单片机电子系统课程设计-红外遥控密码锁

1、电子系统设计课程设计实训报告姓 名：学 号： 专业班级： 指导教师：功能25%实训55%设计报告20% 总 评指导教师签名：设计题目： 红外遥控密码锁完成时间： 2022 年 6 月 20 日简易难度把握方式原理图装配图器件焊接软件把握功能实现质量评估格 式内 容15%10%10%10%5%10%10%10%5%15%本文主要阐述一种基于51单片机和红外接收管的红外解码的单片机把握系统。文章具体介绍了红外遥控密码锁的硬件电路和软件设计。硬件局部利用红外接收头的输出接在 AT89C52单片机 INT1中断口，通过跳变沿触发的方式来触发单片机 INT1中断，从而可以对编码脉冲进展接收、存储和解码，

2、然后和用户所设置的密码进展比较，来校对密码的正确与否，假设密码正确，伺服电机步进电机正反转进展开锁和关锁，同时，还有三个 LED 来对系统的复位、红外接收、电机转动状态进展指示。此外，为了防止密码泄露，该系统还支持用户重设密码，上电复位的起始密码为0123，正确输入密码后，用户可以更改密码。最终，为了防止遥控器失窃，非法人员屡次摸索尝试翻开遥控锁，该系统还增加了错误报警功能，按五次键输入密码错误后，蜂蜜器持续鸣叫一分钟进展报警。软件局部用 C 语言进展编程，承受模块化设计思想。该系统硬件电路简洁，造价低廉，操作便利，完全符合设计要求，也具有很高的应用价值。例如可以作为汽车车门锁较常规的遥控锁更

3、安全，也可以作为仓库和家用门锁等。关键词：单片机、红外、遥控、密码锁摘 要目 录 HYPERLINK l “_TOC_250038“ 绪言1 HYPERLINK l “_TOC_250037“ 课题背景、进展及意义1 HYPERLINK l “_TOC_250036“ 课程的具体要求及任务1 HYPERLINK l “_TOC_250035“ 设计任务1 HYPERLINK l “_TOC_250034“ 根本要求1 HYPERLINK l “_TOC_250033“ 发挥局部1 HYPERLINK l “_TOC_250032“ 红外遥控锁总体设计方案2 HYPERLINK l “_TOC_

4、250031“ 任务分析与实现2 HYPERLINK l “_TOC_250030“ 红外遥控锁硬件方案设计3 HYPERLINK l “_TOC_250029“ 红外遥控锁软件方案设计4 HYPERLINK l “_TOC_250028“ 红外遥控锁硬件电路设计方法及原理5 HYPERLINK l “_TOC_250027“ 红外遥控系统5 HYPERLINK l “_TOC_250026“ 调制5 HYPERLINK l “_TOC_250025“ 放射系统5 HYPERLINK l “_TOC_250024“ 红外接收头原理图6 HYPERLINK l “_TOC_250023“ 单片机

5、的原理及应用7 HYPERLINK l “_TOC_250022“ 单片机原理简介7 HYPERLINK l “_TOC_250021“ 单片机最小系统的介绍7 HYPERLINK l “_TOC_250020“ 单片机定时/计数功能的介绍8 HYPERLINK l “_TOC_250019“ 步进电机工作原理8 HYPERLINK l “_TOC_250018“ 步进电机原理8 HYPERLINK l “_TOC_250017“ 步进电机驱动电路8 HYPERLINK l “_TOC_250016“ LED 指示电路9 HYPERLINK l “_TOC_250015“ 蜂鸣器电路9 HYP

6、ERLINK l “_TOC_250014“ 系统原理图及印刷板图10 HYPERLINK l “_TOC_250013“ 系统总原理图10 HYPERLINK l “_TOC_250012“ 印刷幅员10 HYPERLINK l “_TOC_250011“ 软件设计流程11 HYPERLINK l “_TOC_250010“ 全部软件12 HYPERLINK l “_TOC_250009“ 系统的调试与分析12 HYPERLINK l “_TOC_250008“ 硬件调试12 HYPERLINK l “_TOC_250007“ 软件调试12 HYPERLINK l “_TOC_250006“

7、 结论与展望13 HYPERLINK l “_TOC_250005“ 6.1 结论13 HYPERLINK l “_TOC_250004“ 6.2 展望13 HYPERLINK l “_TOC_250003“ 致谢14 HYPERLINK l “_TOC_250002“ 参考文献14 HYPERLINK l “_TOC_250001“ 附录 114 HYPERLINK l “_TOC_250000“ 附录 215 101 绪言课题背景、进展及意义由于红外线遥控不具有像无线电遥控那样穿过障碍物去把握被控对象的能 力，所以，在设计家用电器的红外线遥控器时，不必要像无线电遥控器那样，每套(放射器和接

8、器)要有不同的遥控频率或编码(否则，就会隔墙把握或干扰邻居的家用电器)，所以同类产品的红外线遥控器，可以有一样的遥控频率或编码，而不会消灭遥控信号“串门”的状况。这对于大批量生产以及在家用电器上普及红外线遥控供给了极大的便利。由于红外线为不行见光，因此对环境影响很小，再由红外光波动波长远小于无线电波的波长，所以红外线遥控不会影响其他家用电 器，也不会影响接近的无线电设备。随着科技的进步，人们对物质生活的水平的要求也越来越高，以指代步，是人们对科技的要求。红外技术的进展和红外线的诸多特性，打算了它在短距里遥控上的应用。出于便利性和安全性和便利性的设计要求，我设计了红外遥控密码锁。课程的具体要求及

9、任务设计任务利用单片机、红外遥控器、红外接收头、LED、蜂鸣器等设计一个红外遥控密码锁。根本要求依据方案设计原理电路供电电压 5V 稳压电源，遥控最大操作距离 8m。利用 EDA 仿真软件对设计电路进展仿真发挥局部连续输入密码输入NN 可以软件设定次，实现可调报警功能。2 红外遥控锁总体设计方案任务分析与实现本设计的任务是：以 AT89C52 单片机为处理核心，用红外接收管接收来自遥控器的红外波形，经过接收管解调后转化成的脉冲送入单片机进展处理。红外波的解码是通过 AT89C52 单片机对红外接收头产生的信号的脉宽进展检测， 从而推断接收到多少个 0 和 1，最终合成为 4 个字节的 8 位代

10、码。通过软件编码，给该遥控器编写相应的初始化密码启动系统是可以修改成任意的四位密码， 然后通过解码来识别密码，以进展进一步的操作。本系统总体思路如下：依据遥控器的按键编码值对遥控锁进展编程，从而设置开锁的初始化密码。当系统启动时，系统进入设正常工作状态，此时，假设用户更改了初始密码，用户输入的密码，步进电机正转 90 度开锁。为了使用便利，特地设置了一个按键关锁电机反转。承受初始密码的操作同上。假设连续五次输入的密码均为错误，蜂鸣器会长鸣 30 秒报警报警时间可以通过软件设定。要求到达的各项指标及实现方法如下：利用红外接收头接收来自红外遥控器的编码波形，经红外接收头解调放大后的脉冲送入单片机进

11、展处理。对脉冲信号的凹凸电平的时间长短进展存储和计数。实现：通过软件编程，用单片机的定时和计数器对脉冲的凹凸电平进展计时和计数。对数据进展处理，依据红外的编码方式以脉宽为 0.565ms、间隔 0.56ms、周期为 1.125ms的组合表示二制的 “0”；以脉宽为 0.565ms、间隔1.685ms、周期为 2.25ms 的组合表示二进制的“1”。解码出的 32 位二进制码前 16 为位用户识别码，能识别不同的电器设备，后 16 位为 8 位操作码功能码及其反码。实现：利用软件编程，对数据进展处理得到相应按键对应的编码值。最终实现目标：对遥控器的按键值进展识别、存储和计数，然后和设定的密码组进

12、展比较以识别密码和把握步进电机开关锁。总系统框图如图 2.1.1 所示。键盘编码和调制红外遥控器光电放大解调单片机红外接收与解码电路图 2. 1.1 红外电控锁系统框图红外遥控锁硬件方案设计遥控锁，首先要解决是编码和解码的问题。编码局部承受编码芯片为HT6221 的遥控器面板，当放射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。这种遥控码具有以下特征：承受脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔 0.56ms、周期为 1.125ms 的组合表示二制的“0”；以脉宽为 0.565ms、间隔 1.685ms、周期为 2.25ms 的组合表示二进制的“1”。上述“0”和“1”组成的

13、 32 位二进制码经 38kHz 的载频进展二次调制以提高放射效率，到达降低电源功耗的目的，然后再通过红外放射二极管产生红外线向空间放射。HT6221 产生的遥控编码是连续的 32 位二进制码组，其中前 16 位为用户识别码，能区分不同的电器设备，防止不同机种遥控码相互干扰。该芯片的用户识别码固定为十六进制01H；后16 位为 8 位操作码功能码及其反码。UPD6121G 最多额 128 种不同组合的编码。在解码的时候，可以通过单片机对红外接收头产生的信号的脉宽进展检测，从而推断接收到多少个 0 和 1，最终合成为 4 个字节的 8 位代码。接收局部，承受红外接收头和单片机系统。红外接收头把接

14、收到的红外波形转化成红外脉冲，输入单片机，经过单片机接收和处理，读取按键值。本设计用到的红外接收头来接收、放大和解调接收到的红外波，只要把该接收头的输出引脚连接单片机的外部中断口，就可以搭建简洁的红外接收电路。通过对红外接收头输出的正负脉冲进展计时和计数，通过计算就可以得到按键编码对应的二进制数组。通过该数组获得按键值。利用红外接收头来接收红外编码信号，电路简洁，很简洁操作实现，硬件开销小。红外信号收发系统的典型电路如图所示，红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中，成为一体化红外接收头。 内部电路包括红外监测二极管，放大器， 限副器，带通滤波器，积分电路，比较器等。红外监测二极管监测到红外信号

15、， 然后把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度把握在肯定的水平，而不管红外放射器和接收器的距离远近。沟通 信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过 30khz 到 60khz 的副载波，通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出 凹凸电平，复原动身射端的信号波形。留意输出的凹凸电平和放射端是反相的，这样的目的是为了提高接收的灵敏度。红外接收头的种类很多，引脚定义也不一样，一般都有三个引脚，包括供电脚，接地和信号输出脚。依据放射端调制 载波的不同应选用相应解调频率的接收头。大体积红外接收头 IRM38A 引脚说明红外接收头内部放大器的增益很大，很简洁引起干扰，因此在接收头的供电脚上须加上滤波

16、电容，一般在 22uf 以上。有的厂家建议在供电脚和电源之间接入 330 欧电阻，进一步降低电源干扰。红外放射器可从遥控器厂家定制，也可以自己用单片机的 PWM 产生，家庭遥控推举使用红外放射管(L5IR4-45)的可产生37.91KHz 的PWM, PWM 占空比设置为 1/3, 通过简洁的定时中断开关 PWM, 即可产生放射波形。红外遥控锁软件方案设计通过软件把握单片机的功能是单片机的主要特点和优点，程序的设计要考虑合理性和可读性，遵循模块化设计的原则，承受自顶向下的设计方法。模块化设计使程序的可读性好、修改及完善便利。软件设计包括主程序，密码校验子程序，步进电机正反准子程序，定时器0 和

17、外部中断 1 初始化子程序，延时子程序，红外解码子程序，蜂鸣器子程序等等。密码校验子程序用来将解码得到的密码数组和设定的密码数组进展比较， 从而推断密码正误。步进电机正反转子程序用来把握步进电机正反转，从而实现开关锁。定时器 0 和外部中断一用来对定时器 0 和外部中断 1 进展初始化。红外解码程序用来将接收到的红外脉冲的时间数据转换成二进制表示的数据，然后进一步解码为按键编码值。3 红外遥控锁硬件电路设计方法及原理红外遥控系统红外遥控的概述：红外线的光谱位于红色光之外， 波长是 0.761.5m，比红光的波长还长。红外遥控是利用红外线进展传递信息的一种把握方式，红外遥控具有抗干扰，电路简洁，

18、简洁编码和解码，功耗小，本钱低的优点。红外遥控几乎适用全部家电的把握。红外遥控系统的主要局部为调制、放射和接收，如图 所示：图 1 红外遥控系统调制红外遥控是以调制的方式放射数据，就是把数据和肯定频率的载波进展“与” 操作，这样既可以提高放射效率又可以降低电源 功耗。调制载波频率一般在 30khz 到 60khz 之间，大多数使用的是38kHz，占空比1/3 的方波，如图 2 所示，这是由放射端所使用的 455kHz 晶振打算的。在放射端要对晶振进展整数分频，分频系数一般取 12，所以 455kHz1237.9kHz38kHz。放射系统目前有很多种芯片可以实现红外放射，可以依据选择发出不同种类

19、的编码。由于放射系统一般用电池供电，这就要求芯片 的功耗要很低，芯片大多都设计成可以处于休眠状态，当有按键按下时才工作，这样可以降低功耗芯片所用的晶振应当有 足够的耐物理撞击力量，不能选用一般的石英晶体，一般是选用陶瓷共鸣器，陶瓷共鸣器准确性没有石英晶体高，但通常 一点误差可以无视不计。红外线通过红外发光二极管(LED)放射出去，红外发光二极管红外放射管 内部构造与一般的发光二极管根本一样，材料和一般发光二极管不同，在红外放射管两端施加肯定电压时，它发出的是红外线而不是可见光。图 3b 射击输出驱动电路图 3a 简洁驱动电路如图 3a 和图 3b 是 LED 的驱动电路，图 3a 是最简洁电路

20、， 选用元件时要留意三极管的开关速度要快，还要考虑到 LED 的正向 电流和反向漏电流，一般流过LED 的最大正向电流为 100mA，电流越大，其放射的波形强度越大。图 3a 电路有一点缺陷，当电池电压下降时，流过LED 的电流会降低，放射波形强度降低，遥控距离就会变小。图 3b 所示的 射极输出电路可以解决这个问题，两个二极管把三级管基极电压钳位在 1.2V 左右，因此三级管放射极电压固定在 0.6V 左右， 放射极电流 IE 根本不变，依据IEIC所, 以流过 LED 的电流也根本不变，这样保证了当电池电压降低时还可以保证肯定的遥 控距离。红外接收头原理图红外接收头和复位电路电路原理图如图

21、 3.1.3 所示。图 3.1.3 红外接收头和复位电路电路原理图单片机的原理及应用单片机原理简介单片机是指集成在一个芯片上的微型计算机，也就是把组成微型计算机的各种功能部件，包括 CPU、随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、根本输入/输出接口电路。定时器/计数器等部件都制作在一块芯片上，构成一个完整的微型计 算机从而实现微型计算机的根本功能。单片机内部构造示意图如图 3.2.1 所示。图 3.2.1 单片机内部构造示意图单片机最小系统的介绍AT89C52供给以下标准功能：8K 字节Flash 闪速存储器，256 字节内部RAM， 32 个 I/O 口线，3 个 16 位定时/计数器，5

22、个中断源，一个全双工串行通信口， 片内具有振荡器准时钟电路。单片机最小系统如图 3.4 所示。图 3.2.2 单片机最小系统单片机定时/计数功能的介绍AT89C52 单片机定时/计数器的工作有两个特别功能存放器把握。 TMOD用于设置其工作方式：TCON 用于把握其启动和中断恳求。步进电机工作原理步进电机原理步进电机是一种 感应电机 ，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序把握电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序把握器虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象一般的直流电机，沟通电机 在常规下使用。它必需由双环

23、形脉冲信号、功率驱动电路等组成把握系统方可使用。因此用好步进 电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等很多专业学问。步进电机作为 执行元件 ，是机电一体化的关键产品之一 , 广泛应用在各种自动化把握系统中。随着微电子和计算机技术的进展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机驱动电路步进电机驱动电路原理图如图 3.2.2 所示。图 3.3.2 步进电机驱动电路原理LED 指示电路LDE 指示电路原理图如图 3.4.1。蜂鸣器电路图 3.4.LED 指示电路原理图蜂鸣器电路原理图如图 3.5.1 所示。图 3.5.1 蜂鸣器电路原理图系统原理图及印刷板图系统总原理图

24、系统总原理图如图 3.6.1 所示。图 3.6.1 系统总原理图图印刷幅员系统印刷板图如图 3.6.2图 3.6.2 系统印刷板图4 软件设计流程上电系统启动是否修改密码？是 修改密码输入原密码否否密码正确？复位是 输入密码保存密码输入密码次数否大密码正确?五？是否是开锁蜂蜜器报警否4.1 全部软件相关代码见附录5 系统的调试与分析硬件调试首先，找到全部所需的元器件并归类放好。然后将做好的PCB 板放到电脑面前，对应画好的 PCB 图纸，将原件一一对应的插入到板子上，并并稍稍固定以防止焊接过程中原件的掉落。原件放好后便可以拿到后面去一一焊接。焊接完毕后按要求调试。调试故障及缘由分析如下。接收不

25、到红外信号缘由：红外接收头插反。调试过程：红外遥控对接收头按键，蜂鸣器不叫，说明红外接收管没有接收到红外信号，或者是程序没有正确处理红外信号。结论：红外接收管种类很多，但常用的只有两三种，这两三种输出引脚不同， 使用的时候要正确识别。蜂鸣器叫声小缘由：跟蜂鸣器串联的电阻过大调试：更换与蜂鸣器串联的电阻，换成阻值较小的电阻。结论：正确识别和读取色环电阻。软件调试具体的说这个应当属于是软硬件联合调试，在硬件调试好的状况下，调试软件应当还是比较简洁的。调试故障及缘由分析如下。只是灯没有正常工作缘由分析：三个 LED 指示灯有一个没有正常工作，经检查是坏的结论：在焊接元件前要进展元件检测，确保元件是好

26、的。步进电机不工作缘由分析：在开发箱上别写的程序在移植到系统板上的时候没有修改所用的引脚。结论：在开发箱上的程序，移植到自己的功能电路中时要认真检查所用的引脚，把该修改的地方要正确修改，确保移植无误。6 结论与展望结论该课程的主要任务是开发一个以AT89C52 单片机为核心的红外遥控密码锁。本设计主要分硬件局部和软件局部，硬件局部着重考虑硬件电路的简洁性，故尽可能简洁硬件电路，节约线路板的空间，到达硬件电路最优化设计。软件承受C 语言编写，承受模块化设计思想，程序可读性强，能满足设计要求，到达设计指标，实现了遥控开锁、关锁启动系统修改密码，屡次输入错误报警等功能。速度本设计符合设计要求，操作简

27、洁，便利易用，功能性较强，具有肯定的实践意义和使用价值，但也有一些缺乏，如没有设计遗忘密码的应急措施和掉电保护功能，功能有待完善。展望本操作简洁，易于实现。硬件局部承受的器件应用比较广泛，且价格低廉， 如 AT89C52 单片机、红外遥控器、红外接收管、uln2022 驱动芯片、步进电机、发光二极管等。这意味着所用的器件功能比较强大、稳定，尤其是本次设计的核心元件的核心元件 AT89C52 单片机，软件技术成熟。这类微处理器既可用作把握器有适合于做数据处理，而且本钱低廉。软件承受模块化设计，可读性强，便利二次开发。这个红外要空密码锁系统，具有较低的本钱和稳定的牢靠性，具有较好的开发前景。致谢在

28、本次设计过程中我获益匪浅，在当中我遇到了很多问题。比方在画图过程中，封装不会画，没有依据实物画，在 PCB 图连线时，线的粗细，焊盘的大小都没有设定，在同学的帮助下，最终成功画出了 PCB 与，并制作出了 PCB 板。调试过程中，在教师的帮助下，觉察了不少问题，并都解决了。在这我格外感谢他们，是他们帮助我顺当完成了我的设计。参考文献【1】 李朝青.单片机原理与接口技术.北京航空大学出版社，1994【2】 刘灿军.使用传感器.国防工业出版社.2022【3】 何希才.传感器及其应用. 国防工业出版社.2022【4】 童诗白华成英主编. 模拟电子技术根底. 高等教育出版社。2022【5】 李金平 沈

29、明山 姜余祥编著. 电子系统设计. 电子工业出版社2022附录 1红外遥控锁元件清单附录 2/*红外遥控锁全部程序*/ #include#define uint unsigned int #define uchar unsigned charucharcodetable16=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x77,0 x7c,0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71; uchar code table1=0 x80,0 x40,0 x20,0 x10;uchar code table2=0 x10

30、,0 x20,0 x40,0 x80;sbit P2_0=P20; sbit P0_0=P00; sbit P0_1=P01; sbit P0_2=P02;uchar htime;/红外时间变量uchar startflag;/红外数据开头提取变量uchar hdata33;/红外数据的数组uchar bytenumber;uchar endflag; uchar date4; uchar hp; uchar disp8;void delay1(uint a)while(a-);void delay(uint del)uint i,j; for(i=0;idel;i+)for(j=0;j110

31、;j+);void time0_initTMOD=0 x02; TH0=0 x00; TL0=0 x00; EA=1; ET0=1; TR0=1;void int1initEA=1; EX1=1; IT1=1;/红外数据提取函数void hprosuchar k=1,i,j; uchar value; for(j=0;j4;j+)for(i=0;i1; if(hdatak6)value=value|0 x80; k+;datej=value;hp=1;/红外数据处理函数void hchulidisp0=date0/16; disp1=date0%16; disp2=date1/16; disp

32、3=date1%16; disp4=date2/16; disp5=date2%16; disp6=date3/16; disp7=date3%16;/蜂鸣器发声和Led 亮void BEEPuchar m=20;P0_0=0;while(m-)P2_0=1;delay(1); P2_0=0;delay(1); P0_0=1;void mainuint i=0,k,flag=0,b=0,d=0,FLAG=1,rflag=1,RFLAG=1,alarm=0,G=0,g=0,rag=0;uchar key8=4,5,4,6,4,7,4,4,key18,key28=4,0,4,3,0,7,1,5;/

33、电控锁密码数组为 key,key2为正转和反转，key1 为转载红外数据的数组time0_init; int1init; while(1) if(endflag)hpros; endflag=0;if(hp)hchuli; hp=0;flag=1;/按键按下蜂鸣器发声和led 亮的标志/电控锁复位标志if(disp4=1)&(disp5=6)uchar a; for(a=0;a8;a+)key1a=0; FLAG=1;rflag=1; alarm=0; RFLAG=1; i=0;if(flag)BEEP;key1i=disp4; key1i+1=disp5; i=i+2;flag=0; rag

34、=1; alarm+; if(i=8)i=0;/修改密码if(disp4=1)&(disp5=9) uchar a;for(a=0;a8;a+)key1a=0; RFLAG=0;i=0;/进入修改密码的具体的实现if(RFLAG=0)/确认要修改的密码的原密码if(key0=key10)&(key1=key11)&(key2=key12)&(key3=key13)&(key4=key14)&(key5=key15)&(key6=key16)&(key7=key17)uint H;G=1; for(H=0;H10;H+)P0_1=0;delay(20);P0_1=1;delay(20); for(H=0;H8;H+)key1H=0; i=0;rag=0;if(key20=key10)&(key21=key11)&(key22=key12)&(key23=key13)&(key24=key14)&(key25=key15)&(key26=key16)&(key27=key17)uint h;g=1;for(h=0;h10;h+)P0_2=0;delay(30);P0_2=1;delay(30);for(h=0;h8;h+)key1h=0;i=0;rag=0;/