【正文】 ........ 18 附錄 ................................................................................................................................ 18 1．元器件清單 ....................................................................................................... 18 2．源程序 ............................................................................................................... 18 基于 51 單片機(jī)的紅外遙控密碼鎖 1 1 引言 研究背景與意義 我們知道當(dāng)某一個(gè)公司研發(fā)一些新產(chǎn)品時(shí)都會(huì)特別重視其資料的安全問(wèn)題，在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的當(dāng)下，新研發(fā)的產(chǎn)品資料，科研項(xiàng)目，以及單位的文件檔案、財(cái)務(wù)報(bào)表，個(gè)人資料 等等，都是特別保護(hù)的對(duì)象，萬(wàn)一泄露 將直接關(guān)系到一個(gè)企業(yè)的存亡。操作中的提示語(yǔ)用 LCD來(lái)顯示。本次設(shè)計(jì)中制作的一種密碼鎖，具有很好的保密性。 基于 51 單片機(jī)的紅外遙控密碼鎖 摘 要： 關(guān)于如 何加強(qiáng)家庭住房安全問(wèn)題日益突出。傳統(tǒng)的機(jī)械防盜鎖構(gòu)造過(guò)于簡(jiǎn)單，盡管有些經(jīng)過(guò)加固以及增加相應(yīng)的防護(hù)措施，但是鎖被撬現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮，無(wú)法保障人們的安全。另外 ，此處采用的是雙控模式，即使用鍵盤(pán)控制的同時(shí)，也可以使用遙控器。密碼由六位 0到 9的數(shù)字夠成，加大保密強(qiáng)度，此外，本設(shè)計(jì)中采用的 AT24c02具有防止掉電丟失數(shù)據(jù)的作用。再?gòu)奈覀兩磉厑?lái)說(shuō)，家庭住房多采用一般的機(jī)械鎖。若不慎丟失鑰匙更會(huì)產(chǎn)生事倍功半的效果。 在科技高速發(fā)展的今天，非接觸式控制越來(lái)越受大家歡迎，利用紅外遙控，方便又安全。而在工業(yè)制造中，在高壓、輻射、腐蝕等惡劣環(huán)境下，采用紅外遙控能夠很好地隔離這些干擾。 研究現(xiàn)狀 目前大部分的家庭用鎖采用的都是機(jī)械式的，一種鑰匙對(duì)應(yīng)一把鎖，但鑰匙可復(fù)制，這無(wú)疑給人們的安全帶來(lái)極大威脅。加深了人們的安全隱患。由于本設(shè)計(jì)采用的存儲(chǔ)器可防止斷電數(shù)據(jù)丟失，因此更換遙控器或在整個(gè)電路斷電又重啟的情況下密碼仍為先前設(shè)定值，具有很好的保密性。然而，一般設(shè)備都采用專(zhuān)用的遙控編碼及解碼集成電路，此類(lèi)電路雖然制作簡(jiǎn)單，但由于某些特定功能的限制，例如編碼解碼等協(xié)議限制，只適用于專(zhuān)用的電器產(chǎn)品，配套性強(qiáng)，應(yīng)用范圍也因此受到限制。第二步，使用 Altium Designer 6 完成 原理圖，并設(shè)計(jì) PCB 圖完成人工布線。 第三步， 在 Keil uVision4 軟件 中用 C 語(yǔ)言 進(jìn)行編程，外加仿真軟件對(duì)程序進(jìn)行修改 ，調(diào)試。最后 完成本次設(shè)計(jì)。 存儲(chǔ)密碼為防止斷電丟失，用存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)。 方案二： 同樣采用矩陣鍵盤(pán)，考慮到需要顯示多個(gè)字符的問(wèn)題，此時(shí)采用液晶顯示LCD1602。用存儲(chǔ)器 AT24c02 來(lái)存儲(chǔ)密碼，報(bào)警部分依然采用蜂鳴器。 硬件方面解決單片機(jī)與外圍電路的 設(shè)計(jì) ， 主控模塊采用方案二來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，另外用遙控器作為發(fā)送端的同時(shí)，應(yīng)在主控模塊加上接收模塊，對(duì)遙控器發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行接收，解碼等處理。另外，還有單片機(jī)最小系統(tǒng)。紅外的控制是 本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，遙控器是以紅外波的方式將特定的信號(hào)送給紅外接收頭。 系統(tǒng)框圖 本文所設(shè)計(jì)的 作品 系統(tǒng)由 AT89S51 單片機(jī)及其最小系統(tǒng)、 矩陣鍵盤(pán)、 紅外接收頭、遙控器 、蜂鳴器、 模擬 鎖、 LCD1602 液晶顯示等部分組成。 最小系統(tǒng)包括上電復(fù)位電路和晶振電路 【 1】 【 2】 。通過(guò)手動(dòng)來(lái)進(jìn)行復(fù)位 。 此外，每個(gè)數(shù)碼管的位選端必須要通過(guò)單片機(jī)的 IO 口進(jìn)行控制，這就要占用多個(gè) IO 口，且在 PCB 板中進(jìn)行手動(dòng)布線時(shí)會(huì)很復(fù)雜。 由于采用的 LCD1602 是 16 2 兩行顯示。 LCD1602 具有很高的性?xún)r(jià)比，且應(yīng)用很廣泛。 1602 外觀如下圖 4 所示： 圖 4 LCD1602 管腳圖 LCD1602 在電路中的連接方式，如下圖所示： 基于 51 單片機(jī)的紅外遙控密碼鎖 5 圖 5 LCD 硬件連接圖 矩陣鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)要運(yùn)用按鍵來(lái)控制，這時(shí)會(huì)想到有 獨(dú)立式鍵盤(pán)和矩陣式鍵盤(pán) 兩種連接方式，其中， 獨(dú)立鍵盤(pán) 需要使用多個(gè) IO 口， 由于本次設(shè)計(jì)要用到 16 個(gè)按鍵，因此若用獨(dú)立按鍵 會(huì)極大降低 IO 口的利用率。如下圖所示， 16 個(gè)按鍵上分別實(shí)現(xiàn)不同功能，其中輸入數(shù) 字鍵： 0、 9；以及相應(yīng)的功能鍵。 是一個(gè) 2K 位串行 CMOS E2PROM。 管腳圖如圖 7 所示： 圖 7 AT24c02 管腳圖 表 1 AT24c02 管腳功能 管腳名稱(chēng) 管腳功能 A0、 A A2 器件地址選擇 SDA 串行數(shù)據(jù) /地址 SCL 串行時(shí)鐘 WP 寫(xiě)保護(hù) Vcc + 工作電壓 Vss 接地 圖 8存儲(chǔ)器 地址位 下圖為 24C02在硬件中的的連接圖，根據(jù)各個(gè)管腳功能只需把 A0、 A A wp接地，按照 I2C協(xié)議，時(shí)鐘線 SCL和數(shù)據(jù)線 SDA需接 10K上拉電阻。 遙控器 應(yīng)用 范圍：電器、兒童玩具等。 由于本次設(shè)計(jì)用到的遙控器采用的是 NEC編碼協(xié)議，下面將重點(diǎn)描述 NEC碼特性。 以此來(lái)完成紅外遙控的發(fā)送于接收。外觀如下： 圖 15 紅外接收頭 VS_1838b 由于密碼采用雙控模式，在主控模 塊采用矩陣鍵盤(pán)進(jìn)行密碼的輸入及修改，因此，將紅外接收端接到單片機(jī)的外部中斷 1 來(lái)檢測(cè)是否有紅外信號(hào)，進(jìn)而判斷遙控器是否0 . 565 ms2 . 25 ms1 . 685 ms遙控發(fā)射碼 “ 1 ”0 . 565 ms1 . 125 ms0 . 56 ms遙控發(fā)射碼 “ 0 ”基于 51 單片機(jī)的紅外遙控密碼鎖 10 有按鍵按下，并進(jìn)行密碼的輸入與修改。 紅外接收頭 與單片機(jī)的連接 硬件 電路 如下圖所示： I N T 1P 3 ^ 3S T C 8 9 C 5 2O u tGNDV c c+ 5 VV S _ 1 8 3 8 b 圖 16 紅外接收頭連接圖 模擬鎖與報(bào)警電路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)采用 led 來(lái)模擬鎖，將發(fā)光二極管接到單片機(jī)的 IO 口上，實(shí)際應(yīng)用中接上一個(gè) 1K 電阻以保證發(fā)光二極管的亮度。以至于 單片機(jī)的 I/O 口是無(wú)法直接驅(qū)動(dòng) ， 所以 要使用放大電路用以驅(qū)動(dòng)蜂 鳴器，本次設(shè)計(jì)采 用三極管來(lái) 進(jìn)行蜂鳴器的驅(qū)動(dòng) 。 蜂鳴器外圍電路如下： 基于 51 單片機(jī)的紅外遙控密碼鎖 11 圖 18 蜂鳴器連接圖 系統(tǒng) PCB 設(shè)計(jì) 根據(jù)上述每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，以及單片機(jī)的各個(gè)管腳特性整體電路 如圖 19。電源部分采用的是 USB 給單片機(jī)提供 +5V 的電源，發(fā)光二極管來(lái)指示有沒(méi)有給單片機(jī)供電。 首先考慮到矩陣鍵盤(pán)的掃描問(wèn)題，單片機(jī) IO 口默認(rèn)為高電平，如上面矩陣鍵盤(pán)圖所示，鍵盤(pán)的列和行分別接 P1 口的高低電平，可以先固定在某一行進(jìn)行掃描，利用 switch 語(yǔ)句返回每個(gè)按鍵鎖表示的數(shù)值及跳轉(zhuǎn)到某個(gè)功能函數(shù)中去，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)按鍵控制。第二行 用來(lái) 顯示密碼。其中密碼為六位數(shù)。先寫(xiě) 24c02 的驅(qū)動(dòng)程序，時(shí)鐘信號(hào)，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)等等，要考慮怎么將密碼寫(xiě)入到 24c02 中，以及從中讀取等問(wèn)題。 最后要考慮 遠(yuǎn)程 遙控問(wèn)題，遙控器來(lái)發(fā)送紅外波，并由接收頭接收信號(hào) 經(jīng)過(guò)處理之后 傳到單片機(jī)中， 再 經(jīng)過(guò)程序運(yùn)行處理來(lái)進(jìn)行開(kāi)鎖、改密等。 另外，密碼鎖是用發(fā)光二極管來(lái)模擬，只需用高低電平來(lái)控制 IO 口即可。當(dāng) IO 口味高電平時(shí) led熄滅，此時(shí)認(rèn)為上鎖。所以，當(dāng)密碼錯(cuò)誤時(shí)，給 IO 口送低電平即可達(dá)到報(bào)警效果。 接收頭的輸出管腳連接的是單片機(jī)的外部中斷 1 口，因此，在程序運(yùn)行時(shí)，首先要判斷是否產(chǎn)生中斷。本設(shè)計(jì)的主流程圖如下圖所示： 基于 51 單片機(jī)的紅外遙控密碼鎖 14 圖 20 主程序流程圖 5 系統(tǒng)仿真與硬件調(diào)試 系統(tǒng)仿真和調(diào)試方案 根據(jù)上述各個(gè)模塊的功能以及 PCB 設(shè)計(jì)可用 PROTEUS 來(lái)進(jìn)行仿真，修改程序。 SCK 接時(shí)鐘線即為 SCL， SDA 接數(shù)據(jù)線，其余均接地。實(shí)際電路中，管腳 3 應(yīng)接 10K 滑動(dòng)變阻器，管腳 15 接 10 歐電阻。然后分模塊逐一進(jìn)行調(diào)試。因此，先寫(xiě)矩陣鍵盤(pán)控制密碼鎖的程序。以及 24c02 的讀寫(xiě)操作。將 1602 的顯示程序通過(guò)學(xué)習(xí)板燒到做好的電路板中，檢測(cè) 1602 是 否正常顯示，若 1602 只亮屏不顯示字符此時(shí)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器改變對(duì)比度。單片機(jī)固定牢固之后 1602 便可正常顯示。一般按鍵如果電路正確，并且程序和硬件都無(wú)差錯(cuò)則在仿真中運(yùn)行正確實(shí)物也可以輕松實(shí)現(xiàn)器功能。主要是將按鍵按下的值保存到存儲(chǔ)器中，并能夠從中讀取。此時(shí)程序中還要進(jìn)行密碼的對(duì)比，若正確， led 亮，說(shuō)明鎖已經(jīng) 打開(kāi)。本人在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)輸入密碼時(shí)不能夠正常開(kāi)鎖，而真正能通過(guò)的密碼無(wú)從得知，若不通過(guò)存儲(chǔ)器的讀取，將初始值直接與鍵入值比較，此時(shí)密碼正確。經(jīng)過(guò)對(duì)程序的調(diào)試，讓此時(shí)存儲(chǔ)器隨機(jī)出現(xiàn)的密碼顯示到 1602 上，然后再在開(kāi)鎖時(shí)鍵入對(duì)應(yīng)的密碼，此時(shí)密碼正確。此時(shí)再回到 PROTEUS 仿真，看下存儲(chǔ)器接線與 PCB 是否一致，以及芯片是否安置正確。 基于 51 單片機(jī)的紅外遙控密碼鎖 17 4）紅外遙控模塊 首先寫(xiě)一個(gè)紅外遙控發(fā)送接收程序，看是否將字符正確顯示到 1602 上。經(jīng)過(guò)參考網(wǎng)上給出的例程，加上外部中斷 1 程序，使用中斷，檢測(cè)是否發(fā)送信號(hào)。 調(diào)試結(jié)果 本次設(shè)計(jì)整體調(diào)試結(jié)果：給電路板送入 +5V 電源， 1602 第一行中間顯示 wele，然后按解鎖鍵， 1602 第一行顯示 input code 此時(shí)輸入密碼再按確定鍵。按 下改密按鍵， 1602 第一行顯示 input old code，輸入舊密碼（密碼錯(cuò)誤則提示，并重新輸入），若密碼正確，畫(huà)面提示 input new code，此時(shí)鍵入新密碼（六位數(shù)），然后按確定鍵，畫(huà)面顯示 input new code again。若兩次密碼相同，則 1602 顯示 plete。 然后用遙控器如上操作，同樣可以進(jìn)行開(kāi)鎖及修改密碼。由于相同功能的芯片有很多，經(jīng)過(guò)對(duì)比其實(shí)用性，是否易操作，外圍電路以及程序設(shè)計(jì)難易等等來(lái)選擇較合理的芯片。寫(xiě)程序時(shí)為了達(dá)到預(yù)期效果，對(duì)新接觸的芯片進(jìn)行研究，通過(guò)多次修改完成每個(gè)模塊的運(yùn)行。每一次失敗都會(huì)離成功又進(jìn)一步。 致謝 從開(kāi)始選定課題到現(xiàn)在經(jīng)歷了將近半年的時(shí)間，在這期間遇到一些困難想要放棄的時(shí)候室友們都會(huì)鼓勵(lì)我，讓我再次有了信心。另外，還要感謝趙老師，總是在百忙之基于 51 單片機(jī)的紅外遙控密碼鎖 18 余指 導(dǎo)我，幫我解決了不少難題，讓我順利完成了設(shè)計(jì)。 {_nop_()。_nop_()。}。 /****紅外延時(shí)函數(shù)聲明 *****/ void delay(uint)。 void delay(unsigned char x) 。 void delay1(int ms)。 //外部中斷 1 //sbit lock=P2^3。//蜂鳴器 void delay(unsigned char x) //x* { unsigned char i。 i13。 sbit scl=P2^5。 基于 51 單片機(jī)的紅外遙控密碼鎖 20 bit key_flag=0,currentdisflag=1,lastdisflag=1,keystatusflag=0,dispassword_=0,dispassword_flag=0。 uchar key=0,keycounts=0,t_num=0。 uchar code tab2[]={ Right! }。 uchar code tab4[]={Wele enter }。 uchar code tab6[]={Input new code }。 uchar code tab8[]={Complete! }。 uchar code open[]={Wele... }。 uchar code message[16]={0123456789abcdef}。//定義接口 sbit rw=P2^1。 sbit led=P2^3。 void LCD_WriteData(uchar WDLCD)。 void DisplayOneChar(uchar X, uchar Y, uchar DData)。 /******************************延時(shí)函數(shù) ****************************/ void delay11(){。