编码电子锁的设计与制作论文

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1、编码电子锁的设计与制作论文 随着社会物质财富的日益增长，安全防盗已成为社会问题。而锁自古以来就是 把守门户的铁将军，人们对它要求甚高，既要安全可靠地防盗，又要使用方便， 这也是制锁者长期以来研制的主题。目前国内，大部分人使用的还是传统的机 械锁。然而，眼下假冒伪劣的机械锁泛滥成灾，互开率非常之高。所谓互开率， 是各种锁具的一个技术质量标准，也就是 1 把钥匙能开几把锁的比率。经国家 工商局、国家内贸局、中国消协等部门对锁具市场的调查，发现个别产品的互 开率居然超标 26 倍。弹子锁质量好坏主要取决于弹子数量的多少以及弹子的大 小，而弹子的多少和大小受一定条件的限制。此外，即使是一把质量过关的机

2、 械锁，通过急开锁，甚至可以在不损坏锁的前提下将锁打开，提供了发展的空 间。 电子锁是第三代计算机防盗报警器的核心组成部分，用于识别用户身份的合法 性。它有不少优点。例如保密性强，防盗性能好可以不需要钥匙，只要记住开 锁的密码和方法，便可开锁,即方便又可避免因丢失钥匙带来的烦恼和损失。如 果密码泄露,主人可以比较方便地设置新的开锁密码，不会造成损失，此外,编 码电子锁将电子门铃和防盗报警与电子锁合为一体，实现了一物多用。由于以 上诸多优点，编码电子锁能够广泛地应用于超市、住家、办公单位等许多场所。1 系统方案选择 本次设计中分析了两种方案，一种是中规模集成电路控制的方案，另一种是单 片机控制的

3、方案。两中方案各有各的优缺点，通过以下两个方案的比较选择设 计了其中一个方案。 11 中规模集成电路控制 方案一：采用集成电路控制。 编码电子锁电路分为编码电路、控制电路、复位电路、解码电路、防盗报警电 路、门铃电路。电子锁主要由输入元件、电路(包括电源)以及锁体三部分组成， 后者包括电磁线圈、锁拴、弹簧和锁柜等。当电磁线圈中有一定的电流通过时， 磁力吸动锁栓，锁便打开。用发光二极管代表电磁线圈，当发光二极管为亮状 态时，代表电子锁被打开。每来 1 个输入时钟，编码电路的相应状态就向前前 进一步。在这个操作过程中，如果按照规定的代码顺序按动编码按键，编码电 路的输出就跟随这个代码的信息。正确输

4、入编码按键的数字，控制电路通过整 形供给编码电路时钟。一直按规定的编码顺序操作完，则解码电路驱动开锁电 路把锁打开。在操作过程中，如果没有按照规定代码顺序按下数字键或按动了 其他键，控制电路将驱动防盗报警电路产生报警信号。方案二：采用一种是用以 at89s51 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 io 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、声光提示甚至添加遥控控制功能。 电子密码的硬件以单片机 AT89C51 为核心。AT89C51 是一种带 4k 字节闪烁可 编程、可擦除只读，存储器 FPEROM（Falsh Programmable

5、 and ErasableRead Only Memory）的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器。其外接 12 个按钮组成 的 34 键盘，通过 4511 和 7406（或 7407）等驱动电路与单片机相连，以实 现密码等的显示功能;利用串行 EPROM 存储器 AT93C46 实现密码有效的永久 保存。电子密码锁由键盘输入的识别、4 位 LED 的显示、密码的比较、修改、存储、 AT93C46 的读取与写入、报警和开锁控制电平的输出。根据框图，结合硬件结 构，可以将键盘输入的识别用来作为系统的监控程序（主程序），用显示程序 来延时，不断查询键盘。如果有键按下，就得到相应的键值。结合当前

6、系统所 处的状态，调用不同的操作模块，实现相应的功能。而执行模块主要有数字输 入模块、确定键模块、修改键模块及显示模块。 1.3 方案比较 设计本课题时构思了两种方案：方案一是用锁存器 74LS74、74LS00、74LS20 和 555 基集成块构成的数字逻辑电路控制；方案二是用以 AT89C51 为核心的单 片机控制。考虑到编码电子锁制作成本低，设计要求少，易实现控制要求，而 单片机方案原理的复杂，调试较为繁琐，本人对数字电路基础较熟悉，有利于 研究该课题。所以采用了方案一。 2 编码电子锁各模块电路的设计 2.1 基本芯片的分析 本电路主要采用了二输入与非门 74LS00，四输入与非门

7、74LS20，双上升沿 D 触 发器 74LS74，555 时基集成块电路。 其 74LS00 的逻辑功能是有 0 出 1，无 0 出 0。真值表如表 2-1 所示。 74LS74 的逻辑功能是当预置端 PR、输入端 D、清零端 CLR 均为高电平时，时钟 端 CLK 有上升沿到来时，均会触发 Q 端输出高电平。真值表如表 2-2 所示。 根据图 2-1 可知 74ls20 芯片的功能简单，包含两个 4 输入与非门，内含两组 4 与非门 第一组：1,2,4,5 输入 6 输出。 第 2 组：9,10,12,13 输入 8 输出。其 逻辑功能是有 0 出 1，无 0 出 0，真值表如表 2-3

8、所示。 555 定时器是一种模拟-数字混合式集成定时器，有复位、置位和保持功能， 555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐 振荡器、单稳态触发器等脉冲产生与变换电路。在工业控制等诸多方面有很广 泛的应用。利用时基集成块 NE555 组成了脉冲振荡电路。555 引脚图如图 2-2 所示。 555 的引脚功能为：6 脚为 THR，触发器输入端，低电平有效；2 脚为 TRI，阀 值输入端，高电平有效；4 脚为 RST，总复位端，低电平有效；7 脚为 DIS，放 电端；5 脚为 CON，控制端；1 脚接地，8 脚接电源；3 脚为输出端；TD 为内部 三极管。 555 时

9、钟电路可以构成多谐振荡器，其功能表如表 2-4 所示。 555 的内部结构可等效成 23 个晶体三极管、17 个电阻、两个二极管、组成了比 较器，RS 触发器等多组单元电路。特别是由三只精度较高 5k 电阻构成了一个 电阻分压器。为上，下比较器提供基准电压，所以称之为 555。 555 电路的内部电路方框图如图 2-3 所示。它含有两个电压比较器，一个基本 RS 触发器，一个放电开关 T，比较器的参考电压由三只 5K 的电阻器构成分压， 它们分别使高电平比较器 A1 同相比较端和低电平比较器 A2 的反相输入端的参 考电平为 和 。A1 和 A2 的输出端控制 RS 触发器状态和放电管开关状态

10、。当输 入信号输入并超过 时，触发器复位，555 的输出端 3 脚输出低电平，同时放电， 开关管导通；当输入信号自 2 脚输入并低于 时，触发器置位，555 的 3 脚输出 高电平，同时放电，开关管截止。 是复位端，当其为 0 时，555 输出低电平。平时该端开路或接 VCC。 Vc 是控制电压端（5 脚），平时输出 作为比较器 A1 的参考电平，当 5 脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制， 在不接外加电压时，通常接一个 0.01uf 的电容器到地，起滤波作用，以消除外 来的干扰，以确保参考电平的稳定。 T 为放电管，当 T 导通时，将给接于脚 7 的电容

11、器提供低阻放电电路。 2.2 编码电路的设计 本系统的设计可使电子锁具有可编程多功能，它具有大于 151200 个 (1098765)代码的编码。电路图如图 2-4 所示。由图可知，每来 1 个 输入时钟，编码电路的相应状态向前前进一步。在操作过程中，按照规定的代 码顺序，按动编码按键，编码电路的输出就跟随这个代码的信息。正确输入编 码按键的数字，控制电路通过整形电路供给编码电路时钟，一直按规定编码顺 序操作完，则驱动开锁电路把锁打开。2.4 解码电路的设计 此电子锁预设的解码顺序 S2,S6,S8,S9。按键 S2(KEY=2)、S6(KEY=6)、 S8(KEY=8)、S9(KEY=9)分

12、别接在触发器 U7A、U8B、U8A、U7B 的 CLK 端, U7A 的 D=1,后面 3 个触发器的 D 端分别接在前面触发器的输出端 Q 上,此时满足 DN+1=QN,所以四个 D 触发器组成一个右移位电路。当依次按下 S2、S6、S8 时, 即给 U7A、U8B、U8A 触发信号时,其输出端 Q 依次为 1。最后，当 S9 键被按下 时，通过电阻 R5 与电源相接为高电平，S9 键由低电平变为高电平，使得 U7B 产生上升沿通过限流电阻 R4 加到发光二极管 LED1，发光二极管 LED1 发光(解 锁成功)。而当按下其它的键时会引入低电平加到 U6A，U6A 输出高电平到 U1D，U

13、1D 输出低电平到 U7A、U8B、U8A、U7B 进行清零并死锁。或虽是按下 S2,S6,S8,S9 但顺序不对时,因不能使 U7A、U8B、U8A、U7B 的输出端依次为 1, 也不能解锁。其电路图如图 2-6 所示。 2.5 门铃及报警电路的设计 如图 2-7，由 555 定时器和外接元件 R1、R2、C 构成多谐振荡器，脚 2 与脚 6 直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号， 利用电源通过 R1、R2 向 C 充电，以及 C 通过 R2 向放电端 放电，使电路产生振 荡。电容 C 在 和 之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，对应 的波形如图 2

14、-8 所示。 门铃电路由 555 定时器连成的多谐振荡器构成，当按下门铃时电路接通电源产 生约 500Hz 的振荡信号，同时按下清零/门铃按钮使 74LS00 和 74LS74 两个芯片 置零实现清零的功能。报警电路也是由 555 定时器构成，报警时产生 1KHz 的信 号，当输入密码后与寄存器连接的与门输出如果为高电平，则经过反相器后变 为低电平，报警电路不产生振荡，如果与门输出为低电平，经过反相器后变为 高电平，报警电路开始工作产生报警信号。按下清零/门铃按钮后可以实现对报 警的解除，因为此时一个低电平信号与来自判断输出端的高电平信号相与否， 为低电平信号，报警电路不工作。门铃及报警电路如

15、图 2-9 所示。 2.6 编码电子锁总电路设计 编码电子锁总电路如图 2-10 所示。 编码电子锁的工作原理：本编码电子锁电路设计由清零部分、解码部分、振荡 部分、蜂鸣器输出部分组成，清零部分由 74LS00D、74LS74D 等组成，当 S10 合上时，清零部分将四组 74LSD 的清零端 CLR 提供高电平，电路进入清零状态， 当 S10 打开时，电路进入编码输入状态。第一个触发器 D1 接高电平，四个触发器 CLK 分别接按键 S2、S6、S8、S9，形成BFHI编码。当按下 S2 时，U7A 的 CLK 电平由高变低，松手后，电平由低变高，形成上升沿触发。D1 输出端 Q1=1，依次

16、按 S6、S8、S9，会使 D2=Q1=1，D3=Q2=1，D4=Q3=1，Q4=1，将锁打 开。若顺序不对，锁打不开的。U6A 有三个输入端，一个通过 S10 接地，第二 个与按键 S1，S3，S4，S5，S7 相连，这些按键若有一个按下，都将使 D1-D4 四 个触发器置零，第三个经 U2A，U2B 及延时网络 R1，C2 与 U1A 相连，锁打开后， 延时触发器复位。延时时间长短取决于 R1，C2 的大小。NE555 与 R10，R11，C2，C3 等组成脉冲波发生器，通过 U8B，U8A 给蜂鸣器输出脉冲信 号，以便发声。 3 编码电子锁的制作 3.1 PCB 的设计 从原理图到 PCB 的设计流程:建立元件参数输入原理网表-设计参数设置- 手工布局-手工布线-验证设计复查-CAM 输出。 在 PCB 设计中,布线是完成产品设计的重要步骤,可以说前面的准备工作都是为 它而做的,在整个 PCB 中,以布线的设计过程限定最高,技巧最细、工作量最大。 我们在制作 PCB 中用的是单面板。布线的方式有两种：自动布线和手工布线， 一般先进行自动布