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1、济南大学毕业设计1 前言1.1 国内外现状伴随着我国经济的发展，我国的防盗门行业也有了长足的进步，但总的来说，我国的防盗门行业还处于相对比较混乱的状态，生产厂家比较多，水平高低也各有不同，生产出来的产品也良莠不齐。对于防盗门的门体部分来说，优劣主要集中于材料的选择上。门体不锈钢的采用主要有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢两种。由于在不锈钢起步阶段，奥氏体不锈钢较贵，于是给消费者造成了一种误解：奥氏体不锈钢比铁素体不锈钢更好。其实不然，无论在耐高温还是防锈性能方面，铁素体不锈钢的性能都更胜一筹。但由于传统观念的误导，现在市场上还是采用奥氏体不锈钢的较多。对于锁体部分来说，如今采用较多的还是20世纪50
2、年代意大利人设计的机械锁，其结构较为简单。对于这种机械锁而言，它有很多缺点：首先，钥匙重复概率大；据调查，世界上每400把这样的锁中就有两把钥匙相同。其次，钥匙容易复制；一旦有了复制的钥匙，防盗门就形同虚设，这极大的降低了防盗门的安全性。第三，一旦钥匙丢失或者管理人员的更换，为了安全起见，就不得不更换锁体，这样会造成极大的资源浪费和花费。对于电子密码锁，在70年代，伴随着日本经济的复苏，产生了一些基于门电路的密码锁，但这种锁体极容易被破译，安全性极低。到了80年代，美国、英国、意大利、德国、韩国以及我国台湾等地相继出现了性能较高的密码锁，起步比我国早。我国是从90年代末开始起步研究，到现在，虽
3、然技术有了长足的进步，但我们必须正视的是，我国的水平相对其他发达国家还比较低，在市场上，我国出口的一些高端产品在国外只能算作低端产品且所占份额极少，品牌形象更不可能与国际知名品牌相媲美。现智能密码防盗门在市场上已经出现，但由于早期研发成本较高，现应用的较少，相信随着研发成本的不断下降，以及其无可比拟的安全性、灵活性、可靠性等优势的凸显，一定会越来越普及化，逐步为大众所接受。1.2 设计的目的和意义伴随着我国经济的发展，住宅、金融等支柱产业也有了飞速的发展，因此对于具有较高安全性防盗门的需求也逐渐加强。对于现在市场上普遍接受的防盗门，出入都需要携带大把的钥匙，给人们带来极大的不便；并且钥匙极容易
4、丢失或者被别人复制，或者在更换管理员时，为了安全起见，只能将门锁一起换掉，这样造成了极大的资源浪费和金钱花费。现在国内外，高档锁具开始流行。许多智能锁也相继面世如IC卡辨认、指纹、肖像识别等。这些高档锁普遍具有一个局限性是只能适用于特定个人、保密要求极高的箱、柜等的使用，不利于普及推广。而且，IC卡容易丢失和折断损坏，指纹和肖像的误判。这些局限性限制了高端锁具在防盗门上的应用普及和推广2。基于这些因素以及现有市场的接受程度，基于电子密码锁的防盗门才是最正确的选择。它从根本上解决了现有防盗门存在的种种缺点。比如说，开锁的指令不会丢失或者被复制，不必随身携带钥匙，一身轻松。其次，如有必要，直接更换
5、密码即可，节约资源和金钱。再如，拿六位密码来说，其组合次数可达十的六次方种，重复的概率仅为百万分之一，且密码输入三次错误即报警，安全性不言而喻。智能密码防盗门具有防砸，防撬、防堵、安全性和灵活性高等优点。通过对社会上千余人的调查，如果有可能，几乎所有的人都愿意摆脱钥匙的束缚，没有任何顾虑，一身轻松的出入，都愿意用上一款灵活性更高的防盗门。因此，更突出人性化、个性化，安全技术含量更高的智能密码防盗门的市场前景极为广阔，也极具有研究价值，它的出现必然会成为防盗门行业的主流，深受消费者欢迎。1.3 设计的内容智能密码防盗门的设计内容包括机械结构部分设计和控制系统部分设计。机械结构部分的设计包括防盗门
6、门体设计和锁体部分设计；控制部分设计包括控制电路部分的设计和程序部分的设计。1.3.1 机械结构设计（1）防盗门的门体设计主要是门体主体材料、防火材料、隔音材料、保温材料等的选择。（2）锁体部分的设计包括开锁和锁定时各传动工作部件。它是由电磁铁、拨叉、衔铁、脱扣连杆、转动板、锁扣、执手连杆、一级锁舌、二级锁舌、三级锁舌以及弹簧等部分组成。1.3.2控制系统设计（1）控制电路部分设计包括单片机及配合单片机工作的各个电路。其组成包括：键盘电路、显示电路、电源电路、掉电保护电路、时钟电路、复位电路、上电复位电路、指示灯电路、报警电路、开锁电路。（2）程序部分的设计包括程序任务分析、程序流程图设计以及
7、程序的编写。2 智能密码防盗门的机械结构设计2.1 门体的设计按照国家的规定，合格的防盗门门体钢板的厚度应该在1毫米以上，门体的厚度应该在20毫米以上，对于门体的重量，应该在40千克以上，门框选用钢板的厚度应在2毫米以上。为了增加门体的整体强度，门体内应有数根加强钢筋使门体前后板连接起来。门内应有石棉等具有耐火、保温、隔音功能的填充材料。对于不锈钢的选择，采用铁素体不锈钢。由于起步阶段，奥氏体不锈钢造价较高，于是给消费者的误导是奥氏体不锈钢性能更好。其实不然，无论在耐高温还是防锈性能上，铁素体不锈钢都更胜一筹。虽然现在市面上采用奥氏体不锈钢的较多，但相信随着其性能及价格上劣势的显现及人们对于不
8、锈钢认识的加强，铁素体不锈钢必然成为防盗门上不锈钢的首选。对于绝大多数用户普遍采用外打开方式的安装，但对于三户共用走道的户型，由于受到条件的限制，必须采用内打开的方式安装。内打开方式安装存在一个安全隐患就是常常出现锁舌闭合不到位的情况，这样会给不法分子以非法开启的机会。为了避免这种情况的发生，需要增加防插开启装置，其中最简单的方法就是采用刚性密封的形式阻止非法插入的非法开启。2.2 锁体的设计智能密码锁的锁体主要由拨叉、衔铁、脱口连杆、转动板、锁扣、执手连杆、一、二、三级锁舌组成。电子线路装在锁壳内，执行机构是电磁铁。依次配合顺序为：开门时由拔插或者电磁铁带动衔铁压缩或吸合，脱口连杆解扣后在支
9、撑片的作用下带动转动板，转动板带动执手连杆，弹簧带动二三级锁舌同步运动，最后一级锁舌运动。关门则恰好相反。2.2.1 锁芯的主要部件（1）衔铁衔铁连有弹簧，与脱扣连杆配合，固定于电磁铁与拨叉之间，二者均可对其作用使其动作。材料：采用奥氏体不锈钢，调质处理，必须保证强度要求。图2.1 衔铁（2）拔叉拨叉在屋内为开门时，为避免输密码的麻烦，拨叉可直接拨动衔铁开门。材料：采用奥氏体不锈钢，调质处理，必须保证强度要求。图2.2 拨叉（3）脱扣连杆脱扣连杆锁定时，脱扣连杆与衔铁扣住，保证锁定。当衔铁吸合或压合时，脱口连杆解扣，在支撑片的作用下推动转动板运动。材料：采用奥氏体不锈钢，调质处理，必须保证强度
10、要求。图2.3 脱扣连杆（4）转动板转动板通过转动轴装置装在二级锁舌的内板上，转动板上有扣点，转动板在脱扣连杆的推动下转动，并通过弹簧牵引二级锁舌完成开关门。材料：采用奥氏体不锈钢，调质处理，必须保证强度要求。图2.4 转动板（5）执手连杆执手连杆与转动板配合，完成二级锁舌的缩回，完成开门动作。材料：采用奥氏体不锈钢，调质处理，必须保证强度要求。图2.5 执手连杆（6）一级锁舌一级锁舌除临时锁定外，关门时，受门框挤压缩入锁壳内，触动锁扣使其与二级锁舌上的扣点脱离，完成关门动作。材料：锁舌是关键锁定件，选用45号钢，调质处理，必须保证强度要求。图2.6 一级锁舌（7）二级锁舌二级锁舌与扣点相配合
11、完成门的锁定与打开，同时其内板上的凸台带动三级锁舌与其做同步运动。材料：锁舌是关键锁定件，选用45号钢，调质处理，必须保证强度要求。图2.7 二级锁舌（8）三级锁舌三级锁舌达到三点锁定目的，增加锁定的安全性。材料：锁舌是关键锁定件，选用45号钢，调质处理，必须保证强度要求。2.2.2 锁芯的执行过程分析图2.8 锁芯结构图（1）开门过程当在门外输入密码正确，电磁铁将衔铁吸合，或者在门内拨动拨叉将衔铁压合，脱口连杆与衔铁解扣后在支撑片的作用下与转动板相扣并推动转动板转动，转动板与执手连杆相扣转动，同时在转动板上连有的弹簧的牵引下拉动二级锁舌向右运动直至锁扣的扣点与二级锁舌上的扣点扣住为止，三级锁
12、舌在二级锁舌内板上凸台的带动下做同步运动，完成开锁动作。（2）关门过程在关门时，小锁舌外端受到门框的挤压而缩入锁壳内，在缩入过程中碰到锁扣并推动其向右运动而使锁扣与二级锁舌上的扣点脱离，二级锁舌在拉伸弹簧回收力的作用下伸出锁外，同时转动板在弹簧力的作用下与执手连杆脱离，脱扣连杆与衔铁扣合，三级锁舌在二级锁舌内板上凸台的带动下做同步运动完成三点锁定。（3）锁芯执行过程中各零件动作如表2.1 表2.1 各零件动作关门状态开锁中开锁状态关门中电磁铁预定位置吸合吸合复位脱扣连杆预定位置推转动板推转动板复位转动板预定位置拉二级锁舌推拉二级锁舌复位执手连杆预定位置推转动板推转动板复位二级锁舌预订位置向锁内
13、运动向锁内运动向外运动锁扣预定位置预订位置卡住二级锁舌复位一级锁舌预定位置锁内锁外向内运动三级锁舌预定位置对向运动对向运动背向运动2.2.3 电磁铁的选择在现有条件下，可被选为做动力源的有很多，例如，电磁铁，电动机。对于门锁的动力源而言，安全性和可靠性是选用动力源的首要准则，电磁铁的运转可靠性更高，鉴于此，选用电磁铁作为动力源14。综合该系统的需求分析，选择的电磁铁满足以下参数要求：电压：DC12V电流：1A(at DC12V 20)功率：6W使用电压范围：DC6V士10%直流电阻：6+10%（周围温度20）断电时吸力1000g通电时释放，剩磁小于50g吸合面铁板工作温度：-20 +40 总重
14、量：25g电磁铁的外观图如图2.10图2.10 电磁铁外观图3 智能密码防盗门的控制部分设计3.1智能密码防盗门控制部分整体设计要求（1）密码由六位数组成，取值范围为0-9；（2）每个键按下都有声、光（显示器）提示；（3）防盗门键盘上共16个按键，包括10个数字键和6个功能键；3个功能指示灯，一个报警灯；（4）只有输入的六位密码完全正确才能开锁，输入错误密码前两次报警5秒钟，第三次报警10分钟，报警期间输入密码无效，以提醒他人注意，防窃贼多次试探；（5）为保证安全性，只有内部上电复位时才可以修改密码，门外不可以修改；（6）电磁驱动采用脉冲驱动，通电时间必须少于2秒，以防烧坏；（7）为使系统停电
15、时也能正常工作，系统内应配有备用电源；（8）在没有操作的情况下，要配有节电功能；（9）软硬件的选择要简洁，成本要低，能实现批量生产；3.2实现控制部分设计的逻辑层次要想实现上述的设计要求，需要由以下四个层次来完成：第一，收集层该层是用作客户与系统交流的平台，是整个系统开始工作的初始层，起到先锋军的作用。它主要用于完成用户请求信息的收集，在该系统中具体表现为对用户通过键盘输入的信息等进行收集。第二，处理层该层是用于对上一层收集来的信息进行验证，起到大脑中枢的作用。在该系统中具体为对收集来的键入信息进行验证、比对，同时，对下一层发出要执行的信息。该层是实现智能控制的关键，主要由程序来完成。第三，执行层该层是动作执行的结束层，当收到处理层传达的信息后，起到执行者的角色。在该系统中具体为根据信息要求，将上一层处理的信息转化为动作，如开锁、报警等。第四，通信层起连接纽带作用，
