【正文】 nic code lock 密碼鎖控制電路 開(kāi)鎖部分作為電子密碼鎖的主要部分之一，是通過(guò)單片機(jī)發(fā)送信號(hào)給開(kāi)鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電路驅(qū)動(dòng)電磁鎖吸合，從而達(dá)到開(kāi)鎖閉鎖的目的。其原理圖如圖 42 所示。 單片機(jī)微控制器 密碼正確 重新輸入 重輸入次數(shù) 3 開(kāi)鎖控制系統(tǒng) 電磁鎖 鍵盤鎖 Y N N Y 圖 42 開(kāi)鎖原理流程圖 Figure 42 Principle flow chart of Unlock 16 當(dāng)用戶輸入的密碼正確而且是在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（不同用戶要求在 12s 內(nèi)輸入正確的密碼，管理員要求在 5s 內(nèi)輸入正確的密碼）輸入的話，單片機(jī)便輸出開(kāi)鎖信號(hào)，送到開(kāi)鎖驅(qū)動(dòng)電路，然后驅(qū)動(dòng)電磁鎖，達(dá)到開(kāi)鎖的目的。 其電路圖如圖 43 所示。 開(kāi)鎖控制電路由電路驅(qū)動(dòng)和開(kāi)鎖兩級(jí)組成。由 D R1 T4 組成驅(qū)動(dòng)電路，其中 T4可以選擇普通的小功率三極管，如 901 9018 都可以滿足要求。 D5 作為開(kāi)鎖的提示，由D、 C1 T6 組成開(kāi)鎖電路。其中 D、 C11 是為了消除電磁鎖可能產(chǎn)生的反向高電壓以及可能產(chǎn)生的電磁干擾。 T6 可選用中功率三極管，如 8050。電磁鎖的選用要視情況而定，但是吸合力要足夠切有一定的余量。 T6C11T4D5R16電磁鎖D+5V 圖 43 電磁鎖驅(qū)動(dòng)電路 Figure 43 Electromagic Lock Driver 在本次設(shè)計(jì) 中，基于節(jié)省材料，降低成本價(jià)格的原則，暫時(shí)用發(fā)光二極管代替電磁鎖，如果發(fā)光二極管亮，說(shuō)明開(kāi)鎖，如果發(fā)光二極管暗，說(shuō)明沒(méi)有開(kāi)鎖。 按鍵電路設(shè)計(jì) 由于在本設(shè)計(jì)中需要輸入多位數(shù)字密碼，所以采用矩陣鍵盤作為輸入工具，在本設(shè)計(jì)中采用行列式鍵盤，方便而且減少鍵盤與單片機(jī)接口時(shí)所占用的 I/O 線的數(shù)目，減少 I/O口的使用量，在按鍵數(shù)目比較多的時(shí)候都會(huì)采用這種方法。 每一條水平線（行線）與垂直線（列線）的交叉處不相通，而是通過(guò)一個(gè)按鍵來(lái)連通，利用這種行列式矩陣結(jié)構(gòu)只需要 N 條行線和 M 條列線，就可以組成具有 N*M 個(gè)按鍵 的矩陣鍵盤。 在這種行列式矩陣鍵盤非鍵盤編碼的單片機(jī)系統(tǒng)中，按鍵處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認(rèn)有無(wú)按鍵按下的程序段。當(dāng)確認(rèn)有按鍵按下后，下一步就要識(shí)別是哪一個(gè)按鍵被按 17 下，對(duì)鍵的識(shí)別通常有兩種方法，一種是常用的逐行掃描查詢法；另一種是速度較快的線翻轉(zhuǎn)法 [15]。 首先辨別鍵盤中有無(wú)鍵按下，有單片機(jī) I/O 口向鍵盤送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來(lái)判斷。方法是：向行線輸出全掃描字 00H,把全部列線置為低電平，然后將列線的電平狀態(tài)讀入累加器 A 中，如果有按鍵按下，總會(huì)有一根行線電平被拉至低電平從而使行線不全為 1。 判斷鍵 盤中哪一個(gè)鍵被按下使通過(guò)鍵列線逐列至低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。方法是：一次給列線送低電平，然后查詢所有行線狀態(tài)，如果全為 1，則所按下的鍵不在系此列，如果不全為 1，則所按下的鍵必在此列，而且是在與零電平行線相交的交點(diǎn)上那個(gè)鍵。操作面板如圖 44 所示，共有數(shù)字鍵 10 個(gè)，功能鍵 4 個(gè)，還有四個(gè)指示燈和一個(gè)蜂鳴報(bào)警器，外加一個(gè) LED 顯示器。 圖 44 操作面板示意圖 Figure 44 Schematic diagram of the control panel 10 個(gè)數(shù)字鍵用來(lái)輸入密碼，六個(gè)功能鍵上鎖、確認(rèn)、菜單、返回，主要是上鎖和對(duì)上鎖 0 1 確認(rèn) 2 3 4 5 6 7 8 9 菜單 返回 LED 顯示器 18 輸入密碼的確認(rèn)，對(duì)于菜單鍵，當(dāng)按下菜單鍵后，在 LCD 顯示器上將會(huì)出現(xiàn)，修改密碼、開(kāi)鎖、密碼清除等提示，根據(jù)提示進(jìn)行操作，上下箭頭是用于選擇功能的。 上面的 4 個(gè)指示燈是用來(lái)指示操作的狀態(tài)，鎖合（左一）指示狀態(tài)燈，正常的情況下顯示紅色，表示上鎖。當(dāng)鍵盤動(dòng)作的時(shí)候，鍵有效（左三）燈開(kāi)始閃動(dòng)，當(dāng)輸入錯(cuò)誤時(shí)則沒(méi)有反應(yīng)，指示燈也顯示紅色。鎖開(kāi)（左二）指示燈，當(dāng)用戶在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)正確的輸入了密碼，此燈轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色，表示開(kāi)鎖，否則不顯示。錯(cuò) 誤（左四）指示燈是當(dāng)用戶輸入密碼三次錯(cuò)誤時(shí)燈亮，自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，進(jìn)行蜂鳴報(bào)警。 面板上的蜂鳴器一個(gè)作用是對(duì)用戶的操作進(jìn)行語(yǔ)言提示，另一個(gè)作用是在用戶輸入錯(cuò)誤密碼次數(shù)超過(guò)三次后自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行蜂鳴報(bào)警。 在本設(shè)計(jì)中，鍵盤電路設(shè)計(jì)如圖 45 所示。 159C72610D6 E1A173 48B1F1P2_0P2_1P2_2P2_3P2_4P2_5P2_6P2_7 圖 45 鍵盤電路 Figure 45 Keyboard Circuit AT24C02 掉電存儲(chǔ)單元的設(shè)計(jì) 掉電存儲(chǔ)單元的作用是在電源突然斷開(kāi)的時(shí)候，存儲(chǔ)當(dāng)前設(shè)定的信息，防止數(shù)據(jù)丟失。AT24C02 是由 ATMEL 公司提供的， I2C 總線串行 EEPROM，其容量為 1KB，工作電壓在 ～ 之間，生產(chǎn)工藝是 CMOS 工藝 。芯片內(nèi)的資料可以保存很久，而且使用方便。 A01A12A23GND4SDA5SCL6WP7VCC8U524C02VCC10KR810KR10VCCSCLSDA 圖 46 AT24C02 掉電存儲(chǔ)電路 Figure 46 AT24C02 memory circuit powerdown 19 如圖 46 中 R R10 是上拉電阻，其作用是減少 AT24C02 的靜態(tài)功耗，由于 AT24C02的數(shù)據(jù)線和地址線是復(fù)用的，采用串行口的方式傳送數(shù)據(jù)，所以只用兩根線 SCL（以為脈沖）和 SDA（數(shù)據(jù) /地址）與單片機(jī)傳送數(shù)據(jù) [16]。 每當(dāng)出現(xiàn)一次數(shù)據(jù)變化，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng) 調(diào)用存儲(chǔ)程序，將新的數(shù)據(jù)保存在芯片當(dāng)中，當(dāng)系統(tǒng)重新上電的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用讀存儲(chǔ)器程序，將存儲(chǔ)期內(nèi)的數(shù)據(jù)讀到緩存單元中，供主程序使用。 顯示模塊 顯示電路采用八個(gè)共陽(yáng)極 LED 數(shù)碼管，從 P0 并行輸出溫度段碼，用 ～ 八個(gè)端口輸出選擇脈沖，控制數(shù)碼管的點(diǎn)亮。其具體電路圖如圖 47 所示。 A1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10DS1Q18550abcdefgDPA1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10DS2Q28550abcdefgDPA1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10DS3Q38550abcdefgDPA1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10DS4Q48550abcdefgDP+5V +5V+5VA1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10DS5Q58550abcdefgDPA1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10DS6Q68550abcdefgDPA1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10DS7Q78550abcdefgDPA1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10DS8Q88550abcdefgDP+5V +5V+5V+5V+5VP1_0 P1_1 P1_2P1_3P1_4 P1_5 P1_6 P1_7P0_0~P0_7P1_0~P1_7 圖 47 顯示電路 Figure 47 shows the circuit 其工作過(guò)程如下： 并行數(shù)據(jù)由 P0 口送至八個(gè)數(shù)碼管。 這時(shí) ～ 輪流輸出低電平， LED 數(shù)碼管依次被點(diǎn)亮， 顯示 P0 傳送來(lái)的數(shù)據(jù)。 由于數(shù)碼管余輝效應(yīng)和人眼的視覺(jué)延遲，當(dāng)數(shù)碼管每秒點(diǎn)亮 50 次時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)靜止顯示的密碼值。 電源電路設(shè)計(jì) 電源是一個(gè)系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，電源模塊為系統(tǒng)其他各個(gè)模塊提供所需要的能源保 20 證，因此電源模塊的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。系統(tǒng)中接受供電的部分包括：顯示模塊、單片機(jī)模塊、開(kāi)鎖電路模塊、以及其它的外圍輔助模塊等。設(shè)計(jì)中，除了需要考慮電壓范圍和電流容量等基本參數(shù)外，還要在電源轉(zhuǎn)換效率、噪聲、干擾和電路簡(jiǎn)單等方面進(jìn)行優(yōu)化?？煽康碾娫捶桨甘钦麄€(gè)硬件電路穩(wěn)定可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。 為了防止停電情況的發(fā)生 ，本電路后備了 UPS 電源，它包括市電供電電路，停電檢測(cè)電路，電子開(kāi)關(guān)切換電路，蓄電池充電電路和蓄電池組。電源電路圖如圖 48 所示。 D3D4D2D112JP1LR2C21 2 312JP23300C13300C3GND 圖 48 市電供電電路 Figure 48 mains power supply circuit 220V 市電通過(guò)變壓器降壓成 12V 的交流電，在經(jīng)過(guò)整流橋整流，穩(wěn)壓到 5V 送往電子切換電路，由于本電路功耗較少，所以選用 10W 的小型變壓器。由 R1 R1 R1R19 以及 IC14 構(gòu)成電壓比較器，正常情況下， V+VIC14 輸出高電平，繼電器的常閉觸點(diǎn)和市電相連；當(dāng)市電斷開(kāi) 時(shí)， V+VIC14 輸出高電平，由 T T4 構(gòu)成的達(dá)林頓管使繼電器 J 開(kāi)啟，用其常開(kāi)觸點(diǎn)將蓄電池和電路相連，實(shí)現(xiàn)市電和蓄電池供電的切換，保證電子密碼鎖的正常工作（電池容量決定持續(xù)時(shí)間）。其電路圖如圖 48 所示。 50KR1440KR1820KR1530KR19A14AIC14VCCGNDT39018T590143 25J14JDQ1R11VCC9V 直流電源 A1蓄電池 A29V 直流電源 A1蓄電池 A2蓄電池供電 圖 49 停電檢測(cè)及電子開(kāi)關(guān)切換電路 Figure 49 and electronic switching power failure detection circuit 21 T T2 構(gòu)成蓄電池的自動(dòng)充電電路，它在電池充滿后自動(dòng)停止充電，其中 D1 亮為正在充電， D2 為工作指示。由 R1 R T1 構(gòu) 成電壓檢測(cè)電路，蓄電池電壓低。則 TT2 導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)對(duì)其充電；充滿后， T T2 截止，停止充電，同時(shí) D1 熄滅，電路中 C13的作用是濾除干擾信號(hào)。其電路圖如圖 410 所示。 R123KT13CG21T290143K R1C13470R53KR2D2D1GND蓄電池6V 充電電源 6V 蓄電池 A2 圖 410 蓄電池自動(dòng)充電電路 Figure 410 Automatic battery charging circuit 全部硬件電路的電源由 6V 電源提供。由于電路中的不同電路模塊所需要的工作電流容量各不相同，因此電源模塊應(yīng)該包含多個(gè)穩(wěn)壓電路，將充電電池電壓轉(zhuǎn)換成各個(gè)模塊所需要的電壓。 電源模塊由若干相互獨(dú)立的穩(wěn)壓電源電路組成。在本 系統(tǒng)中， 5V 電源的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)電源管理芯片 LM7805 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 LM7805 為 3 端正穩(wěn)壓電路 ,TO220 封裝，能提供多 種固定的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣。內(nèi)含過(guò)流、過(guò)熱和過(guò)載保護(hù)電路。帶散熱片時(shí)，輸出電流可達(dá) 1A。雖然是固定穩(wěn)壓電 路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。應(yīng)用電路如圖 411 所示： 1237805C2C1Vi Vo 圖 411 5v 電路應(yīng)用電 Figure 411 5v power circuit applications 由于系統(tǒng)中有多個(gè)模塊需要 5V 供電，考慮到電流不足的問(wèn)題，所以系統(tǒng)中有多個(gè)獨(dú) 22 立的 5V 電源為不同的模 塊供電。 電路總體構(gòu)成 通過(guò)上面各個(gè)單元的設(shè)計(jì)可以知道，在本設(shè)計(jì)中總體電路圖主要包括四個(gè)大的部分，開(kāi)鎖部分、掉電存儲(chǔ)部分、電源輸入部分和按鍵輸入部分。總體電路圖詳見(jiàn)附錄 C。 23 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) keil C 編譯環(huán)境 Keil C51 軟件是眾多單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集編輯，編譯，仿真于一體，支持匯編，