【正文】 能使不良之人乘虛而入等諸多弊端。因此近幾年一種新型的電子密碼鎖應運而生。 電子密碼鎖運用電子電路 控制機械部分，使兩者緊密結(jié)合，從而避免了因為機械部分被破壞而導致開鎖功能失常，大大增加了密碼鎖 的 防盜功能。 1 背景介紹及選題意義 選題的背景 密碼鎖是實際應用極為廣泛的一種數(shù)字電路 ， 它的主要功能是用來對某些操作進行加密保護 ， 目的是避免無權(quán)人員使用某些設施或者進行越權(quán)操作 ， 例如銀行自動柜員機、自動售貨機、門卡系統(tǒng)或者保險柜中都含有這種密碼鎖。電子密碼鎖具有機械鎖無可比擬的優(yōu)越性 ， 它不但可以完成鎖本身的功能 ,還可以兼有多種功能 ， 如記憶、識別、報警等 ， 電子密碼鎖以其安全性高、易操作等優(yōu)點受到越來越多人的歡迎。但是目前的電子密碼鎖大部分采用的是有單片機構(gòu)成的較為復雜的編程的設計方案。而在本設計中，采用了純電路的設計，沒有任何存儲元件和記憶電路，很好的降低了成 本。首先，整個電路是基于數(shù)字電路和模擬電路的，沒有非線性的信號輸入，使得電路的穩(wěn) 定性得到了很大的提高，抗干擾能力也有所提升。 2 總體設計方案 設計思路 本設計的主題思路是以低成本來實現(xiàn)民用密碼鎖的實現(xiàn)，因此，在整個設計中所涉及的部分都采用了廉價及常見的芯片來實現(xiàn) ，突出了高性價比的特點 。 傳統(tǒng)的密碼鎖鍵盤采用的是完整的鍵盤輸入，這是有一定得好處的，方便了用戶的使用，帶來了 友好的人機接觸。當用戶輸入密碼的時候， 第三方很容易偷窺到密碼的輸入，導致了密碼流失。在這里主要闡述一種思想，所以 設計的是三位 密碼 的密碼電路， 因此 ，按鍵部分也就是有三個 密碼輸入 按鍵 和開始 、 復位按鍵 ，每個按鍵的按下次數(shù)就是對應的每一位的密碼。 當需要輸入密碼時，先按下 “開始 ”鍵，然后依次輸入密碼。通常在知道密 3 碼的時候， 30 秒的時間足可以輸入密碼進入。用戶輸入密碼的時間超過 30 秒時，密碼鎖中的報警電路進行 180 秒的報警。 設計總 體框圖 電子密碼鎖分為兩部分設計，分別是控制電路和電源電路 。 控制電路的設計包括了 密碼輸入校驗和設定電路、開鎖電路、報警電路、報警次數(shù)統(tǒng)計和鎖定電路。 在電路的設計中，也體現(xiàn)了整個鎖體的設計要求，即報警時間的設計、密碼輸入時間的設計、鍵盤鎖定時間的設計等等。 電源電路是電子鎖的全部供電部分，它的設計也是很有針對性的。 交流電源供電方面， 使用小型變壓器作為變壓工具，并將其整流。在生活中，停電是在所難免的，這是要必須正視的問題，否則設計就偏離了民用和實用的目的 。在后備電源的設計時，考察市場后， 將后備電源定為 蓄電池。而兩種電 流的切換采用了切換電路實現(xiàn)無縫切換。 圖 1 控制電路總體設計框圖 4 圖 2 電源部分電 路總體框圖 3 元件 及設計工具介紹 所用元件介紹 555 定時器 555 定時器是美國 Sigics 公司 1972 年研制的用于取代機械式定時器的集成電路，因輸入端設計有三個 5 千歐姆 的電阻而得名。 目前，流行的產(chǎn)品主要有 4 個： BJT 兩個： 555， 556（含有兩個 555）； CMOS兩個： 7555， 7556（含有兩個 7555）。 圖 3 555 定時器 內(nèi)部結(jié)構(gòu) R 5KR 5KR 5KC1C2G1G2G3RdV i 1( T H )V i 2( T R )V C CTV c oR1VoV o 39。它的各個引腳功能如下： 1 腳： GND 外接電源負端 VSS 或接地，一般情況下接地。3 腳： OUT（或 Vo）輸出端。 6 腳： TH 高觸發(fā)端。當 R 端接低電平，則時基電路不工作，此時不論 TR、 TH 處于 何電平，時基電路輸出為 “ 0” ，該端不用時應接高電平。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只 電容接地，以防引入干擾。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。 圖 4 所示為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路和波形圖。另外，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器也常用于 定時器 電路中，調(diào)整 RC 的值可以得到不同的定時值。在圖 4（ a）的電路中， Vi接 555 定時器的 TR 端，其工作原理如下： ① 穩(wěn)態(tài) （觸發(fā)前）： Vi 為高電平時， VTR=1，輸出 VO 為低電平，放電管 T 導通，定時電容器 C 上的電壓（ 7 腳電壓） VC = VTH = 0 ， 555 定時器工作在 “ 保持 ” 態(tài)。電路進入 暫穩(wěn)態(tài) 。 ③ 恢復 穩(wěn)態(tài)：經(jīng)過一定時間后，電容器充電至 VC略大于 VCC的三分之二 ，因 VTH大于 VCC的三分之二使 555 定時器 “ 高觸發(fā) ”， VO 跳轉(zhuǎn)為低電平，放電管 T 導通，電容器經(jīng) T 放電， VC迅速降為 0V，這時， VTR=1， VTH=0， 555 定時器恢復 “ 保持 ” 態(tài)。因此，脈沖寬度即是由電容器 C 開始充電至 VC等于 VCC的 三分之二的 這段暫穩(wěn)態(tài)時間。 其中的 Tw就作為定時的時 間 [8]。 VDD 的范圍是 +3V 到 +15V 之間， 15 端 CR 為重置端。當開關(guān)按鍵按下相應的次數(shù)（也就是密碼）時，對應的就是輸入的脈沖，而輸出的 0~9 端口對應的則是密碼，只有密碼正確時，對應的端口才會有高電平信號輸出到下一級，驅(qū)動 次級密碼的輸入打開。該軟件功能強大，人機界面友好，易學易用，仍然是大中院校電學專業(yè)必學課程，同時也是業(yè)界人士首選的電路板設計工具。其中 Advanced Schematic 由兩部分組成：電路圖編輯器（ Schematic）和元件庫編輯器 （ Schematic Library）。 Protel 99SE 軟件沿襲了 Protel 以前版本方便易學的特點，內(nèi)部界面與 Protel 99 大體相同，新增加了一些功能模塊，功能更加強大。 4 密碼鎖 系統(tǒng) 具體設計 密碼鎖的總體設計包括了兩方面的內(nèi)容，分別是密碼鎖 控制 電路和密碼鎖穩(wěn)壓電源電路。 密碼鎖穩(wěn)壓電源電路包括了變壓穩(wěn)流電路、后備電源充電電路、 停電檢測和電源切換電路三個部分。傳統(tǒng)的密碼鎖是常規(guī)鍵盤，在輸入密碼的同時會有可能被其他人記下密碼，而這里，由于是用脈沖個數(shù)代表了密碼，所以 很好的解決了這一問題。合上開關(guān)的同時，報警電路也開始工作。該電路部分采用了三個按鍵開關(guān)，每一個按鍵開關(guān)控制一位密碼， 按鍵 如圖 7 所示的 SW SW SW3。每次按下按鍵開關(guān)的次數(shù)必須對應該密碼設定部分的號碼相同，而且順序也要吻合，才能使控制輸出口產(chǎn)生一個高的控制信號，控制執(zhí)行電路，來打開電磁鎖。 SW1 為第一位密碼的按鍵開 關(guān)，當它被按下時，每按一次，就有一個時序脈沖被送至 IC1（ 4017）中，其中電容 C C2 和電阻 R1 用來防止當按鍵開關(guān) SW1 按下和彈起的瞬間產(chǎn)生尖刺波引起錯誤觸發(fā)。密碼的設定則是由多路選擇開關(guān)S1 進行選擇設定。當輸出的高電平正確時， IC1（ 4017） 所產(chǎn)生的高電平觸發(fā)了密碼鎖解碼的第二級， IC2（ 4017） 的的 14 端輸入有效，進入第二級的密碼校驗過程 。輸出的 低 電平輸出至 IC4（ 74LS08）。 開鎖電路 設計 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i o nS iz eBD a t e : 1 J u n 2 00 9 S h e e t of F il e : E : \科技創(chuàng)新 電子密碼鎖 \電路圖部分 \ M y D e s i g n20 09 .D dbD r a w n B y:T R I G2Q3R4C V o l t5T H R6D I S7VCC8GND1I C 5555R 1 033KR9 1MT79 0 1 8T89 0 1 8C 1 020u D4綠色C 1 130u消除警報信號C 1 25 0 0 U123I C 4 A7 4 L S 0 8鎖定信號電磁鎖控制信號清零信號R 1 93 . 3 kV C C 圖 8 開鎖電路原理圖 開鎖電路通過接收來自 密碼的輸入和校驗電路的控制信號和 報警次數(shù)統(tǒng)計和鎖定電路的鎖定信號，來決定是否開鎖，并通過 555 定時器的輸出來控制外接的電磁鎖是否工作。 在開鎖電路 設計方案 里， IC4（ 74LS08）是 2 輸入端四與門， 由密碼輸入電路出來的控制信號輸入到 IC4（ 74LS08）和報警次數(shù)統(tǒng)計和鎖定電路輸出的鎖定鍵盤信號輸出相 與 。同時， T7（ 9018）集電極上連接的發(fā)光二極管 D4 會因為 T7（ 9018） 狀態(tài) 的變化 而進行發(fā)處綠 光， D4 就是開門的指示燈。而 IC5（ 555 定時器）得定時時間是有公式： Tw≈*R*C 其中的 Tw就作為定時的時間。在這里，我們把開門的時間設定為 20 秒（一般情況下， 20 秒的時間足以進入房間，如果不方便的話可以對 R9 和 C11 進行調(diào)整來達到改變時間）。通過公式 Tw≈*R*C=22秒。 當密碼正確時， T7（ 9018）的集電極降為低電平輸出至 T4（ 9018），強制使 T4 的基極為低電位，解除報警。只有在 180 秒的報警時間結(jié)束之后，才能重新輸入密碼。 設計思路： 報警電路的設計方案如圖 9 報警電路原理圖所示。設計思路是：當要 輸入密碼時，第一個計時電路開始工作，也就是由 IC6（ 555定時器）組成的 30 秒計時電路 開始工作， 當 IC（ 555 定時器） 30 秒的計時結(jié)束時，由 IC7（ 555 定時器）組成的 180 秒計 時電路也進行了工作。 具體的設計方案 及原理 ：當用戶需要開門時，用戶按下了開始按鍵，此時 IC6（ 555定時器）的 2 腳出現(xiàn)了低電平，使 IC6（ 555 定時器）的狀態(tài)發(fā)生了翻轉(zhuǎn)，而后，它的 3引腳輸出高電平，使 T2（ 9018）導通，進而發(fā)光二極管 D2 發(fā)光，代表了電路進入了 工作狀態(tài) ，此時用戶需要馬上輸入密碼 。其中 C14 取用 30 微法的 電容， R12 采用1 兆歐的電阻 ，計算可得 Tw≈30 秒 。這 180 秒，就是 電路的報警 時間，當 30 秒的時間內(nèi)沒有完成正確的密碼，電路就會報警蜂鳴。 經(jīng)由 T3（ 9018）的發(fā)射極送出的高電平加之 IC7（ 555 定時器）的 6 引腳上，使其高電平觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。同時 IC7（ 555 定時器）的 3 引腳 Q 端送出 180 秒的高電平，使 T5（ 9018）導通，進而 T6（ 9014）也導通。 其中 IC7（ 555 定時器）的定時設定也是由公式 ： Tw≈*R*C 來計算的，其中 C15=95 微法， R15=2 兆歐，計算可得 Tw≈180 秒。 報警結(jié)束的工作原理：解除報警的原因大致有以下兩個方面，首先是報警時間 180秒后，其次是用戶的密碼輸入正確，由開鎖電路發(fā)出的報警清除信號。另一種情況，當用戶的密碼輸入正確的時候， 在開鎖電路， T7（ 9018）的集電極降為低電平輸出至 T4（ 9018），強制使 T4 的基極為低電位，解除報警。I C 9 A 7 4 L S 0 1報警電路鎖定信號次數(shù)統(tǒng)計信號P03P14P25P36Q014Q113Q212Q311TC15C E P7C E T10C L K2PE9MR1VCC16G N D8I C 87 4 L S 1 6 1