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1、泉 州 师 范 学 院毕业论文（设计）题 目 基于单片机控制的红外电子密码锁 物理与信息工程学 院 电子信息科学与技术专 业07级1班学生姓名 学 号 指导教师 职 称 教授 完成日期 教务处 制基于单片机控制的红外电子密码锁物理与信息工程学院 电子信息科学与技术指导老师 教授摘 要：随着科学技术的不断提高，传统的机械锁渐渐的不能满足现代人的需要，钥匙互开锁的机率很高，这使用户的安全性大打折扣。而电子密码锁的诞生克服了机械锁的一系列缺点，特别是安全性能，它取代传统机械锁是一种发展趋势，应用将日益广泛。本次设计的是一款具有红外遥控功能的电子密码锁。设计分为矩阵式键盘输入模块、红外遥控输入模块、红
2、外芯片解码模块、存储器电路模块、语音芯片模块、继电器控制模块、声光提示模块和显示模块。用宏晶的STC89C52RC作为整个系统的控制核心，整个系统电路简单、功能完善、性价比高、操作方便，达到了人机交互的目的。关键词：电子密码锁；语音芯片；STC89C52RC；红外；第一章：绪论进入电气化时代，一切都往智能化的方向发展，人们对生活质量，生活水平的要求越来越高，智能化将逐步取代人工手动，成为这世界的主要控制手段。传统的手工开锁已经无法满足人满的生活要求，近几年来随着犯罪手段的高端化，人们对家庭防盗锁的要求也越来越高。1.1 选题的背景社会的飞速发展，文明进步的同时不文明的行为也在猖獗，如何实现家庭
3、防盗这一问题变的尤为突出，传统的机械锁构造简单，开锁手法单一，已经无法抵抗日益高超的偷盗技巧。电子技术的进步让智能化进入人们的日常生活，当前国内外锁的形式也越来越多，声控锁，指纹识别的锁，密码锁，遥控锁等先进的锁具也层出不穷。虽然这类产品安全性能很高，保密性好，但由于生产成本过高，携带安装和使用都不方便，在一定程度上也限制了这些产品的普及和推广1-5。而本次设计是在单片机控制下的红外遥控锁，是对单片机技术和红外传感器技术的一个结合。它具有安全性高，性价比高等优点。二十一世纪各种电子信息技术进入高速发展时期，包括信息系统微电子、计算机技术、现代通信技术、传感器技术。传感器技术中也包括了红外线传感
4、器技术。红外线是一种肉眼看不见的光线，最近几十年来，斩露头角的红外传线技术，在各个领域中都到了广泛的应用。开始应用到了生产生活中，逐渐形成了一门崭新的技术红外线技术。红外线技术，顾名思义，就是通过红外线进行数据传输。在计算机技术发展的早期，数据都是通过电缆光缆进行传输的，传输连接线麻烦，需要特制的接口，使用起来很不方便。后来就有了红外线、蓝牙等无线数据传输技术。红外通讯技术是利用红外线来进行数据传输，是无线通讯的一种。红外线的特点是红外传输是一种点对点的传输方式，传输距离比较近，而且要对准接收方向，中间不能有障碍。由于红外线是直线传输，所以红外通讯技术不太适用于障碍比较多的地方。1.2目前国内
5、外的研究现状红外遥控技术是目前家用电器中用得比较多的遥控方式，在车载影音导航系统、手机传输系统等领域也被广泛的应用。红外遥控设备具有不影响周边环境、不干扰其他设备的特点。由于其无法穿透障碍物，所以不同房间的家用电器可以使用通用的遥控器而不会相互干扰；电路调试比较简单，只要按照给定的电路连接和按键说明，一般不需调试可直接投入工作；编码解码较为容易，可同时进行多路遥控。由于各个厂家生产了大量红外遥控专用的集成电路，需要时按说明书直接操作就可以了。因此，红外遥控器在家用电器近距离（小于 10 米）的传输中得到了广泛的应用6-7。1.3 课题的研究方法本次设计是基于单片机STC89C52RC控制，以红
6、外遥控器发送密码，红外一体化接头接收并送给单片机解码，可实现对密码的修改，删除，利用AT24C02对密码进行保存。密码解锁机会只有三次，若连续三次密码错误系统自动报警后并启动管理者密码。利用液晶显示屏LCD1602进行显示。制作时先各个模块单独进行调试，当每个模块的功能都实现后再整合起来，用于达到预期的目标。1.4 本论文的方案设计用单片机作为整个密码锁的核心模块，用户通过红外遥控或键盘输入密码，语言芯片提示用户所进行的操作，储存芯片保存着用户的密码，继电器控制着密码锁的关闭，单片机对用户所输入的密码进行判断，从而实现了电子密码锁的一系列功能，通过液晶显示以及声光提醒，达到了人机交互的目的。第
7、二章：总体方案本设计分为矩阵式键盘输入模块、红外遥控输入模块、红外芯片解码模块、存储器电路模块、语音芯片模块、继电器控制模块、声光提示模块和显示模块。采用STC89C52RC来作为系统控制芯片。系统结构如图1所示。STC89C52RC键盘输入模块红外遥控输入模块红外接收芯片模块存储器电路模块语音芯片模块继电器控制模块声光提示模块显示模块图1 系统结构款图第三章：硬件电路设计3.1 单片机外围电路采用STC89C52RC来作为系统控制芯片。与标准8051的计数器、定时器相比，该单片机多了一个定时器/中断器，含有8K的ROM，存储能力比8051多了一倍， 该单片机是8051内核的加强产品8。单片机
8、外围电路如图2所示，采用12MHz的晶振；P2口与矩阵式键盘相连；P1口与LCD1602八根数据线相连，三根控制线分别与P3.7、P3.6、P3.5相连；P0.4到P0.7与语音芯片ISD1720工作在SPT模式的四跟控制线相连；P0.2为报警输出口，当用户输入密码三次错误时，输出低电平，蜂鸣器响；P0.0、P0.1与存储器芯片AT24C02相连；P0.3与发光二极管相连，当密码输入正确时，点亮发光二极管；P3.4与继电器相连，控制密码锁的关闭，当密码输入正确时，该口位输出高电平，电子密码锁打开。P3.2与红外接收芯片相连，用来促发外部中断0。图2 单片机外围电路3.2 键盘电路由于该设计要应
9、用到较多的按键，所以键盘电路采用矩阵式键盘，如图3所示。其中0到9有十个数字键，在编程上用户输入的密码为6位，6位随机的数字组合可以高达百万种，对电子密码锁的安全性有了保障。当输入的数字有错时，可以按“删除”键，删掉当前的数字。“确认”键是在密码输入完毕时才有效。当密码输入正确时，电子密码锁打开，此时“修改密码”键才有效，否则按下该键系统没反应。当输入密码有错时，用户可以重新输入密码，但当连续三次密码都输错时，必须输入9位的管理者密码。“启动”键作为一个开关键，只有在“启动”键打开时，系统才正常工作。当电子密码锁打开时，10秒之内没去动，单片机将自动关掉“启动”键，此时系统处于省电模式。 图3
10、 矩阵式键盘电路3.3 红外接收芯片电路本设计中红外接收芯片选用一体化红外线接收器，该红外接收头只有三个引脚：信号输出脚、接地脚、供电脚，不需要其他元件，与单片机的连接非常方便，如图4所示。红外解码芯片内部电路包括红外监测二极管，放大器，限副器，带通滤波器，解调电路，积分电路，比较器等。红外监测二极管监测到从遥控器发来的调制载波为38KHz微弱的红外信号， 经过放大后送进限幅器，把信号幅度控制在一定范围，继而通过带通滤波器，允许38KHz的载波信号通过，经过解调电路和积分电路后送进比较器，输出的信号与TTL电平信号兼容。单片机对收到的信号进行解码，就可以判断出用户按下的是哪个键值，进而执行相关
11、的程序9。解码就是把收到不同宽度的脉冲区别出来，该系统中解码是通过单片机计算出两次下降沿到来的间隔时间，当单片机P3.2口有下降沿来临时促发外部中断0一次，并启动定时器0，当第二次下降沿来临时，通过计算定时器0的中断次数，就能够区分不同宽度的脉冲。由于红外接收头内部放大器的增益比较大，容易引起干扰，因此在供电脚和地直接加个滤波电容，保证芯片工作在一个稳定的状态，如图4所示。图4 红外接收电路3.4 存储器电路本设计的存储芯片采用AT24C02，E2PROM为电擦除可编程的ROM，可以在芯片断电时保持存储单元的数据不变。用户的密码保存在该芯片的相关存储单元中，AT24C02具有256个字节的存储
12、单元，对电子密码锁来说，存储容量足够用，具有I2C总线的功能，功耗小，由于STC89C52RC单片机没有I2C接口，因此采用软件模拟I2C总线，系统复位或断电后用户所设置的密码不会丢失。AT24C02是漏极开路，SDA与SCL需要接上拉电阻，如图5所示；A0A2为器件的地址，总线上可以挂多片的AT24C02，本系统只用到一片，所以地址的输入引脚可接地10。图5 存储器电路3.5 语音芯片电路语音芯片模块硬件由ISD1720、单片机控制线、录音输入装置（麦克风）和语音输出装置（喇叭）等组成，如图6所示。ISD1720芯片是本模块的核心部分，接受控制命令且具有独立的存储单元。采用ISD1720 芯
13、片，此芯片可实现20480秒录放音功能，可重复擦写 ，稳定性较好、语音清晰，且价格比较便宜。可工作在两种控制方式：独立按键工作模式和SPI模式11。本设计中对语音的录音采用独立按键工作模式，通过录音把音频信号存储在ISD1720芯片的相应的存储单元里头；对系统的实时放音采用SPI模式，由于STC89C52RC没有SPI硬件接口，因此用软件的方式模拟SPI总线接口，主控单片机通过四线SPI协议对ISD1720进行串行通信。图6语音芯片模块3.6 继电器控制电路继电器控制电路由1只NPN型三级管8050驱动5V继电器。继电器的引入，可以提高系统的驱动能力，还可以隔离电磁锁工作时产生的电磁干扰12。
14、继电器上并联一个二极管起保护作用如图7所示，因为继电器里面的线圈具有电感特性，流经电感线圈的电流不能突变，当三极管关段时，跟三极管相连的线圈里面电流突然中断，会产生感应电动势，容易击穿三极管，由于电动势方向与电源方向相反，因此此二极管是反向接入的，来吸收感应电动势，这样电动势就不会太高了，保护了元器件。当单片机P3.4输入高电平时，继电器的常开端闭合，密码锁打开，提高了整个系统工作的稳定性和可靠性。图7 继电器控制电路3.7 声光提示电路当用户密码输入正确时，点亮发光二极管，发光二极管由单片机P0.3直接驱动，密码锁打开；当用户密码连续输入三次错误时，蜂鸣器开始响，蜂鸣器由于功率比较大，本设计
15、采用三级管8550驱动蜂鸣器，当P0.2为低电平时，三极管导通，蜂鸣器发出声音如图8所示。图8 声光提示电路3.8 液晶显示电路本设计中由于要对密码锁所处的状态以及提示用户进行相应操作的显示，所以采用液晶显示屏LCD1602如图9所示。LCD1602可以显示两行，每行16个字符，内部具有字符发生器，可以显示阿拉伯数字，英文字母的大小写，以及一些常用的符号等，使用+5V电源供电，与其连接的外围电路简单13。该液晶显示屏具有轻薄短小、低耗电量、抗干扰能力强等特点。同时显示信息量大，灵活多变显示多种信息，用户可以清晰看出此时密码锁的状态。8跟数据线与单片机P1口并行相连，传输速度快。图9 液晶显示电路第四章：系统的软件设计4.1 软件总流程图本系统的软件设计采用C语言编写。C语言可读写好，容易修改，移植性也较好，用C语言编写的程序通俗易懂，一目了然。软件主要分为：主程序，外部中断0子程序，定时器0中断子程序，定时器1中
