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1、德州学院 物理系 2009 级 电子信息工程目 录摘要11.前言11.1 声控电子锁的应用与发展11.2 设计任务12.系统总体方案设计12.1 方案比较12.2 方案论证52.3 方案选择53单元模块电路设计63.1 序列脉冲检测电路设计63.2 取样及放大整形电路设计123.3 延时及脉冲产生电路设计163.4 开锁次数检测及报警电路.173.5 开锁电路设计194调试电路204.1 调试要点204.2 电路调试 215总结与体会22参考文献 22德州学院 物理系 2009 级 电子信息工程1声控电子锁设计摘 要 采用逻辑门电路设计电子密码锁，阐述了其工作原理，给出了具体的电路原理图。 该
2、密码锁具有密码预置功能，保密性强，误码报警，并且报警时间可以设定，同时用数码管显示出报警时间。密码正确时驱动继电器控制开锁指示灯，误码时报警信号由蜂鸣器发出，声音为间歇式鸣笛。使用时用户必须按下确认按钮后方可知用户输入的密码是否与预置密码一致，当密码正确时密码锁可以被打开，点亮绿色二极管亮代表密码正确，锁可以打开。密码不正确时按下确认按钮，红色二极管被点亮，同时蜂鸣器鸣笛十秒，数码管显示十秒倒计时；倒计时结束时，数码管显示 00，对其产生的编码信号经门电路处理后转化为低电平信号，传给秒脉冲电路控制端，使其停止工作，从而脉冲驱动的蜂鸣器也停止报警。关键词 声控电子锁；计数器1.前言1.1 声控电
3、子锁的应用与发展随着电子科学技术的发展，20 世纪 70 年代，随着微电子技术的应用，出现了磁控锁、声控锁、超声波锁、红外线锁、电磁波锁、电子卡片锁、指纹锁、眼球锁、遥控锁等。这些锁具有机械结构所无法比拟的高保密性能。目前，锁还可在特定的系统中、按设定的逻辑关系实现系统的程序控制。1.2 设计任务声控电子锁是利用掌声的节奏开锁，代码检测电路是系统的主要部分。是设计一个由掌声的节奏（序列脉冲）控制的电子锁，序列脉冲由 4 位 0、1 代码构成（代码可自行设定） 。当掌声产生的序列脉冲包含有自行设定的代码 1101，使电路输出一个高电平，推动执行机构动作把门打开。执行结果由 LED 发光二极管指示
4、。输入一次开锁信号未将门打开，可重复三次，否则，启动音响报警电路并自锁。2.系统总体方案设计2.1 方案比较方案一:德州学院 物理系 2009 级 电子信息工程2传声器 放大整形电路10 秒单稳延时电路及脉冲产生电路计数器 2计数器 3计数器 4计数器 1计数器 5 138 译码器非门 与门开锁驱动电路开锁模拟指示电路报警器时钟脉冲指示电路计数器 6图 2-1 基于门电路原理框图方案原理：掌声通过传声器转化为电信号，此电信号为负相脉冲信号，为尖波。电信号通过放大整形电路转化为正脉冲信号。脉冲信号分别送到四个计数器中，同时脉冲信号输入 10 秒延时电路中，触发电路延时，同时触发脉冲产生电路输出周
5、期为 1 秒的脉冲信号，脉冲信号的高、低由指示电路显示。将脉冲信号送到计数器 5 中，将计数结果送到 38 译码器中，译码器输出 Y1、Y2、Y3、Y4 分别接在计数器的功能端，且分别选通计数器。由于计数器由译码器选通，因此在拍掌的时候也要注意时间的把握，计数器在高电平时选通，因此在 38 译码器的输出端分别接上非门，脉冲信号计数器在每个脉冲上升时候计数一次，同时选通 4 个并联计数器中的一个，所以要脉冲信号为高电平后拍掌，由电路可以知道，必须先拍掌启动开锁电路，然后再按照正确的开锁密码开锁。当拍掌信号转化为电信号为 1101 时，计数器 1计数器 4 的 Q1 分别 1101，计数器 3 输
6、出通过非门再与其他计数器输出相与得到一个高电平，即开锁电平。开锁电平驱动开锁电路和开锁指示电路。计数器 6 主要计数开锁次数，当开锁次数超过限定次数启动报警电路，同时报警信号送到放大整形电路，使放大整形电路不工作，即自锁。方案二：德州学院 物理系 2009 级 电子信息工程3声音采集电路 放大电路 单稳态触发器 多谐振荡器报警电路图 2-2 基于单稳态触发器原理框图方案原理：采用压电陶瓷片采集声音信号，经三极管 C9013 反向放大后触发一个NE555 芯片构成单稳态触发器，驱动蜂鸣器和发光二极管工作，发光二极管和蜂鸣器两端用稳压管使电压稳定方案三：传声器 放大整形电路1101 检测 电路 开
7、锁模拟指示电路10 秒单稳延时电路及脉冲产生电路时钟脉冲指示电路报警器开锁驱动 电路计数器（开锁次数检测图 2-3. 基于检测电路原理框图方案原理：由原理框图可见，该电子线路以脉冲数字电路为主体，兼有音频放大部分。图中，传声器是将一个声音信号转换成一个负相尖脉冲，经过三级管放大后触发NE555 产生一个正脉冲信号，相当于对信号的整形。正脉冲分两路信号分别送到检测电路和 NE556。NE556 内部由两个 NE555 构成，一个做 10 秒单稳态延时电路另一个做脉冲信德州学院 物理系 2009 级 电子信息工程4号产生电路。由放大整形后得到的脉冲信号经过反相送到延时电路，触发单稳态电路延时，延时
8、电路产生的正脉冲冲信号触发脉冲产生电路产生时钟脉冲送到检测电路，为检测电路提供一个时钟脉冲。当输入信号的信号不能使检测电路启动开锁驱动电路时，必须经过声音信号再次触发单稳态延时，延时电路产生的正脉冲送到计数器，通过计数可以知道开锁次数，当开锁次数超过限定次数时，触发报警电路报警，同时信号触发信号送到放大整形电路中，锁定放大电路，从而达到自锁的功能。设计中的核心部分是检测电路，从 1101 序列脉冲作为开锁命令，进一步说明电子线路工作原理和开锁过程。第一声掌声是使脉冲检测电路进入一个工作周期的启动信号。它使 10 秒单稳延时电路输出一个高电平，开启了时钟脉冲产生电路，并输出 7 个周期为1 秒的
9、方波，1101 序列脉冲检测电路开始对输入信号进行识别。若在一连串的掌声中出现了“啪!啪!义!啪!”的节律时，意即输入信号中包含有 1101 序列脉冲，则检测电路有一个高电平输出高电平。此即开锁信号，继电器吸合，使开门电机运转，门被打开。时序逻辑电路要求输入信号 x 脉冲与时钟脉冲同步，即对拍手时机提出要求。由于检测电路所用 JK 触发器是在时钟脉冲下降沿出现时，发生状态转换，因此，当时钟脉冲高电平快要结束前拍掌，则 x 为 1;拍掌太迟或不拍掌，则输入信号被当作 00。为了满足时序电路这种同步工作的需要，掌握好拍掌时机，电路中设计了时钟脉冲指示电路。它由两个不同颜色的光二极管（黄、红）来指示
10、时钟脉冲高、低电平，当高电平时黄色发光二极管亮，表示时钟脉冲处在高电位，此时拍掌，X 输入为 1 信号;不拍掌或在黄光熄灭以后再拍掌，输入 x 为 0 信号。从以上分析智能声控电子锁的工作原理中可以看出:拍掌太慢或太快，开不了锁;拍掌节律不符，开不了锁;不掌握开锁电路周期性，亦开不了锁。因此对于不懂使用方法，不知道拍掌特定节律的不速之客，乱拍手掌是绝对打不开锁的。当开锁次数超过限定次数是报警电路触发同时电路自锁增加了电路电子锁的安全性。2.2 方案论证方案一：当第一个掌声启动开锁电路后，启动 10 秒延时电路进一步启动时钟脉冲产生电路整个电路开始工作。在时钟脉冲下 依次选通计数器 1计数器 4
11、，在同步时钟脉冲下如果掌声信号输入为 1101，则计数器 1计数器 4 的 Q1 端输出依次为 1101，计数器三的输出经过非门变低，四路信号经过与门输出为高电平，驱动开锁驱动电路工作，门打开。德州学院 物理系 2009 级 电子信息工程5如果在同步时钟脉冲下接收的掌声信号不为 1101，那么最后与门输出为低，开门电路不工作。开门次数通过一个计数器计数，当超过开门次数电路驱动报警电路报警，且同时送出一个自锁信号到放大整形电路，是整个电路自锁，在报警后在可将计数器复位，则解除自锁。因此只有把握开门时间以及拍掌毫亿兆时节奏，才能使门打开，否则电路报警且自锁。方案二：由于单稳态触发器是低电平触发，时
12、间比较短暂，报警不明显，不易觉察，而且没有设置掌声信号检测电路，电路不严谨，不予采用；方案三：当第一个掌声输入电路经过放大整形后送到 JK 触发器，同时启动 10 秒延时电路工作，延时电路进一步启动时钟脉冲产生电路，JK 触发器是脉冲触发所以输入信号要在触发信号之前输入。当输入掌声信号为 1101 时，JK 触发器经过一系列的状态转变，最后输入一个高电平，即开锁电平，驱动开锁驱动电路工作，门打开。当输入掌声信号不为 1101 时，JK 触发器状态变化结果输出电平为低，即不能使门打开。经过计数器判断开门次数，当开门次数超过限定时，电路报警且信号返回到放大整形电路中使电路自锁，整个电路的安全性得到
13、了保证。电路还设置了复位功能，使电路从新工作。2.3 方案选择通过论证两种方案虽然实现过程不同，但是都能够实现设计要求的功能。通过框图我们可以看出方案一的电路结构明显比方案三的复杂，特别是在检测电路的设计中，方案一用了四个计数器。从成本考虑，方案一和方案三在实现同一个电路功能的时候，方案一明显比方案三的成本高得多。从具体制作考虑，方案一过于电路过于复杂，电路元件重复较多，方案二单稳态触发器是低电平触发，时间比较短暂，报警不明显，不易觉察，而且没有设置掌声信号检测电路，电路不严谨，不予采用。因此虽然三个方案都能实现功能，但方案二的可行性更高。在次，方案一在每次开锁的时候都必须先拍掌一次来启动整个
14、系统，相比之下方案三检测与启动同步，设计方面比方案一更加巧妙，比方案二更严谨。因此我们选择方案三。3单元模块电路设计3.1 序列脉冲检测电路设计德州学院 物理系 2009 级 电子信息工程6序列脉冲检测电路是智能声控电子锁的“大脑， ，是判断开门与否的电路。该部分电路的设计工作，是整个电子线路的设计重点，要分好几个步骤才能完成。(一)设计状态转换图1.用递推设定法设计相应状态及电路状态转换主链，如图 4 所示，图中各状态的排列次序为输入/输出(X/Y)，以下同。S00S1 S2 S3 S41/0 1/0 0/0 1/1图 3-1. 1101 序列脉冲检测电路状态转换主链图其设计思路是:设电路初始状态为 S0。从初始伏态出发，依照输入 X 为 1101 的顺序，每输入一个 X，便设定了一个相应的电路状态，就有 S1、S2、S3、S4 四个状态。用箭头把 S0 到 S4 五个状态顺序连接，并标注对应的转换条件(X/Y)，形成了状态转换主链图。在 S3 状态下，再输入 1 脉冲后，检测电路已检测到 1101 的序列脉冲，则电路输出 Y 为1，同时电路应转换到 S4 状态。2.用映射比较法确定状态转换分支：上面所说的状态转换主链，是假设输入信号(用X 表示)按照欲检测脉冲序列的组合顺序逐个输入，电路状态作相应的
