紅外遙控密碼鎖的設(shè)計與實現(xiàn)

1 引言

根據(jù)用戶的要求和需要，主要為了解決當前市場上無遙控密碼鎖的問題，以提高門禁系統(tǒng)的可靠性和安全性，適應(yīng)市場需要而設(shè)計的該紅外紅外遙控密碼鎖系 統(tǒng)。該系統(tǒng)具有普通電子密碼鎖功能的同時，還增加了遙控功能。該鎖采用6位數(shù)作為密碼，總密碼組有106組，完全滿足用戶對密碼安全性高的要求。該系統(tǒng)具 有較強的實際應(yīng)用價值，所涉及的技術(shù)包括：紅外載波數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、單片機控制技術(shù)、紅外遙控系統(tǒng)編碼及譯碼技術(shù)、電路設(shè)計與演示板制作技術(shù)等。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)（單元電路設(shè)計）

　　2.1 硬件結(jié)構(gòu)圖：

　 　系統(tǒng)以單片機AT89C51RC為核心。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。本系統(tǒng)的功能設(shè)計目標應(yīng)該包括以下幾個方面：紅外發(fā)射功能模塊，紅外線接收轉(zhuǎn)換模塊、 單片機模塊、蜂鳴器報警功能模塊、LED數(shù)碼管顯示模塊、按鍵功能模塊，開鎖功能模塊等。下面詳細介紹一下各單元的硬件電路和實現(xiàn)的功能。

圖1  紅外遙控密碼鎖硬件結(jié)構(gòu)圖

　　2.1.1電源部分設(shè)計

　　本系統(tǒng)的電源部分使用LM7805芯片進行穩(wěn)壓后提供單片機5V的電壓。其電源部分電路的設(shè)計如圖2所示

圖2 紅外遙控密碼電源部分的電路原理圖

　 　該電源部分電路，使用四個1N4004二極管構(gòu)成整流橋，可以輸入直流或是交流9V電源，然后再通過7805穩(wěn)定到5V供單片機工作。固定式三端穩(wěn)壓電 源7805是由輸出腳Vo，輸入腳Vi和接地腳GND組成，它的穩(wěn)壓值為+5V，它屬于LM78XX系列的穩(wěn)壓器，輸入端接電容可以進一步的濾波，輸出端 也要接電容可以改善負載的瞬間影響，電路的穩(wěn)定性也比較好。

　　2.1.2 紅外接收頭部分和LED顯示部分設(shè)計

　 　紅外信號接收部分是使用KS38BL紅外接收頭實現(xiàn)的，其電路如圖3所示。  圖3是紅外線遙控器信號接收頭的簡易電路，它可接收載波頻率從33~57KHz的遙控器信號。100Ω電阻起到限流的作用，470uF電容濾波減少干擾。 以邏輯筆接觸紅外線接收模塊的信號輸出端（OUT），便可以偵測當按下紅外線遙控器某一按鍵時，紅外線數(shù)字信號的發(fā)射。若有發(fā)射紅外線數(shù)字信號則經(jīng)過紅外 線接收模塊取出數(shù)字信號數(shù)據(jù)，邏輯筆脈沖LED便會閃動。這樣可以檢測到當前有沒有紅外信號發(fā)射最簡單的方法。

圖3 紅外線接受部分

　 　如圖4所示，系統(tǒng)的顯示是使用MAX7219實現(xiàn)的8位穩(wěn)定靜態(tài)顯示，MAX7219是串行共陰極數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示驅(qū)動芯片，僅使用3線串行接口傳送 數(shù)據(jù)，可直接與單片機接口，用戶還可以方便地修改其內(nèi)部參數(shù)以實現(xiàn)多位LED顯示，因此可以方便地使用單片機的串口送出顯示數(shù)據(jù)，并且其占用的時間少，方 便編程及對信號的檢測。

圖4  利用MAX7219設(shè)計顯示部分

　　2.1.5密碼存儲部分的電路設(shè)計

　 　為了保存用戶設(shè)置的密碼，該系統(tǒng)使用AT24C04用來保存用戶設(shè)置的密碼，單片機AT89C51RC的P3.6接AT24C04的SCLK口作為它的 串行移位時鐘，AT89C51RC的P3.7接AT24C04的SDA口作為它的串行數(shù)據(jù)或地址輸入輸出。該電路要注意的是SCLK、SDA必須加上一上 接電阻，阻值為10K。用戶設(shè)置的密碼存放在AT24C04中，當需要更改或讀取用戶密碼時，只需對AT24C04里的數(shù)據(jù)更改或讀取。由于主芯片 AT89C51RC沒有I2C總線，故本系統(tǒng)采用軟件程序模擬I2C總線時序來完成AT89S51來與AT24C04的連接。

　　2.1.6 報警電路設(shè)計

　 　本系統(tǒng)設(shè)計時考慮到防盜而設(shè)計了報警電路，由蜂鳴器發(fā)聲進行報警，蜂鳴器接在CPU的引腳P0.4上，通過PNP型三極管做電流放大，因此可以通過單片 機控制蜂鳴器的頻率及蜂鳴時間。當輸入錯誤的密碼進行開鎖時，系統(tǒng)會報警，由P0.4口輸出低電平使得PNP型三極管導(dǎo)通，蜂鳴器兩端加電，由蜂鳴器發(fā)出 1秒的報警聲，當連續(xù)三次出現(xiàn)密碼錯誤時，則系統(tǒng)會長時間報警，此舉為了防止別人非法試探開鎖。

　　2.1.7 本機處理與遙控處理功能選擇電路設(shè)計

　 　本系統(tǒng)設(shè)計了一個自鎖按鍵用來選擇本機處理或者遙控處理，在設(shè)置密碼時一定要處于本機處理狀態(tài)下，而開鎖則可以選擇遙控開鎖也可以選擇本機開鎖，當此按 鍵按下時，紅燈亮表示選擇了本機處理，此時可以設(shè)置密碼，修改密碼，也可以本機開鎖，而不能遙控開鎖；當此開關(guān)開沒按下時，紅燈滅選擇遙控開鎖，此時可以 通過遙控器輸入密碼進行開鎖，在遙控開鎖時不能進行本機開鎖以及設(shè)置密碼。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　本系統(tǒng)有遙控處理和本機處理兩種工作狀態(tài)，兩種工作狀態(tài)相互獨立。通過自鎖開關(guān)K可以選擇當前工作狀態(tài),當K閉合時選擇本機處理，斷開時選擇遙控處理。遙控處理部分只有開鎖功能，所以設(shè)計相對簡單，而本機處理部分可以實現(xiàn)開鎖、設(shè)置和修改密碼等所有的功能。

要 完成本系統(tǒng)功能，首先要需要解決對紅外信號的譯碼譯問題，并在存儲式示波儀上觀察其具體波形，這就要要求了解其編碼規(guī)則。一般的編碼發(fā)射的一幀碼含有一個 引導(dǎo)碼，用戶碼和鍵數(shù)據(jù)碼。引導(dǎo)碼由一個較長的載波波形和一段關(guān)斷時間構(gòu)成，它作為隨后發(fā)射的碼的引導(dǎo)。用戶碼和鍵數(shù)據(jù)碼是由邏輯“0”和邏輯“1”組成 的具有規(guī)定長度的字符串。

　　邏輯“0”和邏輯“1”是用高低電平的不同組合來表示的，那么可以用單片 機的兩個定時計數(shù)器，對其高低電平進行計數(shù)，具體是這樣的：當單片機檢測到第一個低電平，則定時計數(shù)器T0立即開始計數(shù)，等到檢測到高電平出現(xiàn)，T0停止 計數(shù)，T1又立即開始計數(shù)，在T1計數(shù)的同時，對T0的計數(shù)保存，再次出現(xiàn)低電平，T1停止計數(shù)，T0又開始計數(shù)，在T0計數(shù)的同時保存T1的計數(shù)，這樣 就有了一組低和高的組合，通過判斷這個組合屬于哪個范圍即可譯碼“0”或者“1”，如此循環(huán)，直到譯出所有的位。這樣我們就可以根據(jù)譯碼所得的值命令單片 機系統(tǒng)去完成相應(yīng)的操作。要注意的是：只有鍵數(shù)據(jù)碼參與解碼，客戶碼是事先（由某公司或個人）規(guī)定好了的。

　　軟件部分的設(shè)計基于匯編語言，采用模塊化設(shè)計思想。以主程序為核心設(shè)置了很多功能模塊子程序，是大量的功能在子程序中實現(xiàn)的主流程，如圖5所示。

圖5  主流程圖

　 　軟件工作流程包括6個部分：系統(tǒng)的初始化、AT24C04的讀寫操作、校對開鎖、出錯報警處理、對接收的信號進行譯碼。初始化主要包括： MAX7219芯片、中斷和定時器的初始化，以及系統(tǒng)參數(shù)等的初始化；對AT24C04的讀寫操作主要完成對原先密碼進行更改或相關(guān)設(shè)置的目的，然后將更 新后的密碼保存到其中。校對開鎖是要對輸入的密碼和保存在存儲器中的密碼相比較，相同著通過，否則要進入出錯報警階段。出錯報警主要處理輸入的密碼和保存 在AT24C04中密碼不同時要進行報警1秒鐘，如果報警后再次輸入密碼后再次報警達到3次，即3次都輸入的是錯誤密碼，那么系統(tǒng)將長時間報警并自鎖一個 小時。譯碼部分主要完成在遙控處理狀態(tài)下對遙控器所發(fā)出的信號進行解碼，以得到相應(yīng)到完成相應(yīng)功能的碼值。

　　4 結(jié)論

　 　本文的創(chuàng)新點在于本系統(tǒng)除了具有傳統(tǒng)的固定鍵盤式電子密碼鎖系統(tǒng)的功能外，也就是將操作鍵盤固定在鎖具的面板上，還增加了用遙控遠端控制的功能，因此給 人們帶來很多便利，這一點也正是作者開發(fā)和設(shè)計此系統(tǒng)的根本原因。在本系統(tǒng)中，與以往的利用74LS164芯片驅(qū)動數(shù)碼管的顯示不同，在本系統(tǒng)中采用了更 加強大的多功能串行LED顯示驅(qū)動器MAX7219來實現(xiàn)8位穩(wěn)定的靜態(tài)顯示,只需要單片機的三個引腳即可，可以更加方便地使用單片機的串口送出顯示數(shù) 據(jù)，并且其占用的時間少，方便編程及對信號的檢測，與此同時本系統(tǒng)所設(shè)計的電源部分和解碼譯碼部分經(jīng)過反復(fù)的測試，證明了電路有極高的穩(wěn)定性和譯碼準確 性、高效性。