基于单片机的红外遥控系统密码锁控制-技术学院毕业设计（论文）

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -I- 摘要 本文设计了一种基于单片机的红外遥控密码锁，并简要介绍了它的工作 原理。红外电子密码锁能实现多种控制功能，有较好的市场发展前景和技术 应用价值。电子密码锁克服了机械式密码锁量少、安全性能差的缺点，特别 是使用单片机控制的智能电子密码锁，不但功能全，而且具有更高的安全性 和可靠性。并且电子密码锁只需记住一组密码，无需携带钥匙，免除了人们 携带钥匙的烦恼，被越来越多的人所喜欢。针对传统的机械锁的各种缺点和 对安全性要求，设计了一种红外遥控电子密码锁，可以满足安全方面的要求， 也能够实现特殊环境下的使用需求。系统能完成开锁、出错报警、修改用户 密码等基本的密码锁的功能，并且能实现遥控、掉电存储、声音提示等功能。 关键词：关键词：电子密码锁；红外遥控；单片机 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -II- Abstract This paper designed the code lock controlled by infrared ray based on single chip. At the same time, we also give a brief introduction of the principle of the code lock. Infrared electronic coded lock can realize various control functions， have a good market prospects for development and technical application value。 According to all kinds of faults of the traditional mechanical lock and to meet the security requirement， designed a kind of infrared remote electronic coded lock， it can not only meet the safety requirements,but also can realize the use of special circumstances demand.This system has the basic function of opening the lock, error alarming and modifying the password of the users as well as the function of remote control, power down storeage, sound hinting function, etc. Key words: Electronic coded lock; Infrared remote control; Microcontroller 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -III- 目录 摘要.I Abstract.II 第 1 章 绪论.1 1.1 课题背景和意义.1 1.2 电子密码锁的发展趋势.1 1.3 系统设计要求.2 1.3.1 功能.2 1.3.2 技术指标.2 第 2 章 系统设计方案.3 2.1AT89C51 芯片的介绍.3 2.2 系统设计方案.6 本章小结7 第 3 章 红外密码锁硬件部分.8 3.1 74LS164 芯片8 3.2 单片机硬件电路.8 3.2.1 电源电路.8 3.2.2 复位电路.9 3.2.3 晶振电路.10 3.3 发射和接收装置.10 3.3.1 发射装置.10 3.3.2 接收装置.11 3.4 34 矩阵键盘12 3.5 数码管.13 3.6 发光二级管 LED14 3.6.1 LED 简介.14 3.6.2 LED 特性.15 3.7 电磁继电器.15 3.8 报警器.16 本章小结19 第 4 章 软件程序设计.20 4.1 遥控发射部分程序设计.20 4.1.1 主程序.20 4.1.2 按键扫描程序.21 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -IV- 4.1.3 遥控编码脉冲发射程序.23 4.2 主机接收部分程序设计.25 4.2.1 主程序.25 4.2.2 解码接收程序.27 本章小结29 第 5 章 系统调试.30 5.1 调试仪器.30 5.2 整体调试.30 5.3 硬件单元调试.31 5.3.1 红外钥匙（从机）调试.31 5.3.2 红外遥控门锁（主机）调试.31 5.4 软件调试.31 本章小结31 结论.32 致谢.33 参考文献.34 附录 1 译文35 附录 2 英文文献39 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -1- 第 1 章 绪论 1.1 课题背景和意义 人们从前使用的锁不但不方便，而且安全系数也比较低。随着社会的进 步和人们生活水平的提高，老式的锁已经跟不上人们的要求，况且人们对防 盗的要求越来越高，特别是对使用的便捷性也有了更高的需求。因此近几年 一种新型的电子密码锁应运而生，受到了人们的青睐。有报警功能的密码锁 这时正为人们解决了不少问题。但是市场上的密码锁大部分都是用于一些大 公司财政机构、价格高昂，一般人们难以接受。如果再设计和生产一种价格 低廉、性能灵敏可靠的密码锁，必将在防盗和保证财政安全方面发挥更加有 效的作用。 密码锁是现代生活中经常用到的工具之一，广泛应用于保险柜、房门、 宾馆、车库等。电子密码锁克服了机械式密码锁量少、安全性能差的缺点， 特别是使用单片机控制的智能电子密码锁，不但功能全，而且具有更高的安 全性和可靠性。并且电子密码锁只需记住一组密码，无需携带钥匙，免除了 人们携带钥匙的烦恼，被越来越多的人所喜欢。随着我国第三产业的飞速发 展，电子密码锁会在不久的将来得到广泛的应用，方便社会和个人。 1.2 电子密码锁的发展趋势 20 世纪 80 年代后，随着电子锁专用集成电路的出现，电子锁的体积缩 小，同时可靠性提高，成本也相对提高，所以只适合使用在安全性要求较高 的场合，且需要有电源提供能量，使用还局限在一定范围，难以普及，所以 对密码锁的研究一直没有明显进展。到了 90 年代，美国、意大利、德国、日 本、加拿大、韩国以及我国的台湾、香港等地的微电子技术的进步和通信技 术的发展为密码锁提供了技术上的支持，从而推动密码锁走向实际应用的阶 段。目前，在西方国家，电子密码锁技术相对先进，种类齐全，电子密码锁 已被广泛应用于智能门禁系统中，使之更加安全更加可靠实现大门的管理。 我国于 90 年代初期开始对密码锁进行初步的探索。到目前为止，随着电子技 术和信息技术的发展，电子密码锁的技术领域已发展的十分成熟。从目前的 技术水平和市场认可程度看，使用最为广泛的是键盘式电子密码锁，该产品 主要应用于保险箱、保险柜和金库，还有一部分应用于保管箱和运钞车。在 其他技术领域还有遥控式电子密码锁以及卡片式密码锁等。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -2- 1.3 系统设计要求 1.3.1 功能 （1）遥控系统可在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境工作人员不用亲 自到达下工作；用户可以自由设定密码、具有报警提示功能、可设置万用密 码、具有掉电存储密码功能。 （2）遥控操作的不同，遥控发射器通过对红外光发射频率的控制来区别 不同的操作；可以实现无线操作，智能控制，操作人员活动范围大，使用方 便，操控精准。 （3）红外解码电路设计要求：精确接收红外信号，并对所接收信号进行 解码、放大、整形、解调等处理，最后输出 TTL 电平信号；对非红外光及边 缘红外光抗干扰能力强。 （4）对红外载波、编码电路设计要求：单片机定时器精确产生 38KHz 红外载波；根据控制系统要求能对红外控制指令信号精确编码并迅速发送。 1.3.2 技术指标 （1) 遥控距离达到 8 米以上。 （2) 按键响应时间小于 0.1s。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -3- 第 2 章 系统设计方案 2.1AT89C51 芯片的介绍 设计是以 AT89C51 单片机为核心的。 AT89C51 单片机是由 ATMEL 公司 推出的 AT89 系列的单片机。AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单 片机，片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术 制造，兼容标准 MCS-51，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存 储单元， 功能强大的微型计算机的 AT89C51 可为许多嵌入式控制应用系统提 供高性价比的解决方案。 AT89C51 具有如下特点：40 个引脚，4k Bytes Flash 片内程序存储器， 128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），32 个外部双向输入/输出（I/O） 口，5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全 双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 1.它的性能与主要特点如下 (1)与 MCS-51 微控制器产品系列兼容。 (2)片内有 4KB 可在线重复编程的快闪擦写存储器（Flash Memory）。 (3)全静态工作：0Hz-24KHz。 (4)三级程序存储器保密锁定。 (5)存储器可循环写入/擦除 1000 次。 (6)宽工作电压范围：Vcc 可为 2.7V-6V。 (7)1288 位内部 RAM。 (8)2 条可编程 I/O 线。 (9)两个 16 位定时器/计数器。 (10)中断结构具有 5 个中断源和 2 个优先级。 (11)可编程全双工串行通道。 (12)空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容。 2.AT89C51 引脚介绍 主要引脚（图 2-1）的具体描述如下。 Vcc: 电源。提供掉电、空闲、正常+5V 工作电压。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -4- Vss(GND): 接地。 图 2-1 AT89C51 引脚排列图 P0 口: P0 口可以作普通的双向 I/O 口使用，也可以在访问外部存储器 时用作低 8 位地址线和数据总线。 P1 口: P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 向 P1 口管脚 写入 1 后，被内部上拉为高电平可用作输入口，当作为输入脚时，被外部 拉低的 P1 口会因为内部上拉而输出电流。P1 口还具备第二功能。 P2 口: P2 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 向 P2 口管脚 写入 1 后，被内部上拉为高电平可用作输入口，当作为输入脚时，被外部 拉低的 P2 口会因为内部上拉而输出电流。 在访问外部程序存储器和外部数 据存储器时，可作为地址总线的高位字节。 P3 口:也是一个双向功能口既可以作普通输入输出口使用， 也可以按每 一位的定义实现第二功能操作。P3 口的第二功能,如表 2-1 所示。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -5- 表 2-1 P3 口的第二功能 口线第二功能信号名称 P3.0RXD串行输入口 P3.1TXD串行输出口 P3.2/INT0外部中断 0 P3.3/INT1外部中断 1 P3.4T0定时器/计数器 0 P3.5T1顶时器/计数器 1 P3.6/WR外部数据存储器写选通 P3.7/RD外部数据存储器读选通 RESET/VPD: RESET 是复位信号输入端，高电平有效，此端保持两个 机器周期以上的高电平时，就可以完成复位操作。RESET 引脚的第二功能 VPD 即备用电源的输入端。 ALE/PROG: 地址锁存控制信号。在系统扩展时，ALE 用于控制把 P0 口输 出的低 8 位地址送入锁存器锁存起来， 以实现低位地址和数据的分时传送。 ALE 是以 1/6 晶振频率的固定频率输出的正脉冲。 /PSEN: 程序存储器允许信号输出端。当访问片外程序存储器时，此脚 输出负脉冲作为读选通信号，低电平有效。 /EA/VPP: 片内程序存储器选通控制端，低电平有效。当/EA 端保持低 电平时，将只访问片外程序存储器。当 EA 端保持高电平时，执行访问片 内程序存储器， 但在 PC 值超过 0FFFH 或 1FFFH 时将自动转向执行片外程 序存储器内的程序。 VPP 加入编程电压端。 对 EPROM 型单片机， 在 EPROM 编程期间，此引脚用于施加 21V 的编程电压。 XTAL1: 片内高增益反相放大器的输入端。接外部石英晶体和电容的 一端。若使用外部输入时钟，该引脚必须接地。 XTAL2: 片内高增益反相放大器的输出端。接外部石英晶体和电容的一端， 若使用外部输入时钟，该引脚作为外部输入时钟的输入端。 3.芯片的可擦除性 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -6- AT89C51 单片机还具有芯片擦除性，整个 PEROM 阵列和三个锁定位 的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持 ALE 管脚处于低电平 10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重 复编程以前，该操作必须被执行。 此外， AT89C51 设有稳态逻辑， 可以在低到零频率的条件下静态逻辑， 支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工作。但 RAM， 定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为 止。 2.2 系统设计方案 本系统采用以单片机为核心元件的控制方案。由于单片机种类繁多，各 种型号都有其一定的应用环境，因此在选用时要多加比较，合理选择，以获 得最佳的性价比。 显示电路 电源电路 单片机 报警电路 键盘输入 开锁电路 复位电路 红外遥控 密码储存 图 2-2 系统设计原理图 一般来说在选取单片机时从下面几个方面考虑：性能、存储器、运行速 度、I/O 口、定时/计数器、串行接口、模拟电路功能、工作电压、功耗、封 装形式、抗干扰性、保密性，除了以上的一些方面外，还有一些最基本的条 件，比如：中断源的数量和优先级、工作温度范围、有没有低电压检测功能、 单片机内有无时钟振荡器、有无上电复位功能等。在开发过程中还要考虑开 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -7- 发工具、编程器、开发成本、开发人员的适应性、技术支持和服务等因素。 基于以上因素本设计选用单片机 AT89S51 作为本设计的核心元件， 利用单片 机灵活的编程设计和丰富的 I/O 端口，及其控制的准确性，实现基本的密码 锁功能。在单片机的外围电路外接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控 制，外接 AT24C02 芯片用于密码的存储，外接 LED1602 显示器用于显示作 用。其原理如图 2-2 所示。 本章小结 本章主要介绍了 AT89C51 芯片的性能与主要特点， 引脚， 以及 AT89C51 芯片的可擦除性，系统设计方案，系统总设计结构图。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -8- 第 3 章 红外密码锁硬件部分 3.1 74LS164 芯片 在显示部分，运用 LED 静态显示，静态显示方式编程简单，但占用单片 机 I/O 口线多适合于显示器位数较少的场合。 AT89C51单片机应用系统中， 当串行口空闲时， 可用来拓展并行 I/O口(这 里设定串行口工作在移位寄存器方式 0 状态下)，作为 LED 静态显示接口。 在这里运用 74LS164 来扩展并行 I/O 口，节约单片机资源。74LS164 是一个 串行输入并行输出的移位寄存器。并带有清除端。引脚定义图如图 3-1 所示。 图 3-1 74LS16 引脚定义图 引脚说明： 74LS164 是串行输入、并行输出的移位寄存器，其引脚功能如下： A、B串行输入端。 Q0-Q7并行输出端。 /MR清除端。 CP时钟脉冲输入端。在脉冲上升沿实现移位；当 CP=0、/MR=1 时， 输出保持不变。 3.2 单片机硬件电路 3.2.1 电源电路 电源电路由桥式整流,滤波电容,7805 稳压器及电源指示灯组成。交流电 经过桥式整流变成直流电,再经过电容滤波。 7805 集成稳压器稳压成为稳定的 5V 电源。用一个发光二级管指示灯指示电源状态。电源电路如图 3-2 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -9- 所示。 图 3-2 电源电路图 3.2.2 复位电路 单片机复位时 RESET 需要保持 96 个晶振周期的高电平(即需 8 个机器周 期)。复位以后 P0P3 口输出高电平，堆栈指针 SP 指向 07H，其他特殊功能 寄存器和程序计数器 PC 清零。只要 RESET 保持高电平，AT89C51 就会循环 复位。RESET 当由高电平变为低电平后，单片机从程序存储器 0 地址开始执 行程序。但单片机复位不影响内部 RAM 的状态，包括工作寄存器 R0R7。 常见的复位电路有：上电复位电路和上电按钮复位电路，在本设计中均 采用上电按钮复位电路，如图 3-3 所示。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -10- 图 3-3 复位电路 3.2.3 晶振电路 所谓的晶振电路即指单片机的时钟电路。该电路通常有内部时钟电路和 外部时钟电路。一般选用前者。单片机芯片内部有一个反相放大器构成的振 荡器。反相放大器的输入端为 XTAL1，输出端为 XTAL2，把 X 和 XTAL2 与外部石英晶体及两个电容连接起来可构成一个石英晶体振荡器如图 3-4 所 示。时钟发生器是一个 2 分频电路。它把晶体振荡器的频率 2 分频后供给片 内其他电路。一般电容 C1 和 C2 起到稳定振荡频率、快速起振的作用。 C1晶振 C2 图 3-4 晶振电路 3.3 发射和接收装置 3.3.1 发射装置 常用的发射器为红外发光二级管它是电视机、影碟机、音响装置、空调 等各类红外遥控系统中不可缺少的电子器件，它将脉冲编码遥控指令用红外 XTAL1 XTAL2 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -11- 发光二极管发射红外线去控制受控装置时，受控装置中均有相应的红外光 电转换元件，通过这个转换把相应的光信号转换为电信号。 这里采用红外发光二极管如 SE303PH303，外形和发光二极管 LED 相 似，发出红外光（近红外线约 0.93m ）。管压降约 1.4V ，工作电流一般小 于 20mA。为了适应不同的工作电压，回路中常串有限流电阻。发射红外线 去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。为了增加红外 线的控制距离，红外发光二极管工作于脉冲状态，因为脉动光（调制光）的 有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提高峰值电流 ，就能增加 红外光的发射距离。提高峰值电流的方法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲 的宽度。 减小脉冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。 要使红外发光二极管产生调制光， 只需在驱动管上加上一定频率的脉冲电压。 红外发射电路如图 3-5 所示。 图 3-5 红外发射电路 3.3.2 接收装置 常用的红外接收装置有如红外接收二极管，光电三极管等。实用中已 有红外发射和接收配对的二级管。在本设计中采用红外一体化接收头 HS0038。它有如下优点：一体化的红外接收装置将遥控信号的接收、放大、 检波、整形集于一身，并且输出可以让单片机识别的 TTL 信号，这样大大简 化了接收电路的复杂程度和电路的设计工作，方便使用。接收头连接图及红 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -12- 外接收电路图如图 3-6 所示。 HS0038 黑色环氧树脂封装，不受日光、荧光灯等光源干扰，内附磁屏 蔽功耗低，灵敏度高。在用小功率发射管发射信号情况下，其接收距离可达 35 m。它能与 TTL、COMS 电路兼容。HS0038 为直立侧面收光型。它接收 红外信号频率为 38KHZ,周期约 26s，同时能对信号进行放大、检波、整形， 得到 TTL 电平的编码信号。三个管脚(1、2、3)分别是地、5 V 电源、解 调信号输出端。 图 3-6 红外接收图 3.4 34 矩阵键盘 在单片机运用系统中， 经常使用简单的键盘和 BCD 拨码盘作为系统的输 入。键盘由一组常开的按键组成，可以通过键盘输入数据或命令。每个按键 都被赋予一个代码，称为键码。键码分为编码键盘和非编码键盘。编码键盘 是通过一个编码电路识别闭合键的键码，而非编码键盘是通过软件来识别键 盘的。通常由于机械触点的弹性作用，触点在闭合和断开瞬间的电接触情况 不稳定，造成了电压信号的抖动现象，键抖动的时间一般为 510ms。为了 避免一次闭合引起 CPU 多次处理，通常会采取去抖动措施。 非编码键盘有独立式键盘和行列式(矩阵)键盘。由于前者在按键较多时 会站用较多的 I/O 口，因此采用行列式(矩阵)键盘，如图 3-7 所示。 行列式键盘又叫矩阵键盘，是将 I/O 线的一部分作为行线，另一部分作 为列线，按键设置在行线和列线的交叉点上，它是通过检测键盘有无闭合以 及查找闭合键的键号，一般采用扫描法。在这里设计的 34 的矩阵键盘。 (1)先向所有的行线输出 0，列线输出 1，然后检测各列线的按键状态， 由相应的列线读入累加器 A 中。有键按下时，对应的列线输入 0，无键按下 时所有的列线输入为 1。 (2)若有键闭合，依次从行线上逐列输出 0，然后依次检测各列线的状态。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -13- 若为 1，说明闭合键不在该列；若有的为 0，则说明闭合键在该列与行线的交 点上。由于每个按键所有的行号与列号不相同，所以每个按键按行号加列号 的值赋予了一个键号。 图 3-7 矩阵键盘图 3.5 数码管 单片机运用系统中，使用的显示器主要有 LED（发光二级管显示器）和 LCD（液晶显示器）。这两种显示器成本低廉，配置灵活，与单片机接口方 便。 LED 显示器结构与原理：LED 显示器是由发光二级管显示字段的显示器 件有共阴极与共阳极两种。如图 3-8 所示，其中 7 只发光二级管(a-g7 段)构 成字符“8”， 另外还有一只小数点发光二级管 dp。 当某个发光二级管的阳极为 高电平时，发光二级管点亮。当人为控制某几段发光二级管点亮就能显示某 个数码或字符。LED 显示器有静态显示与动态显示两种方式。LED 显示器的 字码段(7 段码)，如表 3-1 所示。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -14- 图 3-8 LED 显示器 表 3-1 LED 显示器的字段码（7 段码） 3.6 发光二级管 LED 3.6.1 LED 简介 发光二极管简称为 LED。由镓(Ga)与砷(AS)、磷(P)的化合物制成的二极 管，其核心是 PN 结。当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来 显示 字符 共阴极字段码共阳极字段码显示字符共阴极字段码共阳极字段码 03FHC0H96FH90H 106HF9HA77H88H 25BHA4HB7CH83H 34FHB0HC39HC6H 466H99HD5EHA1H 56DH92HE79H86H 67DH82HF71H8EH 707HF8HP73H8CH 87FH80H熄灭00HFFH 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -15- 制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。 它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；而红外二极管在正向导 通时会发出红外光。常简写为 LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个 PN 结组成，也具有单向导电性。 3.6.2 LED 特性 (1) 发光二极管的反向击穿电压约 5 伏。主要特性是正向导通、反向截 止、击穿特性。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控 制通过管子的电流，以防止击穿。 (2)发光二极管(LED)的主要参数。 a.最大正向电流 Ifm：允许加的最大正向直流电流，超过此值 LED 损坏。 b.正向工作电流 IF：指 LED 正常发光时的正向电流值。 c.正向工作电压 VF：在给定的正向电流下测得的工作电压。 d.最大反向电压 VRm：允许加的最大反向电压，超过此值 LED 可能被击 穿损坏。 3.7 电磁继电器 在开锁部分采用电磁继电器。通过单片机来控制其线圈的通断电，从而 控制其触点的吸和与断开。 继电器是一种电子控制器件， 它具有控制系统 （又 称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中， 它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起 着自动调节、安全保护、转换电路等作用。一般用符号“J”表示。 1.电磁继电器的工作原理和特性 电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线 圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应， 衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔 铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之 消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触 点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断 的目的。 2.电磁式继电器的主要参数。 (1)额定工作电压： 是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继 电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。在这采用直流电压 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -16- (+5V)的工作电压来驱动。 (2)直流电阻：是指继电器中线圈的直流电阻。 (3)吸合电流： 是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。 在正常使用时， 给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。 3.8 报警器 在报警部分，使用扬声器。从单片机发出的引脚(P2.3)控制信号，经一个 三极管放大后再驱动扬声器，使整个系统产生报警。报警电路如图 3-9 所示。 图 3-9 报警电路图 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -17- 3.9 完整硬件电路图 1.遥控器硬件电路图，如图 3-10 所示。 图 3-10 遥控器硬件电路 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -18- 2.主机硬件电路图，如图 3-11 所示。 图 3-11 主机硬件电路 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -19- 本章小结 本章主要围绕电子密码锁的硬件电路展开，介绍了 74LS164 芯片，单片 机的硬件电路，发射和接收装置，矩阵键盘，数码管，发光二极管，电磁继 电器以及报警器。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -20- 第 4 章 软件程序设计 4.1 遥控发射部分程序设计 该部分主要分为主程序、按键扫描程序以及遥控编码脉冲发射程序。 4.1.1 主程序 主要是对定时器 T1 定时的方式的设定、 计数器的初始化等。 主程序程序 流程图如图 4-1 所示 N N Y Y 图 4-1 主程序流程图 Y 开始 返回 键盘扫描 转按键功能程序 有键闭合？ 转脉冲发射程序 *键按下？ 开始发送 初始化 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -21- 主程序的初始化程序如下： START: LCALL CLEAR LCALL KEYIN AJMP START CLEAR: MOV P1,#0FFH CLR P3.5 MOV SP,#70H MOV IE,#00H;关总中断与中断 1 MOV TMOD,#20H;设定时器 T1 方式 2 自动重装模式 MOV TH1,#0F3H;定时 13us MOV TL1,#0F3H SETB EA;开总中断 MOVE SCON,#OOH;置串行口工作方式 0 LJMP START RET 4.1.2 按键扫描程序 在此设计的是 3 行 4 列的矩阵键盘。程序流程图如图 4-2 所示。 按键扫描程序如下： KEYIN : MOV P1,#0F8H MOVA,P1 CJNEA,#0F8H,NEXT1 KEYOUT: RET NEXT1: LCALL DELAY10MS MOVA,P1 CJNEA,#0F8H,NEXT2 LJMP KEYOUT NEXT2: MOV R4,#0;行号 MOV R7,#03H;扫描行数 MOV R2,#0FEH NXLOOP: MOV R3,#0;列号 QJZ: MOVA,R4;置行号 MOV R6,#04H 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -22- MOV P1,R2 MOVA,P1 ANLA,#0F8H CJNEA,#0F8H,NEXT3 LJMP KEYOUT NEXT3: CLR C RLC A NEXT7: RLC A MOV R5,A JC NEXT4 LJMP QJZ;求键值 NEXT4: DJNZ R6,NEXT5 LJMP NEXT6 NEXT5: MOVA,R3 INC A;列号加一 MOV R3,A MOVA,R5 LJMP NEXT7 NEXT6:MOVA,R4 ADDA,#04H;行号加四 MOV R4,A DJNZ R7,KEYOUT MOVA,R2;进行下一列扫描 RLA MOV R2,A LJMP NXLOOP ADDA,R3;行号加列号 MOV 30H,A;置键号 MOVA,P1 ANLA,#0F0H CJNEA,#0F0H,KEYOUT LCALL DELAY10MS;待按键释放 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -23- CJNEA,#0F0H,KEYOUT MOVA,30H;键号放入 A RET NN YY Y N Y 图 4-2 按键扫描程序流程图 4.1.3 遥控编码脉冲发射程序 遥控器的编码采用脉冲个数编码格式，不同的脉冲个数代表不同的操作码 信息。程序流程图如图 4-3 所示。 遥控编码脉冲发射程序如下： SEND: JNB BEGIN,START;BENGIN 为*(开机)键标志 CLR RS1;选工作寄存起器 1 SETB RS0 MOV R1,A;装入发射脉冲数 MOV R0,#0FAH;第一个码:250x0.012ms=3ms 开始 有键闭合? 延时 10ms 有键闭合? 逐列逐行扫描 判断闭合键键号 闭合键释放否? 闭合键号放入 A 返回 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -24- Y N 图 4-3 遥控器编码程序流程图 AJMP SEND2 SEND1: MOV R0,#53;中间码:83x0.012=1ms SEND2: SETB TR1;开高频定时器 1 中断调制(38KHZ) SETB ET1 NOP NOP NOP NOP NOP NOP 发射开始 装入发射脉冲个数 发送 3ms 停发 1ms (R1)-1=0? 发 1ms 脉冲 停发 1ms 停发 10ms 以上 返回 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -25- NOP NOP DJNZ R0,SEND2 MOV R0,#64H;码距:100x0.010ms=1ms SENDOUT: CLR ET1;关高频定时器 1 中断调制(38KHZ) CLR TR1 CLR P3.5 NOP NOP NOP NOP NOP DJNZ R0,SENDOUT DJNZ R1,SEND1;若 R1 中仍有脉冲则继续发送 1ms 的码 LCALL DELAY500MS RET INTT1: CPL P3.5 RETI 4.2 主机接收部分程序设计 主机程序部分主要分为主程序、按键扫描程序以及解码接收程序。 4.2.1 主程序 主程序中主要是对外部中断 0 的设定以及一些存储单元的清零等初始化 工作。主程序程序流程图如图 4-4 所示。 主程序的初始化程序如下： START: LCALL CLEAR LCALL KEYIN LJMP START CLEAR: MOV SP,#60H SETB IT0;负跳变中断 SETB EX0;开外部中断 0 SETB EA;开总中断 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -26- N Y 图 4-4 主程序流程图 CLR P2.0;关锁 CLR P2.3;关报警 MOV 20H,#0;清零 MOV 21H,#0 MOV 29H,#0 MOVE SCON,#00H;置串行口工作方式 0 MOV MIMACWCS,#0;密码错误存储单元清零 MOV WZDMIMACWCS,#0 NOP NOP NOP NOP NOP LJMP START RET 开始 初始化 键盘扫描 有键按下? 转按键功能子程序 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -27- 4.2.2 解码接收程序 解码接收程序利用外部中断 0 的中断服务程序实现的。外部中断 0 服务 子程序流程图如图 4-5 所示。 N Y N Y 图 4-5 解码接收程序流程图 解码接收程序如下: INT0SERVE: PUSHACC PUSH PSW PUSH DPL PUSH DPH CLR EX0;中断一来关外中断 0 JNB P3.3,INT0SERVE1;确认中断 中断开始 低 电 平 脉 冲2ms? 接收并对低电平(负)脉冲计数 高电平脉宽 3ms? 按脉冲个数至对应功能程序 中断返回 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -28- INT0RET: POP DPH;若为干扰信号则开中断 0 退出中断 POP DPL POP PSW POPACC SETB EX0 RETI INT0SERVE1: CLR A MOV DPH,A;用数据寄存器对第一个码的低电平计时 MOV DPL,A INT0SERVE2: JB P3.3,INT0SERVE3;开始对低电平计时,当p3.3为高电平“1“ 时，计时结束跳出循环并计时低电平是否大于 2ms INC DPTR NOP NOP AJMP INT0SERVE2;循环周期为 8us INT0SERVE3: MOVA,DPH;利用 DPTR 的高 8 位判断低电平是否大于 2ms JZ INT0RET;A 不为“0“，说明 DPL 有进位则 255x8us=2ms 即为 第一个脉冲,A 为“0“，说明小于 2ms,是一个干扰,则退出中断程序 CLR A INT0SERVE4: INCA;脉冲个数加一 INT0SERVE5: JNB P3.3,INT0SERVE5;为低电平则等待 MOV R1,#06H;为高电平则开始对高电平计时 INT0SERVE6: JNB P3.3,INT0SERVE4;当 P3.3 有副负脉冲时， 且前一高电平 小 于 3ms ,则脉冲个数加一 LCALL DELAY513US DJNZ R1,INT0SERVE6;若前一高电平脉宽大于 3ms 时即为一 结帧 DECA DECA JZ FUNCION0;A 为 0 则接收 0 号键 DECA 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -29- JZ FUNCION1;A 为 0 则接收 1 号键 DECA JZ FUNCION2;A 为 0 则接收 2 号键 DECA JZ FUNCION3;A 为 0 则接收 3 号键 DECA JZ FUNCION4;A 为 0 则接收 4 号键 DECA JZ FUNCION5;A 为 0 则接收 5 号键 DECA JZ FUNCION6;A 为 0 则接收 6 号键 DECA JZ FUNCION7;A 为 0 则接收 7 号键 DECA JZ FUNCION8;A 为 0 则接收 8 号键 DECA JZ FUNCION9;A 为 0 则接收 9 号键 DECA DECA JZ FUNCION11;A 为 0 则接收 11 号键 LJMP INT0RET;退出中断服务子程序 RET 本章小结 本章主要是介绍了遥控发射部分程序设计，包括主程序，按键扫描程序， 遥控编码脉冲发射程序；主机接收部分程序，包括主程序，按键扫描程序以 及解码接收程序。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -30- 第 5 章 系统调试 5.1 调试仪器 调试使用的仪器设备如表 5-1 所示。 表 5-1 调试使用的仪器设备 序号名称、型号、规格数量备注 1组装兼容计算机1带 2 个 9 针串口 2直流稳压电源25V 3万用表1- 4串口调试 USB-ISP 线 1- 5Keil C51 单片机编 译软件 美国Keil Software 公司 6Proteus ISIS 仿真 软件 英国 Labcenter 公 司 7示波器1- 5.2 整体调试 本装置的调试主要分为硬件调试、软件调试等两大部分。 经过初步的分析设计后，在制作硬件电路的同时，调试也在穿插进行。 这样有利于问题的分析和解决，不会造成问题的积累，而且不会因为一个小 问题而进行整体电路的检查，从而可以节约大量的调试时间。软件编程中， 我是首先完成单元功能模块的调试，然后进行系统调试，整体上与硬件调试 的方法差不多。联机调试是最重要的一部分，同时也是本装置成功的关键。 有许多新问题都不是很容易解决的。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -31- 5.3 硬件单元调试 5.3.1 红外钥匙（从机）调试 当按键按下后，系统上电，确保单片机能够自锁电子开关，维持电子开 关的导通系统正常供电。在红外遥控器（钥匙）软件尚未编写的情况下，首 先模拟单片机的自锁操作，发现电子开关能自锁，系统正常供电。考虑到按 键操作时间一般为几十毫秒到几秒，单片机复位时间仅为 200ms 左右，一般 来得及输出自锁高电平。后来软件编好以后，发现系统确实能正常上电工作。 5.3.2 红外遥控门锁（主机）调试 调试时使用串口 USB-ISP 线一步步监控单片机的红外反射和接收信号是 否符合要求，来进一步地调整个别电路。红外遥控门锁的电路都是经典电路， 无须过多调试。 5.4 软件调试 对于本系统而言，软件程序所实现的功能比较多，所以软件程序的调试 显得相当的烦琐。整个程序是使用 C 语言。 用 51 系列单片机的下载线将程序下载到单片机内，用串口 USB 线来监 测发送和接收的数据，对照着来修改程序。首先要保证每个模块独立能够发 送接收的数据均符合要求，再来直接用线来连接从机和主机来测试单片机之 间的串口通信协议是否正确，之后再加上红外发送和接收模块来统一测试。 总结调试经验，红外通信只能工作于半双工方式，同时，由于通信波特 率比较低编程时应注意等待时间。 本章小结 本章主要是叙述了系统整机调试，包括了相关仪器的调试，硬件单元调 试，软件单元调试。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -32- 结论 本课题研究的是具有单片机功能的红外遥控密码锁, 通过掌握其原理及 控制过程,以及运用编程来解决红外的编码与解码问题，最终目的在于学会独 立查资料选方案，巩固自己的所学专业知识，例如，巩固所学知识设计单片 机程序, 印刷电路版布局能力，Protel 的使用，提高计算机绘图能力，掌握一 个电子专用软件设计电子电路，加强电子制作的动手能力，学会电路的调试 方法解决实际出现的问题。利用一个廉价的单片机芯片来控制一个红外线遥 控系统使其具有远距离遥控功能。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -33- 致谢 首先感谢各位在百忙之中抽出时间对本次设计进行指导的老师。通过这 次毕业设计，使我有机会再次对以前所学的知识进行了一次系统的复习，然 而还有好多的知识没有掌握好，自己在使用这些方面知识的时候也不多，在 做毕业设计的过程中的确遇到了不少困难，如在红外编码与解码的程序编写 中就找了很多参考资料。在做此毕业设计的时候我也充分利用了身边一切可 用的资源，如网络、书籍、老师、同学等，也经过多次的讨论，最终将毕业 设计做完。最后特别要感谢宋建华老师在毕业设计中给予我的指导和帮助， 使我完成了毕业设计。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -34- 参考文献 1 陶国正.单片机与接口应用技术M.清华大学出版社,2010. 2 林伸茂.8051 单片机M.人民邮电出版社,1999. 3 郭海英.基于单片机的电子安全密码锁的设计M.现代电子技术出 社,2004. 4 康华光.电子技术基础M.高等教育出版社,2001. 5 李华.MCS51 系列单片机实用接口技术M.北京航空航天大学出版社, 1998. 6 郁汉淇.数字电子实验及课题设计M.高等教育出版社,2003. 7 苏长赞,红外线与超声波遥控M.北京人民邮电出版社,2001. 8 王俊峰.现代遥控技术及应用M.人民邮电出版社,2002. 9 李朝青.PC 机及单片机数据通信技术M.北京航空航天大学出版 社,2000. 10Intelcorporation198