电子密码锁说明书

-.z.电子密码锁摘要：电子密码锁自身有着很高的平安性并且本钱低、功耗小、操作简单等优点。在很多的平安领域内具有技术和报警功能的的数字密码锁已经逐渐取代了传统的钥匙式机械锁并且抑制了机械式密码锁的密码数量少、修改不方便等劣，使密码锁在性能及技术上都有了很大程度上的提升。该电子密码锁由四局部组成，密码设定及输入电路、报警电路、计时电路和电源电路。也可以划分为三大模块即密码设定及输入模块、计时报警模块、电源模块。其中密码设定及输入模块是通过触发器来设定密码并且进展输入，计时报警模块是用计数器来计用户输入密码的时间假设超时即通过555来实现报警，最后电源电路是用来给上述模块供电。这就是该电子密码锁的主要构造。关键词：计数器，触发器，555定时器，密码锁Abstract：Electroniccipherlockwithsafetyandlowcost,lowpowerconsumption,simpleoperationandsoonhigh.Inthefieldofsecuritymanyskilledandalarmfunctionsofdigitalpasswordlockhasbeengraduallyreplacedthetraditionalmechanicallockkeyandovercomesthenumberofmechanicalcipherlockpasswordless,itisnotconvenienttomodifythebad,makethecipherlockinperformanceandtechnologyhavebeenimprovedgreatly.Thedigitalpasswordlockiscomposedoffourparts,thepasswordsettingsandinputcircuit,alarmcircuit,atimingcircuitandapowercircuit.Alsocanbedividedintothreemajormodules:passwordsettingandinputmodule,alarmmodule,powermodule.Thepasswordsettingandinputmoduleisthetriggertosetapasswordandenter,timingalarmmoduleiscountertotheusertoenterapasswordifthetimeouttimeby555toachievethealarm,thepowersupplycircuitisusedtogivethemodulepowersupply.Thisisthemainstructureofthedigitalpasswordlock.Keywords：Counter，trigger，555timer，passwordlock目录TOC\o"1-2"\u1前言11.1目的及意义11.2技术要求11.3国内外概况11.4要解决的问题12总体方案设计22.1方案比较22.2方案论证32.3方案选择33单元模块设计43.1各单元模块功能介绍及电路设计43.2电路元件选择和参数计算103.3特殊器件的介绍113.4各单元模块的联接134系统调试144.1仿真电路总图144.2系统仿真参数设置144.3功能调试155系统功能、指标参数225.1系统能实现的功能225.2系统指标参数测试225.3系统功能及指标参数分析226结论247总结与体会258致谢269参考文献27附录28-.z.1前言在人们的日常生活和工作中,房屋住宅的平安防范、办公室的文件档案、财务报表以及其他一些个人资料的保存通常都会使用锁来进展保护。但是使用传统的钥匙式机械锁来保护需要人们随身携带钥匙这样非常的不方便且发生钥匙丧失后会产生更大的平安隐患。随着科学技术的不断开展，人们对日常生活中的平安保险器件的要求越来越高。人们对密码锁的要求也自然越来越高，所以为了为满足人们对锁的使用要求，增加其平安性和可靠性，数字密码锁就渐渐的进入了人们的生活。电子密码锁自身有着很高的平安性并且本钱低、功耗小、操作简单等优点。在很多的平安领域内具有技术和报警功能的的数字密码锁已经逐渐取代了传统的钥匙式机械锁并且抑制了机械式密码锁的密码数量少、修改不方便等劣，使密码锁在性能及技术上都有了很大程度上的提升。再后来随着大规模集成电路技术的开展，数字密码锁技术更是日新月异，出现了带微处理器的智能密码锁，它除具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化管理，从而使数字密码锁具有很高的平安性、可靠性以及广泛的引用性。1.1目的及意义本设计的目的是要设计一个具有报警功能的电子密码锁，准确地比较密码的正确来开锁。防止非法开锁。相对于其他锁，电子密码锁体积小、功耗低、价格廉价、平安可靠,维护和升级都十分方便,具有较好的应用前景并且更加适应现代生活的需求。1.2技术要求本设计的要求是设计一个通过输入正确密码来开锁，对于错误密码有报警提示，密码在规定时间内未完成有自锁复位，且不能再继续输入密码。从而防止非法开锁。1.3国内外概况随着我国对外开放的不断深入，高档建筑开展很快，高档密码锁具市场的前景乐观。我国密码锁具行业对密码锁具高新技术的投入正逐年增大，高档密码锁的市场需求也逐年增加。在安防工程中，锁具产品是关系到整个系统平安性的重要设备，所以锁具产品的优劣也关系了整个安防工程的质量和验收。在国外，美国、日本、德国的电子密码锁保密性较好，并结合感应卡技术，生物识别技术，使电子密码锁系统得到了飞跃式的开展。这几个国家的密码锁识别的密码更复杂，并且综合性比较好，已经进入了成熟期，出现了感应卡式密码锁，指纹式密码锁，虹膜密码锁，面部识别密码锁，序列混乱的键盘密码锁等各种技术的系统，它们在平安性，方便性，易管理性等方面都各有特长，新型的电子密码锁系统的应用也越来越广。1.4要解决的问题在许多电子密码锁的设计中都能够正确地比较密码然后开锁，而没有对错误密码的报警指示，不能有效地预防非法开锁盗窃。所以本设计要解决的问题是判断密码正确与否，而且对错误开锁方式的制止。2总体方案设计通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了两种技术方案来实现系统功能。下面我将对这两种方案的组成框图和实现原理分进展说明。2.1方案比较方案一输入按钮开关输入按钮开关输入锁存电路阿萨德密码储存电路阿萨德开锁控制电路5S定时电路阿萨德20S定时电路阿萨德报警电路锁装置自锁图2.1方案一的原理框图原理：密码存储电路时先焊接固定的密码电路，使其不能更改，在输入按钮开关处输入密码，第一个密码按下时触发5s定后自锁住按钮开关使其不能再输入密码，密码输入到锁存电路中和已存储的密码进展比较假设密码正确则开锁，否则触发20s定时报警。方案二复位复位输入按钮开关输入锁存电路阿萨德密码储存电路阿萨德开锁控制电路5S定时电路阿萨德20S定时电路阿萨德报警电路mn锁装置自锁设置按钮开关阿萨德确认图2.2方案二的原理框图原理：首先设置密码，通过锁存器将密码锁存。然后输入密码，当第一位密码输入时5s定时开场，5s定时完毕后自锁键盘，使其再不能输入密码。输入的密码通过密码锁存电路锁存起来，将输入密码与设置的密码进展比较，再按确认键，假设密码正确则开锁，假设密码不正确则触发20s定时报警。当密码不正确时按复位键则可以再次输入密码。方案三驱动寄存驱动寄存器编码数码开关锁锁报警数码开关报警数码开关图2.3方案三的原理框图2.2方案论证经论证两种方案均可行，且大体一样。方案一中电子密码锁的根本功能能够实现功耗较低，但密码不能修改，密码为预先设置的初始密码。另，当输入四次密码输入完后，立刻自动开锁，从平安性来说较低。方案二中设有复位，对于错误密码有修正功能，对于调试过程中能够及时停顿报警，但是功耗相对于一要大。方案二中有原始密码修改功能。此方案中确认键防止按键次数不对也开锁。方案三它由四局部组成即输入电路、编码电路、执行电路、报警电路组成。在这个设计的优点在于电路简单易懂，而且造价廉价。具有一定的保密性。2.3方案选择基于功能的全面和平安性能的考虑选择了方案二。密码修改功能在日常中很重要。如疑心密码被盗，可以修改密码保障平安。且，当密码输入错误时可以按复位来再次开锁。3单元模块设计该密码锁主要由密码设置模块、键盘模块、密码输入锁存模块、密码比较模块、定时模块以及开锁和自锁模块模块构成。下面分模块介绍。3.1各单元模块功能介绍及电路设计密码设置模块设计1.该模块主要实现密码的设置以及所存的功能。2.该模块的原理及其实现方式。本设计要求密码为4位十进制代码。为实现密码的设置采用了74HC160十进制的计数器和按钮按下给计数器一个脉冲，从而到达密码设置的功能，考虑到密码锁空间有限，因此没有用十个按键设置键盘。密码设置后通过CD4511和7段数码显示器来实现译码显示已设置的密码。但在实际使用中这是不可见的。3.构造框图按钮触发脉冲按钮触发脉冲计数存储译码显示图3.1密码设置模块框图4.protues仿真电路图及原理按钮按下给一个脉冲，该脉冲提供74HC160的时钟信号，从而74HC160计数一次并通过74HC4511和7段数码显示器显示出设置的数字。74HC160有很多功能，在此模块中只选用了它的十进制加计数的功能。密码设置原理电路如图3.1所示。图3.2密码设置和显示电路密码设置总电路图如图3.3所示。图3.3密码设置总电路矩阵键盘模块设计1.该模块主要实现给相应功能端一个上升和下降脉冲沿。2.该模块实现方式和原理按钮按下之前输出端为低，按下之后为高电平，按钮升起来为低电平。3.protues仿真原理图按钮之后，R之前为输出端。图3.4按键电路图3.5按键区总电路由于设计要求，键盘模块内设置了确认按钮以及复位按钮。密码输入锁存模块1.该模块实现的功能是密码输入及锁存。2.该模块由两局部构成，一局部为密码输入编码，一局部为密码输入锁存显示。3.构造框图：输入密码输入密码编码锁存显示图3.6密码输入模块框图4.protues仿真原理及电路图密码输入编码由两片4532构成的16线-4线优先编码器所构成。由于实际使用的只有10个输入端，则高六位接地。如以下图所示。Gs端仍为整个编码器的编码指示信号。如图3.5所示。图3.716线-4线优先编码器电路由于键盘为一组，而要输入四位密码，则需要片选，本设计中用到了74HC194构成的右移的移位存放器，从而控制了四个锁存器和译码显示器的工作〔如以下图〕。图中.12分别控制4个4508的STB端和4511的LE端。图3.874HC194构成的片选电路图3.9整个密码输入锁存电路密码比较模块设计1.该模块主要实现的功能是比较密码正确与否。2.该模块主要四位数值比较器74LS85、一片2输入与门和一片4输入与门来实现。3.构造框图：密码比较密码比较与输入次数相比结果图3.10密码比较模块框图4.protues仿真电路，及其原理该模块原理是A0，A1,A1，A3,为输入密码的四位二进制代码的输入端，B0,B1,B2,B3为存储密码的输入端。通过74LS85比较，假设比较出正确，则A=B端输出高电平，通过4片比较器比较后对结果进展与，再通过四输入与门确定四位密码正确与否，二输入与门输入端分别接密码输入次数〔输入四次后05为高电平〕和比较结果。图3.11密码比较电路定时报警模块1.该模块主要实现定时报警，具体有以下几个功能：〔1〕5s内密码输入不正确则触发20s报警指示。〔2〕5s内密码未输入完成则触发20s报警指示并且自锁复位。〔3〕5s内密码输入正确则不报警。2.该模块主要由555定时器构成的多谐振荡器和单稳态触发器来实现，其间为实现上面4个功能，用到了D触发器，多个反相器和与门和与非门。3.构造框图：5S定时5S定时20S定时多谐振荡器报警图3.12定时报警模块框图4.555定时报警电路仿真图3.13555定时报警电路开锁自锁模块设计1.该模块功能是密码正确时安确认按钮时开锁，开锁信号由LED灯指示。5s后自锁电路。2.该模块由D触发器和逻辑开关来实现。3.构造框图：确认确认LED指示5S定时自锁键盘图3.14自锁开锁模块框图4.protues仿真电路及原理。该模块原理为确认按钮给D触发器一个有效脉冲，密码正确后LED灯亮，否则不亮。5s定时完毕通过反相器给另一个D触发器，使其断开键盘电源到达自锁。图3.15开锁和自锁电路3.2电路元件选择和参数计算元件参数计算设计中有5s和20s定时，选择了555定时器组成的单稳态触发器来完成。其中5s定时电路中R为455k，C为10u。具体公式如下：TW=1.1RC20s定时电路的R为1818k,C为10u。公式同上。报警频率设置为1Hz，则采用555定时器构成的多谐振荡器来完成，其中多谐振荡器公式为：由上述公式计算得R1为100k，R2为21.4k，C为10u。元件选择元件选择见表3.1所示表3.1元件表电阻R电容C型号个数型号个数1818k210u1036040.01u5455k121.4k23.3k410k103.3特殊器件的介绍本系统中主要使用了555定时器芯片。下面就该器件的功能特点、主要参数和使用方法作相应说明。3.3.1555定时器的介绍555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555,用CMOS工艺制作的称为7555,除单定时器外,还有对应的双定时器556/7556。555定时器的电源电压范围宽,可在4.5V～16V工作,7555可在3～18V工作,输出驱动电流约为200mA,因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。图3.16555定时器的引脚图555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。假设触发输入端TR的电压小于VCC/3,则比较器A2的输出为1,可使RS触发器置1,使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3,同时TR端的电压大于VCC/3,则A1的输出为1,A2的输出为0,可将RS触发器置0,使输出为0电平。555定时器功能表和参数表如表3.2和表3.3所示。表3.2555定时器功能表输入输出阈值输入触发输入复位输出放电管**00导通11截止10导通1不变不变表3.3555定时器的参数表参数符号值单位电源电压Vcc16V导致温度〔焊接10秒〕TLEAD300°C功耗PD600mW工作温度范围

LM555/NE555TOPR0~+70-40~+85°C储存温度范围TSTG-65~+150°C3.3.274HC161器件介绍时钟CP和四个数据输入端P0~P3清零/MR使能CEP，CET置数PE数据输出端Q0~Q3以及进位输出TC(TC=Q0•Q1•Q2•Q3•CET)74HC161功能表如表3.4所示。表3.474HC161功能表输入输出CRCPLDEPETD3D2D1D0Q3Q2Q1Q00ФФФФФФФФ00001↑0ФФdcbadcba1↑10ФФФФФQ3Q2Q1Q01↑1Ф0ФФФФQ3Q2Q1Q01↑111ФФФФ状态码加1从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR="0〞，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全"0〞，这个时候为异步复位功能。当CR="1〞且LD="0〞时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET="1〞、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。3.4各单元模块的联接本设计中共有6个模块，各个模块之间的联接关系如下：〔1〕键盘模块和密码锁存模块的联接关系是将键盘编号对应的按钮接在密码编码电路中4532对应的输入端。〔2〕密码锁存模块、密码设置模块及密码比较模块的联接关系系是密码锁存器4508的输出端和对应的密码设置中的74HC160的输出端接到相应的比较器74LS85的输入端。〔3〕定时报警模块、开锁自锁模块及键盘模块的联接关系是定时模块中D触发器的CLK端接相应的脉冲信号〔在中有阐述〕，通过定时模块中5s定时电路锁住键盘模块电源，从而到达自锁。键盘模块中有复位按钮，复位按钮是接在所有D触发器的R端，到达复位的功能。〔4〕开锁自锁模块和密码比较模块的联接关系是密码比较模块中输出结果端06接在D触发器的D输入端，作为开锁信号的判断依据。具体联接关系见附录。4系统调试简单说明对系统的一些模块用仿真软件进展了具体的调试。4.1仿真电路总图见附录。4.2系统仿真参数设置在系统调试之前，我们需要对系统进展参数设置，如表4.1所示。表4.1系统仿真参数序号编号参数序号编号参数序号编号参数1R110K22R243.3K45U27-3074HC1602R210K23R2536046U16:A74LS043R310K24R263.3K47U22:B40134R410K25R2736048U9:A74LS045R510K26R283.3K49U18-21OR6R610K27C110u50U32:A74087R710K28C20.01u51U4-774HC45118R810K29C310u52U23-2674HC45119R910K30C40.01u53U34-3774LS8510R1010K31C510u54U39:A450811R1510K32C60.01u55U2;A450812R1710K33C1110u56U2:B450811R2910K34C120.01u57U3:A450812R121818K35C1310u58U33:A74LS2113R13100K36C140.01u59U10-14NE55514R1421.4K37C1510u60LS1SOUNDER15R181818K38C2110u61LS2SOUNDER16R19100K39C2210u62D1LED-BIRY17R2021.4K40C2310u63D2LED-BIRY18R11455K41C2410u19R2136042U24:A401620R223.3K43U36:B401321R2336044U22:A40134.3功能调试定时报警模块的仿真调试.1调试目的调试5s定时和20s的时间准确度。.2调试内容用示波器观察555定时器中5s和20s定时。.3调试电路如图4.1所示。图4.1定时模块调试电路4.3.1如图4.2和图4.3所示。图4.25s定时电路示波器观察图4.320s定时电路示波器观察密码设置模块的仿真调试.1调试目的调试密码设置模块的密码设置功能。.2调试内容设置密码为2014。.3调试电路如图4.4所示图4.4密码输入模块调试电路.4调试结果如图4.5所示。图4.5密码设置电路仿真密码输入锁存模块的仿真调试.1调试目的调试密码输入模块的密码输入功能。.2调试内容密码输入为1411。.3调试电路如图4.6所示。图4.6密码输入模块调试电路.4调试结果如图4.7所示图4.7密码输入锁存电路仿真密码比较模块调试.1调试目的调试密码比较模块的比较功能.2调试内容输入正确密码和错误密码时的输出结果.3调试电路如图4.8所示图4.8密码比较模块调试电路.4调试结果密码正确时如图4.9所示。图4.9密码正确时比较结果密码错误时如图4.10所示。图4.10密码错误时比较结果开锁模块调试.1调试目的验证开锁模块的指示功能。.2调试内容输入正确和错误密码分别观察指示灯的工作状态。.3调试电路如图4.11所示图4.11开锁模块调试电路.4调试结果正确密码输入时如图4.12所示。图4.12密码正确时调试结果密码错误时如图4.13所示。图4.13密码错误时调试结果5系统功能、指标参数本节主要从报警器的实现的功能、开锁信号参数测试两个方面进展介绍。5.1系统能实现的功能在家庭防盗中各种情况实现对应功能。主要有以下几个功能：一、密码可以通过内部人员修改，在实际生活中密码不显示，为测试方便则有密码显示。二、密码在5s内错误输入且按确认开锁，按确认的同时报警器就报警。三、密码在5s内未输入完时，5s后就报警。四、5s内密码正确按确认后开锁，开锁指示灯，仅在这种情况下亮。5.2系统指标参数测试对于本设计系统的参数测试，就是将我们的电路的各局局部开进展仿真。对此仿真可用到仿真软件proteus。在对每个局部仿真到达正确结果后，然后将各个模块连接起来进展整体测试。经过仿真证明我设计的电子密码锁电路工作正常。5.3系统功能及指标参数分析通过前面的参数计算和仿真的如系统各元件的参数表如表5.1所示。表5.1系统各元件的参数表序号编号参数序号编号参数序号编号参数1R110K22R243.3K45U27-3074HC1602R210K23R2536046U16:A74LS043R310K24R263.3K47U22:B40134R410K25R2736048U9:A74LS045R510K26R283.3K49U18-21OR6R610K27C110u50U32:A74087R710K28C20.01u51U4-774HC45118R810K29C310u52U23-2674HC45119R910K30C40.01u53U34-3774LS8510R1010K31C510u54U39:A450811R1510K32C60.01u55U2;A450812R1710K33C1110u56U2:B450811R2910K34C120.01u57U3:A450812R121818K35C1310u58U33:A74LS2113R13100K36C140.01u59U10-14NE55514R1421.4K37C1510u60LS1SOUNDER15R181818K38C2110u61LS2SOUNDER16R19100K39C2210u62D1LED-BIRY17R2021.4K40C2310u63D2LED-BIRY18R11455K41C2410u19R2136042U24:A401620R223.3K43U36:B401321R2336044U22:A40136结论本电子密码锁的设计主要由双四位锁存D型触发器4508组成密码预设电路，由555定时器组成单稳态触发器驱动继电器开锁电路，由十进制计数/分配器4017，二输入与非门4011，信号发生器，蜂鸣器组成报警电路。本次设计中能够实现密码锁的根本功能，并且设有复位键，能够在普通的，平安性要求不是太高的设备中投入使用。还有本设计的定时工作中两片555定时器构成的20s定时电路有重复工作区，造成了能源浪费，这是一个缺点。通过分析与设计原理图，且利用电子电路计算机进展仿真使得学习研究电子技术变得更加简单、直观，学习效果进一步提高，带动了学习的积极性。7总结与体会通过了这学期的数字逻辑的理论学习，终于迎来了为期两周的数字逻辑设计。两周周紧张而忙碌的课程设计，我们最终成功完成了密码锁的设计，并且从中受益匪浅。在这两周周里我深深地体会到没有付出就没有成功，成功的背后都是由汗水铺成的。虽然我在设计方面遇到了很多困难，但是通过不断的查阅资料，我最终还是找到了答案。为完成这次课程设计我们确实很辛苦，但苦中仍有乐。在这个过程中，我也曾经因为实践经历的缺乏失落过，也曾经仿真成功而热情高涨过。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。在这两周周里，我虽然苦，虽然累，但是有了教师的指导，同学的帮助，再苦再累都算不了什么。通过这次课程设计我觉得锻炼了我对于所学知识的应用，尤其是在数电方面的知识，学习完之后进展应用，增加了我对数字电路的认识。在这个过程中我遇到了很多在技术方面的问题，通过在小组内的讨论以及在图书馆中查找了相关的资料这些问题才得以解决