电子系统设计课程设计-电子密 码锁

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1、电子密码锁 一 引言 随着人们生活水平的提高 人们对自己的生活有了越来越高的要 求 贵重物品也越来越多 而传统的机械安全锁由于其构造的简单 被 撬被盗事件在我们身边经常发生 使我们的财产以及人身安全存在很大 的安全隐患 这致使我们寻求更好的安全措施 电子锁由于其保密性 高 使用灵活性好 安全系数高 受到了广大用户的喜爱 而且密码锁 的形式多样 有声控密码锁 电子密码锁等 社会上大多使用电子按键 密码锁 本文的电子密码锁利用数字逻辑电路 实现对门的电子控制 并且有各种附加电路保证电路能够安全工作 具有较高的安全系数 要 求电子器件设计制作密码锁的控制电路 使之在规定的时间内输入正确 的密码时 输

2、出信号以开启密码锁 否则报警电路报警 本设计用红 绿LED指示关锁 开锁状态和报警状态 二 设计任务 1 密码锁控制器中存储一个4位代码 当锁按钮开关设置8位 其中只 有4位有效 的输入代码等于存储代码时启动开锁控制电路 并且用绿 灯亮表示开锁状态 2 从第一个按钮触动后的15秒内若未能将锁打开 则报警电路发报警 信号 同时用绿灯灭表示关锁状态 3 要求性能可靠 操作简便 4 密码锁控制器中存储的4位密码可以修改 5 分析部件见工作原理 绘制电路图 进行仿真 制作实物并撰写设计 报告 三 设计方案 方案一 用开关控制可控硅整端口的电压变化即导通 按依次按下四个开 关 其功能相当于给可控硅一个高

3、电平触发 四个可控硅整流器依次导 通 整条回路导通 发光二极管亮 而发光二极管亮即表示输入的密码 为正确密码 电路达到密码锁开锁功能 设计8位按键只有4位是正确 的 如果按下4位伪码的其中一位即按下的其中一个或几个 控制报警 电路可控硅导通 此时开锁部分悬空 报警报警 方案二 采用STC89C52单片机为芯片主体 采用AT24C08为掉电存储器的芯 片 用单片机的P1口作为接4 4 键盘按键的检测按键 P0口实现数码管 的按键显示 以及错误信息 单片可以进行位操作 P2口组成报警电 路 密码修改电路和AT24C08的掉电保护等其他相关功能 系统框图如下 显示电路 开锁控制电路 AT24C08掉

4、电存储 开锁控制电路 键盘扫描 报警电路 STC89152 单片机 方案三 采用NE555制作成单稳态触发器 JK触发器检测密码输入 74HC163计 数器记录输入次数 共设了8个用户输入键 其中只有4个是有效的密码 按键 其它的都是干扰按键 只有在规定的时间内按正确的顺序输入密 码密码锁才能开启 如果用户输入密码的时间超过15秒 电路将报警 若电路连续报警3次 电路将锁定键盘1分钟 防止他人的非法操作 系统框图如下 键盘输入密码 密码检测 开锁电路 报警电路 计时 错误三次 清除报警信号 锁定1分钟 开锁 方案选择 本次课程设计为电子线路课程设计 方案一 电路实现简单 元器 件少 成本较低

5、但密码不能修改 密码锁的安全性较低 方案二 以 STC89C52为核心的单片机控制方案利用单片机灵活的编程设计和丰富的 I O端口 及其控制的准确性 不但能实现基本的密码锁功能 还能添 加调电存储 编程相对复杂 再考虑到本次课程设计为电子线路课程设 计 顾采用第三种方案 采用数字逻辑器件组成电子密码锁 电路简 单 功能基本本上满足了任务要求 易于分析仿真调试再考虑到本次课 程设计为电子线路课程设计 顾采用第三种方案 四 原理分析 本次设计的电子密码锁电路包含 键盘输入 密码修改 密码检 测 开锁电路 报警电路 键盘输入次数锁定电路 1 键盘输入 密码修改 密码检测电路 如图所示 1 密码检测电

6、路 由两块74LS112 双JK触发器 组成密码检测电 路 由左向右第一个JK触发器处于计数状态 当用户按下第一个正确的 密码后 CLK端出现了一个负的下降沿 触发器计数 1处输出为高电 平 用户依次按下有效的密码 2 3 4处也依次输出高电平 1 2 3 4送入SI四输入与门74LS21 报警电路没有报警和密码锁没有锁定 74LS00将会输出一个负的下降沿 2 密码修改电路 由单刀双掷开关SW1 SW2 SW3 SW4组成 由单 刀双掷开关的左右来改变输入密码 如设置密码1468 SW1向左 SW2 SW3 SW4向右 本电路也构成了密码的检测 本电路共有16组密码可供 用户选择 3 开关

7、R17 R5 Q1组成清零信号 对JK处罚器清零 以保证电路 的正常稳定工作 2 报警电路 其电路如图所示 本电路由两个NE555组成单稳态触发器和一个JK触发器组成 Q3 Q5 Q6处于开关状态 左边的555设定开锁时间 在规定的时间内没 有打开锁 报警电路报警 主人经常使用密码 对密码比较熟悉 输入 速度比较快 顾密码输入时间设定在15秒 平时左边555的2脚为高电 平 3脚为低电平 Q3截止 D2不亮表示未开始开锁 当有人触摸键盘 给2脚一个低电平 触发器触发 3脚为呈现一段时间的高电平 Q3导 通 D2亮 锁正确打开将给Q6清零信号 Q6导通 Q5截止报警电路解除 报警 若在规定时间内

8、密码没有输入正确 当设定时间到3脚会呈现一 个下降沿 给JK触发器脉冲信号 5脚输出高电平 Q4导通 右边555的 二脚呈现低电平 单稳态触发器触发 3脚出现高电平 Q5导通 Q6截 止 D3发光表示报警电路报警 锁不能正常打开 若连续三次密码没有输入正确 密码锁将锁定1分钟 具体电路如下所 示 本电路使用74HC163同步清零计数器 和555组成的单稳态触发 器 每次输入都给163的2脚一个脉冲信号 计数器计数 当连续输入三 次错误时 12脚呈现高电平 经过74LS00给计数器一个清零信号 同时 触发单稳态触发器 3脚呈现高电平 Q7导通 给74LS21的12脚低电 平 密码锁不能打开 密码

9、锁锁定一分钟 五 电路调试 调试中应用的仪器有 万用表 直流电压源 1 报警电路的调试 接通电路前仔细检查每个芯片的电源引脚有没有接错 确认无误后 接通5V电源 按下开锁开关 不输入任何键 在规定的时间内看报警器 有没有报警 在15秒内没有输入任何键 指示报警器的二极管发光 报 警电路正常 按下清零开关 按上述方法重复三次 三次后看指示三次 输入错误的锁定密码锁锁定的发光二极管是否发光 发光表示电路正 常 在输入三次错误后密码锁锁定一分钟 看一分钟后二极管是否灭 结果三次输入错误发光二极管发光 一分钟后二极管灭 表示电路正 常 满足设计要求 2 开锁功能电路调试 在以上电路检测正确的基础上检测

10、电路的开锁功能 按下开锁键 在规定的时间内输入正确的密码 看指示开锁的发光二级管是否发光 发光二极管亮表示密码正确 密码锁打开 不发光表示密码锁不打开 调试结果 输入正确密码后密码锁打开指示二极管发光 表示锁打开 输入错误的密码 密码锁指示二极管不发光表示密码锁没有打开 报警 电路报警 多试几次结果一样 表示密码锁正常工作 3 密码修改电路检测 在开锁功能正常工作后检测密码修改电路 拨动单刀双掷开关 SW1 SW2 SW3 SW4设定的密码 按下开锁键输入修改后的密码 发光 二极管正常发光 密码锁打开 输入错误密码密码锁没有打开 报警电 路报警 经过认真的调试 分析出错原因锁设计的密码锁完全满

11、足了设计的要 求 工作稳定 六 调试中遇到的问题及解决方法 1 按下清零开关后 发现报警电路不能正常报警 并闻到有元器件烧 毁的味道 先检测555单稳态触发器是否正常工作 结果555单稳态触发 器正常工作 未触发3脚输出低电平 触发后3脚出现一段时间的高电 平 认真分析电路 发现起清零功能的9013三极管烧毁 是触发器3脚 没有接限流电阻 基极与发射结直接与5V电压相连 电流过大 更换 9013并接上限流电阻 故障排除 报警电路正常报警 2 三次输错密码 密码锁锁定的指示二极管始终亮 密码锁不能打 开 按下开锁开关 检测74HC163的11脚 12脚 13脚和14脚的电压 每按一次记录这四个脚

12、的电平 发现计数器正常工作 检查555单稳态 触发器 检测2脚电压为高电平 3脚电压为高电平 问题出在555单稳 态触发器 仔细检查发现2脚与3脚焊接在一起 用烙铁将两脚分开 电 路恢复正常 七 心得体会 上就是我为课程设计所做的电子密码锁电路的设计方案 原理图以 及调试部分 它经过多次修改和整理 还是一个比较不错的设计 运用 发光二极管来显示信号的输入以及密码的正确输入 一目了然 便于观 察 可以满足人们的基本要求 但因为水平有限 此电路中也存在一定 的问题 用开关作74LS112的CLK脉冲 不是很稳定 可以调换其它高速 开关或计数脉冲 还有 其密码只有16位 不能任意设定密码 密码一 旦

13、忘记 密码锁将很难打开 并且没有设计显示器 但可以通过增加数 字电路来实现这一功能 另外设计方案是在始终通电的前提下设计的 若是遇到断电问题则密码锁也很难打开 可以通过增加备用电源来实 现 同样因为条件有限 只能做到这一步 使我们更加懂得一个设计完 成的不易 需要经过多次的修改才能完善电路的功能 电路仿真是在理 想的情况 实际运用中可能出现问题 如这在此次课程设计的过程中 9013的烧毁使我印象深刻 我觉得既锻炼了我们的实际动手能力 也再 一次复习了上学期学习的数电模电知识 对逻辑门逻辑电路 各种基本 集成芯片都有了进一步的理解 特别的是使用proteus软件的进行电 路仿真使我对它们的功能有

14、了进一步了解的 也使我们进一步学会了使 用该软件 在仿真的过程中出现问题及时的想办法解决 Proteus仿真 时的电平变化很清晰 帮助理解整个电路工作的过程 通过这次课程设 计 我觉得学习不仅要掌握书本上的基本内容 还要灵活思考 多动脑 筋往里面钻 遇到困难想办法解决 找到出错的原因 自己也思考了许 多实现功能的其他方法 自己所学知识是有限 有些想法限于自己的水 平没有实现 自己的各个方面都需要再加强 在这次设计中 也要感谢 同组同学崔福华的帮助 相互讨论中也使我学习了他的思考方式 训练 了我的团队合作能力 使深刻体会了团体合作是很重要性 参考文献 1 清华大学教研组编 阎石主编 数字电子技术基础 第四 版 北京 高等教育出版社 2004年 2 华中科技大学电子技术课程组编 康华光主编 电子技术基 础 数字 高等教育出版社 2005 年 附 1 元器件清单 元件数量 NE555N4片 74LS1123片 HD74LS00P1片 HD74LS21P1片 74LS1631片 S9013三极管7个 0 01uf电容13个 4 7uf极性电容4个 LED 黄 2个 LED 红 2个 单刀双掷开关4个 触发开关10个 1K电阻16个 2 2K电阻1个 2M电阻2个 10M电阻1个