红外遥控密码锁

1、红外遥控密码锁1 总体概述目前大部分的锁采用的都是机械式的，其最大的缺点是利用简单工具就能很容易地把锁打开。针对这种情况，我们设计了一种红外遥控密码锁，而一般设备都采用专用的遥控编码及解码集成电路，其制作简单、容易，但由于特定功能的限制，只适用于专用的电器产品，其应用范围受到限制。本设计由AT89C2051编程实现的发射电路和AT89C52控制的接收部分构成。采用单片机进行遥控系统的应用设计，具有编程灵活多样，电路结构清晰。整个设计具有遥控开锁，遥控的节能设计，本机控制开锁，密码修改，密码显示，工作状态显示，按键提示，密码错误报警等功能，可在密码外泄的情况下及时修改密码，具有保密性好、安全可靠

2、、成本低廉、连接方便，简单易用，适用范围广等特点，而且特别适合家庭，宾馆，仓库，私家车库等场所。2 系统方案设计2.1 系统构成框图基于单片机系统的红外遥控密码锁的系统构成框图如图1所示：图1 红外遥控密码锁系统框图该系统由发射模块和接收模块两部分构成，遥控器发射模块可以随身携带，只要在接收器附近，即可遥控开锁；接收器则集开锁、修改密码、报警和显示于一体。2.2 设计思想本系统采用单片机AT89C2051和AT89C52作为核心的元件，利用红外遥控原理和单片机相关功能设计的一款具有本机开锁，遥控开锁和可修改密码的电子密码锁。发射模块和接收模块原理图如下：图2 发射模块图3 接收模块3 基本功能

3、设计3.1 初始密码的设置有些密码锁直接将编好的密码程序存储在EPROM中，但在实际应用中不易实现密码的修改。本设计为了方便密码的修改，扩展了EEPROM来存储密码。我们采用六位密码设置并分为用户密码和管理密码。用户密码初始设为123456，它用来开锁和修改用户密码，没有权限修改管理密码；管理密码初始设为778899，它是专门用来防止密码丢失而进行的特别密码设置，管理密码拥有最高的权限。3.2 密码显示与开锁 键入密码时，有时并不能确认某一个按键是否被按下，故我们在电路中设置了模拟显示电路。同时考虑到密码显示出来有可能外泄的问题，在显示时用一个固定的字母“H”来提醒用户是否有键按下，这样既巧妙

4、的提醒了用户又有效的保护了密码，这是本设计安全性的一个体现。除此之外，在一个键按下后，蜂鸣器机会发出“嘀”的一声，也用于提示此键已按下。在用户输入正确的六位密码后，再按“确认”键，便可开锁，在本次设计中，基于节省材料的原则，暂时用发光二极管代替电磁锁，发光管亮，表示开锁；灭，表示没有开锁。 3.3 密码的修改当你设定的用户密码不小心外泄时，这时就要及时通过密码修改程序来更改密码了，我们可以选择管理密码和用户密码中的一种对其进行修改。当选用用户密码修改时，首先要正确输入原用户密码，然后按“更改”键，如果原密码正确则进入密码修改程序。接下来输入六位新密码，接着新密码即被存入AT24C02中，至此用

5、户密码修改成功。当选用管理密码修改时，首先要正确输入管理密码，然后按“MAS”键, 如果管理密码正确则进入密码修改程序。接下来输入六位新密码，接着新密码即被存入存储器中并把原来的用户密码覆盖。当然在普通情况下不建议使用这种修改方法，只有在用户密码被非法修改时才使用。这是本设计安全性的重要体现。3.4 密码错误报警 当用户键入错误密码并按下“确认”键时，系统会发出两秒连续的报警声同时密码错误指示灯亮；当连续三次出现密码错误时，则系统会长时间报警，并将密码锁锁定一段时间，此举可有效防止非法操作。这是本设计安全性的又一体现。3.5 遥控开锁当此锁用于私家车库或仓库时，用户可以直接在适当的距离输入正确

6、密码并确认发送，接收端在收到相应信号便会自动开锁，这样便实现了遥控开锁。这是本设计方便灵活的重要体现。由于遥控器一般随身携带，所以遥控器采用电池供电。这就要求发射系统的功耗要很低，在本设计中将芯片设计为待机模式，只有当按键按下时才正常工作，这样可以起到降低功耗的目的。4 功能模块设计4.1 红外的发射和接收红外线波长在750nm至1um之间的电磁波，它的频率低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。红外遥控具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，成本低，易于实现等显著优点。红外遥控由发送和接收两部分组成，发送端采用单片机将待发送的二进制信号编码调制为一系列的脉冲信号，通过红外发射管发射红外信号。

7、红外接收采用性能可靠的一体化红外接收头接收红外信号，它同时对信号进行放大，检波，整形，得到TTL电平的编码信号，再送给单片机，经单片机解码并进行相关操作。发送与接收示意图如下所示： 图4 发送与接收示意图由上所述可知，遥控系统分为编码，调制，解调和解码如图5所示四大部分：图5 遥控与接收系统4.1.1 编码如图4，二进制信号中的1的高低电平均等于0.26ms，相当于10个26us的宽度；二进制信号中的0的低电平宽0.52ms，高电平宽0.26ms。图6 编码示意图4.1.2 调制红外信号的调制有脉冲宽度调制（PWM），脉冲位置调制（PPM）等方法，本设计采用脉宽调制。二进制的调制由单片机来完成

8、，它把编码后的二进制信号调制成频率为38khz的间断脉冲串，此脉冲串即是用于红外发射二极管发送的信号。如图7，A是二进制信号的编码波形，B是频率为38khz（周期约为26us）的连续脉冲串，C是经调制后的间断脉冲串，即是用于发送的信号。图7中，待发的二进制数据为101。图7 信号调制示意图4.1.3 解调二进制信号的解调由一体化红外接收头来完成，它把接收到的信号（图8中的波形D也是图7中的波形C）经内部处理并解调复原，输出图8中的波形E(正好是图7中A的取反)。接收头的解调可理解为：在输入脉冲串时输出低电平，否则输出高电平。二进制的解码由单片机来完成，它把红外接收头送来的二进制编码波形通过解码

9、，还原成发送端发送的数据。如图8，把波形E解码还原成数据信息101。图8 信号解调示意图4.1.4 解码在发送字节的开始先通过单片机发送20个脉冲宽度（每个脉冲周期26us）的高电平作为传输的开始（同步帧），接着发送8位二进制数据（高位在前，低位在后），最后发送10个脉冲宽度的低电平作为传输的结束，如图9所示：图9 字节传输当接收到同步帧后，进入解码部分。解码采用软件抽样判别，以15个脉冲为判别门限，在门限时刻读得低电平时（如图10中A点），即可判定为编码1；在门限时刻读得高电平时（如图10中的B点），即可判定为编码0。解码一位后，须等到下一位的高电平到来，再计数15个脉冲后，判断读得的电平时

10、高还是低，进行解码。图10 解码4.2 键盘因为本设计用到的按键较多，所以本设计采用行列式键盘，同时也能减少所占用的I/O线的数目，节省资源。 图11 行列式键盘原理电路图每一条水平（行线）与垂直线（列线）的交叉处不相通，而是通过一个按键来连通，利用这种行列式矩阵结构只需要N条行线和M条列线，即可组成具有N×M个按键的键盘。本设计发射部分采用4*3键盘，接收部分采用4*4键盘。键盘扫描时，首先由I/O口低四位输出高电平，高四位输出低电平，假若有键按下，那么在I/O口低四位即可读出低电平，接着延时消抖，再具体判断是何键按下。现将接收部分的键盘功能做一下说明。如图，0至9号键为数字键，六

11、位密码从中产生。“确认”键，“更改”键，“取消”键和“MAS”键为功能按键，具有控制开锁，更改密码和取消相关操作等功能。剩余的两个键在本设计中未用，可作为今后的功能扩展键使用。4.3 AT24C02存储器带I2C总线接口的AT24C02，是一种具有掉电保护的存储器，其内部有连续的子地址空间，对这些空间进行n个字节的连续读、写时，都具有地址自动加1功能。图12 AT24C02连接图只要在初始化程序中规定好读、写字节数及指定期间内子地址，启动I2C总线后，调用相关的子程序即可完成整个操作。对于AT24C02而言，A2、A1、A0为硬地址，当选择接地时，则存储器的写从地址为0A0H,读从地址为0A1

12、H。用户一次写入EEPROM中的数据字节不应大于页容量，而AT24C02的页写字节数为8B,所以在初始化密码时，要分批写入密码。4.4 Max7219显示驱动器本系统中，与以往的利用74LS164芯片驱动数码管的显示不同，采用了更加强大的多功能串行LED显示驱动器Max7219来实现数码管稳定的动态显示，从而大大地节约了资源。Max7219是一款串行共阴极数码管动态显示驱动芯片，仅使用LOAD、DIN、CLK 3线串行接口传送数据，可直接与单片机接口，用户可以方便地修改其内部参数以实现多位LED显示。MAX7219的16位串行数据的作用如表1所示： 表1 MAX7219的16位串行数据 D15

13、 D14 D13 D12D11 D10 D9 D8D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0无关比特地址数据位其中，低8位表示显示数据本身，最高的4位D15D12为无关比特，D11D8为用于寻址4个内部寄存器。本设计选用Max7219是基于以下考虑的：·Max7219能够驱动8个LED，可方便地对每位LED进行单独控制、刷新，不需要重写整个显示器寄存器。·通信方式采用串行数据方式，可与任一种单片机方便地接口，仅使用单片机的3个I/O口即可完成8位LED数码管的显示控制和驱动。我们采用6位密码，因此只使用了6位数码管，这6位数码管除了具有按键输入提示作用外，还有一个重要作

14、用就是分屏显示，用户在进行不同的操作时，数码管会显示不同的字符以提示用户。具体显示字符如下所示：图13 分屏显示字符5 调试与总结本设计采用了较独特的PWM（脉冲宽度调制）调制方法。该调制方法不但节省了硬件，而且软件编码也简洁易懂。按此编码方法，信号的传输速度可达1200bps。经实验测试，遥控距离在室内可达14m，在室外也可达10m以上，红外遥控信号的发送和接收方法没有出现传输误码，证明了电路有极高的稳定性和译码准确性、高效性。本系统除了具有传统的固定键盘式电子密码锁系统的功能外，还增加了用遥控控制的功能，因此给人们带来很多便利，这一点也正是作者开发和设计此系统的根本原因。在本系统中，与以往的利用74L