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1、基于51单片机的红外密码锁（设计及测试报告）目录：第一章 绪论31.1课题背景及目的31.2 国内外研究现状41.3 课题研究方法4第二章 红外遥控系统介绍52.1 红外通讯原理52.2.2发射系统72.3红外编码格式10第3章 硬件电路设计123.1整系统框图123.2红外发送/接收123.2.1红外遥控器123.2.2红外接收头143.3单片机AT89C51简介163.3.1主要特性163.3.2 管脚说明173.3.3 震荡特性183.3.4 芯片擦除183.4 44矩阵键盘193.5复位电路193.6 振荡电路193.7 1602液晶显示203.8 发光二极管LED243.9 继电器2
2、43.10 24C02253.11元器件列表32第四章系统的软件设计335.1 红外发射编码部分345.2 红外接收解码部分341 单片机解码过程342.红外解码程序代码345.3 单片机接收终端部分391. 密码的输入与确认392. 密码的修改393.矩阵键盘的扫描394.IIC395.1602液晶显示406.终端程序部分40第五章 设计调试与方案选择545.1编码的方案选择545.2解码的方案选择555.3红外接收部分调试5554总结56参考文献57第一章 绪论 1.1 课题背景及目的在日常的生活和工作中, 住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法
3、来解决。若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需携带多把钥匙, 使用极不方便, 且钥匙丢失后安全性即大打折扣。随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的问世，出现了带微处理器的智能密码锁，它除具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化管理、专家
4、分析系统等功能，从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性，应用日益广泛。随着人们对安全的重视和科技的发展，许多电子智能锁（指纹识别、IC卡辨认）已在国内外相继面世。但是这些产品的特点是针对特定的指纹和有效卡，只能适用于保密要求的箱、柜、门等。而且指纹识识别器若在公共场所使用存在容易机械损坏，IC卡还存在容易丢失、损坏等特点。加上其成本较高，一定程度上限制了这类产品的普及和推广。鉴于目前的技术水平与市场的接收程度，电子密码锁是这类电子防盗产品的主流。但是接触式密码锁系统都相应的存在着不同的缺点。例如：接触式密码锁系统成本较低，体积小，卡片本身无须电源，但使用不太方便，而且有接触磨损。相比之下，红外遥
5、控密码锁系统的成本与接触式密码锁系统相当，而且可以进行近距离遥控，使用十分方便。而且它已经与 PC 机的数据库相结合，可以组成一套酒店房间的门禁管理系统。 由于红外遥控具有许多优点， 例如红外线发射装置采用红外发光二极管遥控发射器易于小型化且价格低廉； 采用数字信号编码和二次调制方式，不仅可以实现多路信息的控制，增加遥控功能，提高信号传输的抗干扰性，减少误动作，而且功率消耗低；红外线不会向室外泄露，不会产生信号串扰；反应速度快、传输效率高、工作稳定可靠等。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。所以红外线遥控是目前使用最广泛的一种通
6、信和遥控手段。 在本设计中，红外遥控密码锁和 PC 机、数据库相结合，能够实现适时的、强大的管理，使得整个红外遥控系统得到更好的完善。 1.2 国内外研究现状目前大部分的锁采用的都是机械式的，其最大的缺点是利用简单工具就能很容易地把锁打开。针对这种情况，我们设计了一种红外遥控密码锁，而一般设备都采用专用的遥控编码及解码集成电路，其制作简单、容易，但由于特定功能的限制，只适用于专用的电器产品，其应用范围受到限制。而设计的红外遥控密码锁系统能提高门禁系统的可靠性和安全性,适应市场需要。该系统具有普通电子密码锁功能的同时,还增加了遥控功能。该系统具有较强的实际应用价值,所涉及的技术包括:红外载波数据
7、传输技术、单片机控制技术、红外遥控系统编码及译码技术、电路设计与演示板制作技术等。1.3 课题研究方法主要的设计实施过程：首先，选用ATMEL公司的单片机AT89C51，以及选购其他电子元器件。第二步，使用PROTEL99完成原理图，并设计PCB图完成人工布线（后因PCB板损坏决定采用万能板焊接的方法）。第三步，使用Keil uVision3软件编写单片机的C语言程序、仿真、软件调试。第四部，使用PROTEUS软件进行模拟软、硬件调试。最后，联合软、硬件调试电路板，完成本次设计。第二章 红外遥控系统介绍2.1 红外通讯原理红外遥控是单工的红外通信方式，本设计的红外遥控采用以通信方式为基础的红外
8、遥控，而且本设计也使用了红外通信技术，故着重分析红外通信的基本原理。红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。它一般由红外发射和接收系统两部分组成。发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。红外线是波长在 750nm至1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。红外通信一般采用红外波段内的近红外线，波长在 0.75um至 25um之间。红外数据协会（IrDA）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通信效果，红外通信协议将红外数据通信所采用的光波波长的范围限定在 85
9、0 至 900nm之内。红外通信的基本原理是发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号（载波信号） ，通过红外发射管发射红外信号。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法。脉时调制（PPM）是红外数据协会(IrDA)和国际电子电工委员会(IEEE)都推荐的调制方式，本设计采用PPM调制方法，即用两个脉冲串之间的时间间隔来表示二进制信息，数据比特的传送仿照不带奇偶校验的RS232 通信，首先产生一个同步头，然后接着 8 位数据比特。如图 2.1所示。图 2.1 PPM 调制波形图普通的红外遥控采用面向指令的帧结
10、构，数据帧由同步码，地址码和指令码组成，指令码长度多为 816 个比特，传送多字节遥控协议时效率偏低，而增加指令码的长度不利于接收器同步，为此本设计选用一种面向字节的帧结构，采用类似于异步串行通信的帧结构，每帧由一个起始位（二进制数 0） 、8 个数据位和 2 个停止位（二进制数 1）构成，如图 2.2 所示。每帧传送 1 个字节的数据，帧与帧间隔大于 2ms，帧结构不含地址信息，寻址问题由高层协议解决8。图 2.2 数据帧结构示意图由于红外光存在反射,在全双工的方式下发送的信号也可能会被本身接收，因此，红外通信应采用异步半双工方式，即通信的某一方发送和接收是交替进行的。2.2红外遥控系统结构
11、红外遥控系统主要分为调制、发射和接收三部分，如图2.3 所示：图2.32.2.1调制红外遥控发射数据时采用调制的方式，即把数据和一定频率的载波进行“与”操作，这样可以提高发射效率和降低电源功耗。调制载波频率一般在30khz到60khz之间，大多数使用的是38kHz，占空比1/3的方波，如图2.4所示，这是由发射端所使用的455kHz晶振决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz1237.9 kHz38kHz。图2.4 载波波形2.2.2发射系统目前有很多种芯片可以实现红外发射，可以根据选择发出不同种类的编码。由于发射系统一般用电池供电，这就要求芯片的功耗要很低，
12、芯片大多都设计成可以处于休眠状态，当有按键按下时才工作，这样可以降低功耗芯片所用的晶振应该有足够的耐物理撞击能力，不能选用普通的石英晶体，一般是选用陶瓷共鸣器，陶瓷共鸣器准确性没有石英晶体高，但通常一点误差可以忽略不计。红外线通过红外发光二极管(LED)发射出去，红外发光二极管内部材料和普通发光二极管不同，在其两端施加一定电压时，它发出的是红外线而不是可见光。图2.5A 简单驱动电路图2.5B 射击输出驱动电路如图2.5A和图2.5B是LED的驱动电路，图3a是最简单电路， 选用元件时要注意三极管的开关速度要快，还要考虑到LED的正向电流和反向漏电流，一般流过LED的最大正向电流为100mA，
13、电流越大，其发射的波形强度越大。图2.5A电路有一点缺陷，当电池电压下降时，流过LED的电流会降低，发射波形强度降低，遥控距离就会变小。图2.5B所示的射极输出电路可以解决这个问题，两个二极管把三级管基极电压钳位在1.2V左右，因此三级管发射极电压固定在0.6V左右，发射极电流IE基本不变，根据IEIC,所以流过LED的电流也基本不变，这样保证了当电池电压降低时还可以保证一定的遥控距离。2.2.3一体化红外接收头红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中，成为一体化红外接收头。内部电路包括红外监测二极管，放大器，限副器，带通滤波器，积分电路，比较器等。红外监测二极管监测到红外信号，然后把信号送到放
14、大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平，而不论红外发射器和接收器的距离远近。交流信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过30khz到60khz的负载波，通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出高低电平，还原出发射端的信号波形。注意输出的高低电平和发射端是反相的，这样的目的是为了提高接收的灵敏度。一体化红外接收头，如图2.6所示：图2.6 红外接收头 红外接收头的种类很多，引脚定义也不相同，一般都有三个引脚，包括供电脚，接地和信号输出脚。根据发射端调制载波的不同应选用相应解调频率的接收头。本设计选择HX1383，因为其性价比较高，且易于购得，如图2.7：图2.7 红外接收头内部放大器的
15、增益很大，很容易引起干扰，因此在接收头的供电脚上须加上滤波电容，一般在22uf以上。有的厂家建议在供电脚和电源之间接入330欧电阻，进一步降低电源干扰。2.3红外编码格式遥控发射器专用芯片很多，红外遥控的编码目前广泛使用的是：NEC Protocol 的 PWM(脉冲宽度调制)和 Philips RC-5 Protocol 的 PPM，本设计基于NEC协议。其编码特征如下：1、8 位地址和 8 位指令长度； 2、地址和命令 2 次传输（确保可靠性） 3、PWM 脉冲位置调制，以发射红外载波的占空比代表“0”和“1”； 4、载波频率为 38Khz； 5、位时间为1.125ms 或 2.25ms； NEC 码的位定义：一个脉冲对应 560us 的连续载波，一个逻辑 1 传输需要 2.25ms（560us脉冲+1680us低电平），占空比1/4；一个逻辑 0的传输需要 1.12
