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隨著科學技術的進步和社會經濟的發展，電子密碼鎖取代傳統的機械鎖已成為一種必然的趨勢。以往基于單片機的密碼鎖系統，直接將編好的密碼程序存儲在片內EPROM中，但不易實現密碼的修改；如要完成修改密碼功能，多采用片外串行E2PROM實現。本文研究并設計的一種基于單片機的紅外遙控電子密碼鎖，不但具有普通密碼鎖智能控制上鎖、開鎖、報警等特點，而且在不擴展E2PROM的情況下，可以實現8位密碼任意修改的功能，節省了硬件資源，減小了系統體積，這是本設計的一個創新點。另外還增加了遙控開鎖的特點。所以該系統不但成本低、保密性強，更適用于那些正常人體不宜接近的特殊場合，比如高輻射區、高傳染區等。 1 系統硬件設計方案 1．1 系統總體設計 系統主要由紅外發射模塊和本機處理接收模塊兩部分構成，系統總體設計框圖如圖1所示。發射模塊和本機處理接收模塊的核心分別采用AT89C2051和AT89S52單片機。紅外信號的收發通過串口進行通信，兩部分的串口工作方式及通信波特率的設置相同。 AT89C2051單片機是AT89C51的一種精簡版本，只有20個引腳，體積小；具有2．7～6 V的寬電壓工作范圍；具備低功耗空閑和掉電模式。該單片機滿足本系統低電壓供電、低功耗、方便隨身攜帶的要求。 在本機處理接收模塊中，采用了AT89S52單片機，該單片機有3個定時器。設置密碼和按鍵開鎖時，均設計了按鍵間隔超過3s自動復位的功能，分別采用定時器T0和T1定時實現；定時器T2設置串口通信波特率。 1．2 紅外發射模塊的設計 紅外發射模塊僅僅是一手持遙控器，由AT89C2051單片機及鍵盤電路、按鍵K及紅外發光二極管組成。發射電路原理圖如圖2所示。 發射模塊設置的密碼必須與本機接收模塊相同(設置密碼方法見2．2．1節)，所設密碼保存在RAM存儲器的31H～38H單元。在待機狀態下，系統工作在空閑方式，當按鍵K按下時，系統上電工作，依次發送密碼信號。這樣做的優點是，密碼不但能跟隨主機任意改動，而且遙控開鎖時，僅按一鍵就可完成開鎖，方便了用戶。 1．3 本機處理接收電路的設計 本機處理接收電路的控制核心是AT89S52單片機。外接鍵盤電路、紅外接收電路、開鎖電路、報警電路和按鍵指示電路等，電路原理圖如圖3所示。 1．3．1 紅外接收電路的設計 紅外接收電路中使用一體化紅外接收頭TLl838接收紅外信號。TLl838集紅外接收和放大于一體，不需任何外接元件，就能完成從紅外接收到輸出與TTL電平兼容的所有工作，而體積和普通的塑封三極管大小一樣。TL1838的輸出波形如圖4所示。當接收到頻帶內的紅外信號時，TLl838會輸出低電平，否則數據高電平，從而將“時斷時續”的紅外信號解調成原來的連續方波信號。 1．3．2 報警電路的設計 報警電路采用了蜂鳴器發聲模擬報警，蜂鳴器接在CPU的引腳P2．1上，通過NPN型三極管做電流放大，通過單片機控制蜂鳴器的頻率及蜂鳴時間。當輸入錯誤的密碼進行開鎖時，由P2．1口輸出高電平使得NPN型三極管9014導通，蜂鳴器兩端加電，由蜂鳴器發出3 s的報警聲，當連續三次出現密碼錯誤時，系統將長時間報警，有效起到了防盜作用。 1．3．3 電源電路的設計 電源部分使用LM7805芯片進行穩壓后提供單片機5 V的電壓，其電路如圖5所示。主要采用家用交流電，同時采用9 V電池作為備用電源。這樣做的優點是，即使斷電也不至于無法開鎖。 1．3. 4 其他外圍電路的設計 由于AT89S52單片機有4個并行輸入輸出口，硬件資源比較充足，鍵盤電路采用了相對簡單的獨立式按鍵；電路中用一繼電器控制一綠色發光二極管代替具體的鎖，當密碼正確時，開鎖5 s，然后自動上鎖；P2．O口接一紅色發光二極管，用其亮與滅來提醒用戶按鍵是否按下。這樣既巧妙地提醒了用戶又有效地保護了密碼。 2 系統軟件設計及實現 軟件部分的設計基于匯編語言，采用模塊化設計思想，以主程序為核心設置了多個功能模塊子程序。主程序主要起到一個導向和決策功能，決定什么時候系統該做什么，系統的各種功能主要是通過調用具體的子程序來實現。 2．1 紅外發射模塊程序的設計 發射模塊的編碼與調制工作是由軟件編程實現的。當按鍵K按下時，密碼信號依次送往數據緩沖器SBUF，然后利用“0”電平調制、“1”電平不調制的方法，將二進制信號調制成頻率為38．5 kHz的間斷脈沖串信號，通過P3．O口輸出，驅動紅外發光二極管，最后以波長940 nm的紅外光發出紅外遙控信號。紅外發射模塊程序流程圖如圖6所示。 38．5 kHz已調波的實現是依據匯編語言具有嚴格的指令周期來實現的，低電平與高電平均持續13個機器周期，這里采用的時鐘晶振是12 MHz，所以產生的調制波的精確頻率為38．46 kHz。 2．2 本機接收處理模塊程序的設計 本機處理部分可以實現密碼設置和修改、本機按鍵開鎖、按鍵提示、密碼錯誤報警、超次提示、遙控開鎖和按鍵之間超過3 s自動復位等所有的功能。本機處理的主程序流程圖如圖7所示。 2．2．1 密碼設置子程序的設計 系統只有內部上電復位的時候才能設置或者修改密碼。當系統復位時，即進入了等待用戶按鍵設置新密碼狀態，用戶輸入的8位密碼依次保存在RAM存儲單元的41H～48H單元。當8位密碼設置完成后，蜂鳴器鳴響1 s提示密碼已成功設置。當按鍵開鎖時，輸入的密碼依次和RAM存儲器中41H～48H單元的數相比較，只要有1位不相同，門鎖不但不能打開，而且還發出報警信號。 2．2．2 按鍵間隔超時的判斷及復位 前文提到了當按鍵間隔超過3 s有自動復位的功能，設置密碼和按鍵開鎖時分別采用定時器T0和T1來實現。兩定時器均設為50 ms定時中斷，連續產生60次中斷的時間是3 s。當確實有鍵按下并彈起時，打開相應定時器中斷并允許其計數。假如在下一按鍵按下時，發生定時中斷還不到60次，則定時器停止計數并重設計數初值及定時中斷次數；如果在下一按鍵按下之前，定時器已發生60次中斷，表示3 s已到，則系統自動進行軟件復位。設置密碼時按鍵間隔超時的復位程序代碼如下： 以上程序當執行完RETI指令后，PC指針指向0000H，程序從地址0000H處開始執行，即實現了軟件復位。 當鍵盤開鎖時，如果按鍵間隔超過3 s，這時的程序“復位”并不是從地址0000H處執行，而是回到“密碼設置結束提示音”后的那一條指令處開始執行，利用單步執行指令的方法得到了此條指令的地址：0FC00H。 3 結語 該設計的亮點在于沒有擴展任何E2PROM的情況下，實現了任意修改密碼的功能，且采用軟件復位的方法取消無效按鍵。通過對本系統設置密碼、鍵盤開鎖、紅外遙控開鎖等各方面的情況進行試驗測試，驗證了系統的精確性和安全性。實驗證明該系統成本低、可靠性高，值得推廣與應用。 |
