8CH 73H 輸入按鍵模塊的設(shè)計 輸入按鍵方法可分為兩種： ? 獨立式 ； ? 行列式。 此設(shè)計的按鍵結(jié)構(gòu)主要采用獨立式，一共有 11個按鍵被設(shè)置。本機開鎖鍵盤電路如圖 所示。 圖 每一個獨立按鍵會單獨的占有一根 I/O 口線，每一個 I/O 口線構(gòu)成的按鍵的工作狀態(tài)是相互不影響的。其電路的設(shè)置方便靈活，軟件結(jié)構(gòu)比較簡單。 開鎖驅(qū)動模塊 鎖體部分使用的為技術(shù)比較成熟的電驅(qū)動鎖，開鎖驅(qū)動電路原理圖如圖 所示。 圖 貴州師范大學 物理與電子科學學院 電子信息科學與技術(shù) 第 39 頁 晶振電路設(shè)計 晶振電路的作用是給 單片機提供振蕩 時鐘 信號 ，以此來 使單片機 能夠 正常 的 工作 ， 本設(shè)計 中 采用了常用的晶振電路組成方案， 晶振電路設(shè)計如圖 所示 。 圖 復(fù)位電路設(shè)計 復(fù)位電路的功能在于對單片機進行復(fù)位從而達到對整個電路復(fù)位的功能。要達到目的則要求在復(fù)位按鍵按下后在 RST 引腳上要出現(xiàn)一個維持 2個機器周期高電平 [4]?？紤]到可以利用電容的電壓不能突變（需要一定的充放電時間） 復(fù)位電路 設(shè)計如圖 所示 圖 紅外遙控門鎖電路的設(shè)計 紅外遙控門鎖的邏輯框圖如圖 所示。 圖 紅外遙控門鎖電路如圖 所示， AT89C51 是此電路系統(tǒng)設(shè)計的核心元件， P0 口與