【正文】 的數(shù)據(jù)反 饋到 口 進行內(nèi)部調(diào)制，再從 口 送出，再經(jīng)過紅外發(fā)射二極管發(fā)射出去，發(fā)射距離為 10m。 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 表 串行口工作方式 （ 2）波特率的設(shè)置 當串行口工作在方式 3時，波特率由下式確定，即： 紅外遙控電子密碼鎖的設(shè)計研究 20 波特率 =(2MOD/32)*定時器 T1 的溢出率 =(2MOD/32)*fOSC/(12*(28N)) 其中 ,fOSC 選 12MHz,T1 的初值為 0F4H,SMOD=0,則式 ()為 : 波特率 =(20/32)*12*106/(12*(28244)) =2604(b/s) 利用紅外遙控原理 紅外線發(fā)射／接收控制電路均采用 AT89S51 單片機來實現(xiàn)，電路簡單，輸出控制方式可選擇，實用性強。 UART 在接收時， ﹢電路對字符和奇偶校驗位中“ 1” 的個數(shù)加以檢測，如 “ 1”的 個數(shù)為偶數(shù)（奇校驗時為奇數(shù)），則表明數(shù)據(jù)傳輸正確；如 “ 1” 的個數(shù)為奇（奇校驗時為偶數(shù)）則表明數(shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)錯誤，如圖 （ b） 所示。 UART 發(fā)送完一幀后產(chǎn)生中斷請求， CPU 響應(yīng)后可以把下一個字符送到發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器 ,重復(fù)上述過程。接收部分在對奇偶校驗位和停止位進行了處理，有效字符數(shù)據(jù)被裝入接收數(shù)據(jù)緩沖器，如圖 所示。 在 UART 處于工作狀態(tài)時，接收部分始終檢測著 RXD 線，一旦發(fā)現(xiàn)線路上出現(xiàn)低電平信號，便開始一個字符數(shù)據(jù)的同步過程。 (1)接收部分 接收時，由 RXD 送來的串行數(shù)據(jù)先進入接收移位寄存器，變成并行數(shù)據(jù)后傳送給接收數(shù)據(jù)緩沖器，在控制信號的作用下，并行數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送給 CPU。 圖 硬件 UART邏輯框圖 硬件 UART 由 3 部分組成：接收部分，發(fā)送部分和控制部分，它既能進行并行到串行的轉(zhuǎn)換，又能進行串行到并行的轉(zhuǎn)換。 I/O 和數(shù)據(jù)的實現(xiàn) 數(shù)據(jù)的串行轉(zhuǎn)換通常都是用硬件手段 — 一種稱為通用異步接收器／發(fā)送器 UART 來 實現(xiàn)的。 計算機 計算機或外設(shè) 紅外遙控電子密碼鎖的設(shè)計研究 17 ●停止位：用來表征一個字符的結(jié)束，高電位有效。它的狀 態(tài)常由發(fā)送端的奇偶校驗電路自動根據(jù)發(fā)送字符中“ 1”的個數(shù)來確定。 ●奇偶效驗位：位于數(shù)據(jù)之后，只占有一位。 ● 數(shù)據(jù)位：起始位后面緊接著的就是數(shù)據(jù)位，它可以是 5 位、 6位、7位或 8 位，由于串行通信的代價是與數(shù)據(jù)的位數(shù)成比例，所以要根據(jù)需要來確定數(shù)據(jù)的位數(shù)，本設(shè)計取 8 位數(shù)據(jù)， 一位奇偶效驗位，一位停止位。 接收端不斷檢測線路的狀態(tài)，若連續(xù)為 1 以后又測到一個 0 ， 就知道是發(fā)來一個新的字符幀，馬上應(yīng)準備接收。 ●起始位：起始位為 0信號，占用一位，用來通知接收設(shè)備的字符幀開始來到。 一個字符由起始位開始，停止位結(jié)束。 低電平 （ a） (b) 高電平 紅外遙控電子密碼鎖的設(shè)計研究 16 圖 串行通信的示意圖 而按照串行數(shù)據(jù)的傳送方式，串行通信可分為異步傳送和同步傳送兩類，本設(shè)計選取異步傳送方式，如圖 所示為異步通信的字符幀格式。 紅外遙控器 系統(tǒng)設(shè)計 采用單片機串行通信原理 在實際工作中 ，與其外部設(shè)備之間常常要進行信息的交換，一臺計算機與其他的計算機之間有時也要交換信息，所有這些信息交換均可稱為“通信”。唯一的缺點是電源供電需 5V左右，無法用就兩節(jié)電池供電。當接收到頻帶內(nèi)的紅外信號時，紅外遙控電子密碼鎖的設(shè)計研究 15 MK0038接收器會輸出低電平，否則數(shù)據(jù)高電平，從而 “ 將時斷時續(xù) ”的紅外信號解調(diào)成原來的連續(xù)方波信號。 當紅外線發(fā)射器發(fā)出的信號經(jīng)空間傳送到 MK0038時，它內(nèi)部的 PIN紅外線接收管將紅外線轉(zhuǎn)換為電信號，該信號經(jīng)選頻 放大、解調(diào)后由 1腳輸出與 TTL電平兼容的電信號，該信號可以直接送入微處理器進行處理。 MK0038系列特性如下： 圖 MK0038引腳圖 頻率范圍： 、 、 38KHz、 40KHz 電源電壓范圍： ～ 工作電流： 3mA 最大遙控距離： 8m 工作溫度： 10～ +60℃ MK0038是黑色環(huán)氧聚光透鏡，濾除了可見光的干擾。 該方案使用一體化紅外接收器，集紅外接收和放大于一體，不需要任何外接元件，就能完成從紅外接收到輸出與 TTL電平兼容的所有工作，而體積和普通的塑料三極管大小一樣。但是，由于電路使用分立元件構(gòu)成，其穩(wěn)定性和抗干擾能力不高，影響紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。 圖中 RD1 為紅外接收管； R R4， VT1 構(gòu)成反相放大器； VT R C2構(gòu)成濾波器，濾掉 38KHz 的高頻載波； R R VT3 構(gòu)成整形 圖 低電壓紅外接收電路 電路，將濾波后的波形處理為較好的方波； C C3為耦合 電容； R2為限流電阻，當接收到較強的信號是保護 VT1。 經(jīng)比較，方案三既可滿足題目要求，電路又非常簡單，硬件成本又很低，僅僅是增加了軟件的編程負擔，使得紅外編碼非常靈活，所以采用該方案。 紅外編碼工作由軟件完成，因此，紅外編碼方案可以任意設(shè)計，外部只需配接非常簡單的硬件電路，大大降低了了電路的復(fù)雜性，有利于降低成本，減小遙控器的體積。 該方案使用微處理器的 I/O口直接產(chǎn)生 38KHz已調(diào)波，驅(qū)動紅外發(fā)光二極管，發(fā)射紅外數(shù)據(jù)。 方案三：微處理器單獨解決方案。 該方案可由微處理器任意制定密碼位數(shù)、編碼解碼算法和同步信號，大大提高了數(shù)據(jù)保密度。PT2262把 6位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，減輕編程負擔，使傳輸速度更快。 圖 PT2262紅外編碼發(fā)射電路 紅外遙控電子密碼鎖的設(shè)計研究 12 該方案由微處理器與專用編碼芯片 PT2262組合完成編碼工作 ，載波產(chǎn)生由 MC4011與 38KHz晶振一起構(gòu)成，振蕩產(chǎn)生 38KHz方波。 但是，專用芯片也有致命的弱點：專用芯片的應(yīng)用靈活性很差，其內(nèi)部編碼已經(jīng)固定，無法修改內(nèi)部數(shù)據(jù)，不適用于經(jīng)常需要改動傳送數(shù)據(jù)的場合；專用芯片幾乎都是面向指令型的編碼遙控方式，傳輸效率較低；大多數(shù)的專用芯片的內(nèi)部編碼及技術(shù)數(shù)據(jù)已經(jīng)公諸于世，會產(chǎn)生安全漏洞。 專用紅外編碼芯片種類很多，如日本三菱公司的 M50426AP、 PT226BL914 ZD6631等，此類芯片一般集載波振 蕩、編碼、發(fā)射于一體，具有很強的抗干擾能力，外圍電路簡單，使用很方便，而且價格也很低。這是本設(shè)計優(yōu)越性能之三。此乃安全可靠性能之一。紅外遙控電子密碼鎖的設(shè)計研究 10 當連續(xù)三次出現(xiàn)密 碼錯誤時，則系統(tǒng)會長期報警不止。如果鍵入完密碼后不按“＃”號，系統(tǒng)會當作放棄開鎖處理。 本機鍵開鎖 當用戶鍵入正確密碼后，再按確認鍵 “?！碧?，便會自動開鎖。有 鍵按下，就會顯示出字符 — “ H” ，沒有鍵按下，則不會顯示字符。當然我們還可根據(jù)需要在 EPROM 中存入更 多的密碼，供用戶選擇。比如現(xiàn) 在用戶要是選擇了 57618 這組數(shù)字作為密碼，則用戶只有首先按一下 上的按鍵， 接著在本機鍵盤上一一輸入 8 之后再按“ ”號鍵即表示 密碼被設(shè)置好了，那么下次用戶只要鍵入這組數(shù)據(jù)即可開鎖。 選擇密碼 我們將編好的密碼程序存儲在 EPROM 中，用戶通過密碼選擇鍵AT89S51 中的 口上的按鍵進行選擇。接收完數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進行分析，如數(shù)據(jù)有錯，則丟棄數(shù)據(jù)，系統(tǒng)報警，發(fā)出報警聲；如數(shù)據(jù)正確，執(zhí)行開鎖命令，則驅(qū)動開鎖。當有鍵盤按下，系統(tǒng)上電工作， 識別用戶命令，如是開鎖命令，則從存儲器中讀取密碼 信息，經(jīng)紅外線調(diào)制后發(fā)射出去。 紅外遙控電子密碼鎖的設(shè)計研究 8 紅外發(fā)射器（遙控器）組成及工作原理 圖 紅外遙控結(jié)構(gòu)框圖 紅外發(fā)射器 是紅外遙控密碼鎖的遙控器部分，紅外發(fā)射器 內(nèi)部存儲了密碼信息。 紅外遙控電子密碼鎖的設(shè)計研究 7 2 系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計思想 本系統(tǒng)采用單片機 AT89S51 作為本設(shè)計的核心元件，利用紅外線遙控原理和單片機串行發(fā)射、接收等功能而設(shè)計的一款具有本機開鎖和遙控開鎖的電子密碼鎖。每幀傳送 1個字節(jié)的數(shù)據(jù)，幀與幀間隔大于 2ms，幀結(jié)構(gòu)不含地址信息，尋址問題由高層協(xié)議解決 。 圖 PPM調(diào)制波形圖 載波信號的頻率 f =38KHz，載波周期 T=，本設(shè)計單片機軟件產(chǎn)生載波，取 T=26us，脈沖寬度 t1=10T=260us,二進制數(shù) 0 的脈沖串周期 t2=500us，二進制數(shù) 1 的脈沖串周期 t3=1000us。常用的有通過脈沖寬度來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈寬調(diào)制（ PWM）和通過脈沖串之間的時間 間隔來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈時調(diào)制（ PPM）兩種方法。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會（ IrDA）成立后，為了保證不同廠商的紅外產(chǎn)品能夠獲得最佳的通信效果，紅外通信協(xié)議將紅外數(shù)據(jù)通信所采用的光波波長的范圍限定在 850至 900nm之內(nèi)。 紅外線是波長 在 750nm至 1mm之間的電磁波，它的頻率高于微波而低于可見光，是一種人的眼睛看不到的光線。它一般由紅外發(fā)射和接收系統(tǒng)兩部分組成。 紅外通信基本原理 紅外遙控是單工的紅外通信方式，本設(shè)計的紅外遙控采用以通信方式為基礎(chǔ)的紅外遙控，而且本設(shè)計也使用了紅外通信技術(shù)，故著重分析紅外遙控電子密碼鎖的設(shè)計研究 5 紅外通信的基本原理。 圖 IrBus紅外線通信協(xié)議層 物理層規(guī)范制定了紅外通信硬件設(shè)計上的目標和要求， IrLAP 和IrLMP 為兩個軟件層，負責對鏈接進行設(shè)置、管理和維護。由于受到 UART通訊速率的限制， SIR的最高通訊速率只有 ，也就是大家熟知的電腦串行端口的最高速率。 SIR(Serial InfraRed)，它是基于 HPSIR開發(fā)出來的一種異步的、半雙工的紅外通訊方式。 IRDA 標準簡介 1993年，由 HP、 COMPAQ、 INTEL等二十多家公司發(fā)起成立了紅外數(shù)紅外遙控電子密碼鎖的設(shè)計研究 4 據(jù)協(xié)會 (Infrared Data Association,簡稱 IrDA)， 1993年 6月 28日，來自 50多家企業(yè)的 120多位代表出席了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會的首次會議，并就建立統(tǒng)一的紅外通訊標 準問題達成了一致。 接收端為了從收到的數(shù)據(jù)流中正確地區(qū)分出每一個信號碼元，首先必須建立準確的時鐘信號。缺點是對每一個字符都需加入“起、止”碼元，使傳輸 效率降低，故適用于 1200b／ s 以下的低速數(shù)據(jù)傳輸。加上起、止信號的作用就是為了能區(qū)分串行傳輸 的“字符”，也就是實現(xiàn)串行傳輸收、發(fā)雙方碼組 或字符的同步。 即在多條并行信道上同時傳輸一組比特數(shù)據(jù)，并行傳輸非常普遍，主要用于短距離的設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。 2. 串行傳輸與并行傳輸 串行傳輸只使用一條線路，在傳送數(shù)據(jù)時，需要將由多個比特組成的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的比特串，然后逐一傳送每一個比特 (用符號“ b”表示 )。 半雙工通信：通信雙方都可以收發(fā)消息，但不能同時進行。 紅外遙控電子密碼鎖的設(shè)計研究 3 通信的方式 1. 單工、半雙工和全雙工傳輸 點與點之間的通信，根據(jù)消息傳送的方向與時間關(guān)系，通信方式分為單工通信、半雙工通信和全雙工通信三種 。 通信發(fā)展到今天，網(wǎng)絡(luò)通信大行其道，給人們的日常生活與工作帶來了極大的便利與高效。目前使用最廣泛的還是電通信。 實現(xiàn)通信的方式有很多，但使用廣泛的是電通信和光通信。 通信傳輸?shù)木唧w對象是消息，表現(xiàn)為將載荷信息的消息從一方傳送到另一方。 紅外線是由于物質(zhì)內(nèi)部帶電微粒的能量發(fā)生變化而產(chǎn)生，它是一種電磁波，處于可見光譜紅光之外，突出特點是熱作用顯著。 紅外遙控電子密碼鎖的設(shè)計研究 2 1 設(shè)計理論的分析 紅外技術(shù)顧名思義就是紅外輻射技術(shù)。 第 4部分詳細介紹了紅外遙控電子密碼鎖的軟件設(shè)計，并運用相關(guān)仿真軟件 進行仿真調(diào)試。 第 2部分闡述紅外遙控電子密碼鎖的構(gòu)成及其設(shè)計的思想 、基本功能。只要加以功能擴充及優(yōu)化設(shè)計，即可 與 PC機的數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，可以組成一套房間的門禁管理系統(tǒng)。 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。相比之下，紅外遙控電子密碼鎖系統(tǒng)的成本 與接觸式密碼鎖系統(tǒng)相當，而且可以進行近距離遙控，使用十分方便。 參考文獻 .............................................. 38 附件 1 程序 ............................................ 39 ........................... 39 ......................