无线报警自锁锁的设计

无线报警自锁锁的设计

自中华人民共和国成立以来，这一锁已成为保护个人隐私和生命财产安全的重要工具之一。随着科学技术的高速发展,锁的可靠性逐渐成为人们日益关注的问题。弹子锁是一种最常见的锁具结构,其防撬能力不足的弊端日渐明显。针对这一问题,常用的解决方案主要是对机械方面进行改进,但这仍不足以很好地提高锁的可靠性。本文提出了一种无线报警自锁锁,该锁由蜂鸣器报警电路、无线报警电路、自锁电路和识别电路等组成,提高了锁的可靠性。且其设计原理也同样适用于其他类型的机械锁。1普通锁不能有效防撬虽然撬锁工具多种多样,但共同之处都是将工具插入锁芯,利用撬棍和扭力扳手等工具进行操作,实现开锁。可见普通锁不能有效防撬和实现报警。因此,为了提高锁的可靠性,应使其不但具有钥匙识别功能,同时还具有蜂鸣器报警、无线报警和自锁功能。2无线传感器锁的设计2.1s00及其输出端t形结构自锁锁的结构如图1所示。在机械结构上,增设有锁钩弹簧、锁环口、锁钩、铁心线圈等;在电路设计上,增设有实现蜂鸣器报警、无线报警和自锁功能的电路;在电路板1中,设有U1三端集成稳压器LM7805及U2“与非门”芯片74LS00,其输出端U2Y1发出一个高电平沿导线传送至锁左侧弹簧,从而使锁左侧弹珠始终为高电平(所有弹珠均为金属材料),如图1(a)所示。插入钥匙前(如图1(b)所示),在弹簧的作用下,锁左侧的第4排弹珠与锁右侧的第4排弹珠相接触,形成可靠的电连接,而其余4排弹珠由于受T形弹珠槽长度的限制,左右两侧弹珠不相接触。同时,为使锁右侧的上下弹珠形成可靠的电连接,故将锁右侧的上弹珠设计成T形结构。锁右侧的5排弹珠通过弹簧、导线自上而下依次连接至电路板2的三极管基极Q1b、Q4b、Q5b、Q6b、Q7b。由于三极管的开关作用,使发射极Q1e、Q4e、Q5e、Q6e、Q7e电位为00010。然后将电位信息传送至电路板2的识别电路,使电路板1和电路板2构成回路。2.2排弹珠与输出端连接经特殊处理后,钥匙的第1、3、5齿段为绝缘段,第2、4齿段为导电段。钥匙结构如图2所示。由于锁左侧的5排弹珠与输出端U2Y1连接,所以始终为高电平。锁右侧的5排弹珠经由弹簧、导线后分别与5个起开关作用的三极管基极相连。如图3所示,插入钥匙时,钥匙的导电段能使锁右侧的弹珠得电,而绝缘段则不能。以此类推(如表1所示),钥匙可将电位信息依次传送给锁右侧的弹珠,然后再传送至如图4所示的电路板2的识别电路。2.3排弹珠关联自锁及报警电路电路板2可实现蜂鸣器报警、无线报警和自锁功能。锁右侧的第1排弹珠关联自锁功能实现电路;第2、3排弹珠关联蜂鸣器报警功能实现电路;第4、5排弹珠关联无线报警功能实现电路。2.3.1弹簧控制原理蜂鸣器报警自锁功能实现电路原理图如图5所示。将锁右侧的第1排弹珠经弹簧、导线连接至三极管基极Q1b,第2、3排弹珠经弹簧、导线分别连接至三极管基极Q4b、Q5b。利用三极管Q2的导通与截止控制继电器RL1的通断,从而决定铁心线圈得电与失电,得电则形成自锁。利用三极管Q3的导通与截止控制蜂鸣器LB1是否报警。在使用真钥匙及金属假钥匙开锁时,蜂鸣器报警自锁功能实现电路的工作状态如表2及表3所示。2.3.2u13、qe、q6e、3ge的电位无线报警功能实现电路原理图如图6所示。在电路板1中,5V电压经U9三端集成稳压器LM7132后降为3.2V电压,以提供给U7编码芯片PT2262的三态地址端引脚端A0。三极管发射极Q4e连接至“与非门”U6的A4、B4端,同时经延时电路R22、C8后连接至锁存器U13的LE端。此外,正常工作时延时电路的延时时间TR23、C9>TR21、C7>TR22、C8。锁右侧的第4、5排弹珠经弹簧、导线分别连接至三极管基极Q6b、Q7b。在未插入钥匙时,三极管发射极Q4e、Q6e、Q7e的电位为010,则输出端U5Y4为高电平并分别经延时电路R21、C7和R22、C8传送至锁存器U13的D0和LE端。其输出端Q0跟随D0为高电平,使输出端U6Y2为低电平,从而控制三极管Q8截止,无线射频发射模块F05V不发射无线电波。同时,由于三极管发射极Q8e与自锁功能实现电路的三极管Q2b相连(如图5所示),故自锁电路不形成自锁。当使用齿形相同但未经特殊处理的非金属假钥匙或撬锁工具试图开锁时,在假钥匙插入锁芯前,三极管发射极Q4e(即LE)和Q6e、Q7e电位为010,输出端U5Y4为高电平;而在假钥匙插入锁芯过程中,由于发射极Q4e一直为低电平,输出端U6Y4一直为高电平,因此延时电路R22、C8正常工作,而延时电路R21、C7不能正常工作;当输出端U5Y4由高电平变为低电平时,由于受延时电路R22、C8作用,U13的LE端延时一段时间后由高电平变为低电平,根据锁存器的性质,输出端U13Q0为低电平,则输出端U6Y2变为高电平,三极管Q8导通,无线射频发射模块F05V开始发射无线电波,发光二极管D3发光,同时,自锁功能实现电路形成自锁。在假钥匙全部拔出锁芯的过程中,当第1齿段与第4排弹珠相分离时,发射极Q4e、Q6e、Q7e电位由000变为010,输出端U5Y4变为高电平。此时,锁存器U13的D0端立即变为高电平,而U13的LE端经过一段延时后由低电平变为高电平。根据锁存器的性质,其输出端Q0延时后由低电平变为高电平,则输出端U6Y2变为低电平,无线射频发射模块F05V停止发射无线电波,发光二极管D3停止发光,同时,自锁功能实现电路解除自锁。2.3.3收无线电波无线报警接收器的电路图如图7所示。射频接收模块J05V用于接收无线电波。当射频接收模块J05V通过无线接收天线收到射频发射模块F05V的无线电波,U12数据管脚D0端和解码有效确认输出端VT输出高电平,蜂鸣器LB2报警,发光二极管D4发光。3模拟3.1延迟电路s12、c8利用Multisim软件对无线报警功能实现电路(如图6所示)的延时电路部分进行电路仿真,以检验其可行性。RC延时电路接线示意图如图8所示。设初始状态时,J1、J3为高电平,J2为低电平。调节J1、J2以控制U5的输出由高电平变为低电平,同时,调节J3由高电平变为低电平,则延时电路R22、C8正常工作。因为延时时间TR21、C7>TR22、C8,所以74HC573锁存器U13的LE端经过一段延时后首先由高电平变为低电平,而D0端电位在LE端变为低电平一段时间后才由高电平变为低电平,根据锁存器的性质,其输出端Q0保持高电平。RC延时电路波形图如图9所示。由于锁存器74HC573的输入D到锁存使能最小建立时间tSU约为13ns～15ns,锁存器使能到输入D最小保持时间th约为5ns。RC延时电路的延时时间公式为:式中,E为输入电压,V为电容两端充电要达到的电压。由式(1)可得:TR21、C7≈2.3μs,TR22、C8≈0.23μs。则:Tc=TR21、C7-TR22、C8=2.07μs>>tSU>>th,故锁存器可以正常工作。3.2无线射频发射模块f05v利用Solidworks软件对本设计进行了机械仿真,以检验其可行性。仿真结果表明,利用真钥匙开锁时,可顺利完成开锁;利用金属假钥匙试图开锁时,形成自