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    www.eehome.cn 电子工程师之家 电子密码锁 摘要 本文的电子密码锁利用数字逻辑电路,实现对门的电子控制,并且有各种附加电路保证电路能够安 工作,有极高的安全系数. 关键词 电子密码锁 电压比较器 555 单稳态电路 计数器 JK 触发器 UPS 电源. 1 引言 随着人们生活水平的提高,如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出,传统的机械锁由于 其构造的简单,被撬的事件屡见不鲜,电子锁由于其保密性高,使用灵活性好,安全系数高,受到 了广大用户的亲呢. 设计本课题时构思了两种方案:一种是用以 AT89C2051 为核心的单片机控制方案;另一种是用 以74LS112 双JK 触发器构成的数字逻辑电路控制方案.考虑到单片机方案原理复杂,而且调试较 为繁琐,所以本文采用后一种方案. 2 总体方案设计 2.1 设计思路 共设了 9 个用户输入键,其中只有 4 个是有效的密码按键,其它的都是干扰按键,若按下干扰 键,键盘输入电路自动清零,原先输入的密码无效,需要重新输入;如果用户输入密码的时间超过 40 秒(一般情况下,用户不会超过 40 秒,若用户觉得不便,还可以修改)电路将报警 80 秒,若电 路连续报警三次,电路将锁定键盘 5 分钟,防止他人的非法操作. 2.2 总体方框图 资料整理自互联网,版权归原作者! 欢迎访问 www.XinShiLi.net 新势力单片机、嵌入式 www.eehome.cn 电子工程师之家 3 设计原理分析 电路由两大部分组成:密码锁电路和备用电源(UPS),其中设置 UPS 电源是为了防止因为停电 造成的密码锁电路失效,使用户免遭麻烦. 密码锁电路包含:键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输 入次数锁定电路. 3.1 键盘输入、密码修改、密码检测、开锁及执行电路 . 其电路如下图 1 所示: 资料整理自互联网,版权归原作者! 欢迎访问 www.XinShiLi.net 新势力单片机、嵌入式 www.eehome.cn 电子工程师之家 CLK 1 J 3 K 2 CD 15 SD 4 Q 5 Q 6 IC2A CLK 1 J 3 K 2 CD 15 SD 4 Q 5 Q 6 IC3A CLK 1 J 3 K 2 CD 15 SD 4 Q 5 Q 6 IC1A R26 R25 R24 R2 R20 VCC CLK 1 J 3 K 2 CD 15 SD 4 Q 5 Q 6 IC4A K1 K2 S1 K3 K4 S2 K5 K6 S3 K7 K8 S4 S? TRIG 2 Q 3 R 4 CVolt 5 THR 6 DIS 7 VCC 8 GND 1 V3 C13 20U C12 . . . . T10 T11 D5 10 C14 0.01U C15 0.01U C16 0.01U C17 0.01U C18 0.01U C19 0.01U C20 0.01U C21 0.01U TC13 1M R21 3.3K 电磁锁 清零信号 RD 1 2 4 5 6 IC5A 1 2 3 IC6A 锁定信号 E1 1K X 4 清零信号 RD 74LS112 消除报警信号 74ls08 74ls22 k9 74LS112 74LS113 74LS114 555 T12 9018 C25 47u R20 20k R27 2.2k 来自报警电路 的清零信号 C24 500u 图1键盘输入、密码修改、密码检测、开锁、执行电路 开关 K1~K9 是用户的输入密码的键盘,用户可以通过开关输入密码,开关两端的电容是为了提 高开关速度, 电路先自动将 IC1~IC4 清零, 由报警电路送来的清零信号经 C25 送到 T11 基极, 使T11 导通,其集电极输出低电平,送往 IC1~IC4,实现清零. 密码修改电路由双刀双掷开关 S1~S4 组成(如图 2 所示), 它是利用开关切换的原理实现密码 的修改.例如要设定密码为 1458,可以拨动开关 S1 向左,S2 向右,S3 向左,S4 向右,即可实现 密码的修改,由于输入的密码要经过 S1~S4 的选择,也就实现了密码的校验.本电路有 16 组的密码 可供修改. 图2密码修改电路 由两块 74LS112(双JK 触发器,包含 IC1~IC4)组成密码检测电路.由于 IC1 处于计数状态, 当用户按下第一个正确的密码后,CLK 端出现了一个负的下降沿,IC1 计数,Q 端输出为高电平, 用户依次按下有效的密码,IC2~IC3 也依次输出高电平,送入与门 IC5,使其输出开锁的高电平信号 送往 IC13 的2脚,执行电路动作,实现开锁. 执行电路是由一块 555 单稳态电路(IC13) ,以及由 T10、 T11 组成的达林顿管构成.若IC13 的2脚输入一高电平,则3脚输出高电平,使T10 导通,T11 导通,电磁阀开启,实现开门,同时 T10 集电极上接的 D5(绿色发光二极管)发亮,表示开门,20 秒后,555 电路状态翻转,电磁阀停 止工作,以节电.其中电磁阀并联的电容 C24 使为了提高电磁阀的力矩. 3.2 报警电路 报警电路实现的功能是:当输入密码的时间超过 40 秒(一般情况下用户输入不会超过) ,电路 资料整理自互联网,版权归原作者! 欢迎访问 www.XinShiLi.net 新势力单片机、嵌入式 www.eehome.cn 电子工程师之家 报警 80 秒,防止他人恶意开锁. 电路包含两大部分,2 分钟延时和 40 秒延时电路.其工作原理是当用户开始输入密码时,电路 开始 2 分钟计时,超出 40 秒,电路开始 80 秒的报警.如图 3 所示 R11 2M R12 100 R14 1M C5 50U C7 0.1u C9 0.1u C8 47U T5 T7 T6 D3 D4 R3 3.3K R15 100 TRIG 2 Q 3 R 4 CVolt 5 THR 6 DIS 7 VCC 8 GND 1 IC10 TRIG 2 Q 3 R 4 CVolt 5 THR 6 DIS 7 VCC 8 GND 1 IC11 T8 蜂鸣器 清零信号 RD TP C6 0.01U R16 3.3K 报警次数进位 B1 3.3K 3.3K 9014 9018 9018 9018 vcc T13 接密码检测电路 消除报警信号 去密码检测电路 清零信号 图3报警电路 有人走近门时,触摸了 TP 端(TP 端固定在键盘上,其灵敏度非常高,保证电路可靠的触发),由于 人体自身带的电,使IC10 的2脚出现低电平,使IC10 的状态发生翻转,其3脚输出高电平,T5 导通(可以通过 R12 控制 T1 的基极电流),其集电极接的黄色发光二极管 D3 发光,表示现在电子锁处 于待命状态,T6 截止,C4 开始通过 R14 充电(充电时间是 40 秒,此时为用户输入密码的时间,即用户 输入密码的时间不能超过 40 秒,否则电路就开始报警, 由于用户经常输入密码,而且知道密码,一 般输入密码的时间不会超过 40 秒),IC2 开始进入延时 40 秒的状态. 开始报警:当用户输入的密码不正确或输入密码的时间超过 40 秒,IC11 的2脚电位随着 C4 的 充电而下降,当电位下降到 1/3Vcc 时(即40 秒延时结束时候),3 脚变成高电位(延时时是低电平),通过R15 使(R15 的作用是为了限制 T7 的导通电流防止电流过大烧毁三极管)T7 导通,其集电极上面接 的红色发光二极管 D4 发亮,表示当前处于报警状态,T8 也随之而导通,使蜂鸣器发声,令贼人生怯,实 现报警. 停止报警:当达到了 80 秒的报警时间, IC10 的6,7 脚接的电容 C5 放电结束,IC10 的3脚变成低 电平,T5 截止,T6 导通,强制使强制电路处于稳态,IC11 的3脚输出低电平,使T7,T8 截止,蜂鸣器停 止报警; 或者用户输入的密码正确, 则有开锁电路中的 T10 集电极输出清除报警信号, 送至 T12 (PNP) , T12 导通,强制使 T7 基极至低电位,解除报警信号. 3.3 报警次数检测及锁定电路 若用户操作连续失误超过 3 次,电路将锁定 5 分钟.其工作原理如下:当电路报警的次数超过 3 次,由IC9(74161)构成的 3 位计数器将产生进位,通过 IC7,输出清零信号送往 74161 的清零 端,以实现重新计数.经过 IC8(与门) ,送到 IC12(555)的2脚,使3脚产生 5 分钟的高电平锁 定脉冲(其脉冲可由公式 T=1.1RC 计算得出) ,经T9 倒相,送IC6 输入端,使IC6 输出低电平,使IC13 不能开锁,到锁定的目的.电路图如下图 4 所示: 资料整理自互联网,版权归原作者! 欢迎访问 www.XinShiLi.net 新势力单片机、嵌入式 www.eehome.cn 电子工程师之家 来自报警电路的信号B1 TRIG 2 Q 3 R 4 CVolt 5 THR 6 DIS 7 VCC 8 GND 1 IC12 555 P0 3 P1 4 P2 5 P3 6 Q0 14 Q1 13 Q2 12 Q3 11 TC 15 EP 7 ET 10 CP 2 LD 9 RCO 1 RD IC9 74LS161 T9 9018 R19 3.3K C10 68u C11 0 1U R18 5.2M 锁定键盘信号 E1 VCC VCC 555 1 2 IC8A 3 图4报警次数检测及锁定电路 3.4 备用电源电路 为了防止停电情况的发生,本电路后备了 UPS 电源,它包括市电供电电路,停电检测电路,电 子开关切换电路,蓄电池充电电路和蓄电池组成.其电路图如下图 5 所示: 220V 市电通过变压器 B 降压成 12V 的交流电,再经过整流桥整流,7805 稳压到 5V 送往电子切换 电路,由于本电路功耗较少,所以选用 10W 的小型变压器. 图5电源电路 由R8,R9,R6,R7 及IC14 构成电压比较器,正常情况下,V+V- IC14 输出高电平,由T3,T4 构成的达林顿管使继电 器J开启,将其常开触电将蓄电池和电路相连,实现市电和蓄电池供电的切换,保证电子密码锁的 正常工作(视电池容量而定持续时间) .其电路图如下图 6 所示: 资料整理自互联网,版权归原作者! 欢迎访问 www.XinShiLi.net 新势力单片机、嵌入式 www.eehome.cn 电子工程师之家 R8 50K R9 40K R7 30K R6 20K T3 9018 R10 5.1K T4 9014 1 2 3 IC14 741 继电器 蓄电池供电 5V 直流电源 A1 蓄电池 A2 5V 直流电源 A1 蓄电池 A2 VCC 常闭 常开 图6停电检测及电子开关切换电路 T1,T2 构成的蓄电池自动充电电路,它在电池充满后自动停止充电,其中 D1 亮为正在充电, D2 为工作指示.由R4,R5,T1 构成电压检测电路,蓄电池电压低,则T1,T2 导通,实现对其充 电;充满后,T1,T2 截止,停止充电,同时 D1 熄灭,电路中 C4 的作用是滤除干扰信号.其电路 图如图 7 所示: R5 470 R2 3K R1 3K T1 9014 D2 D1 C4 0.1U 3CG21 R4 3K 6V 蓄电池电源 A2 6V 充电电源 蓄电池 图7蓄电池自动充电电路 4 总结与体会 以上为实习期间所设计的电子密码锁电路,它经过多次修改和整理,以是一个比较不错的设计, 可以满足人们的基本要求,但因为水平有限,此电路中也存在一定的问题,譬如说电路的密码不能 遗忘,一旦遗忘,就很难打开,这可以通过增加电路解决,但过于复杂,本次设计未其中;用开关 作74LS112 的CLK 脉冲,不是很稳定,可以调换其它高速开关或计数脉冲;电路密码只有 16 种可供 修改,但由于他人不知道密码的位数,而且还要求在规定的时间内按一定的顺序开锁,所以他人开 锁的几率很小;电路中未加显示电路,但可通过其它数字模块实现这一功能.这需要一段时间的进 一步改进,如果有好的意见,希望老师给以支持. 通过这三周的学习,我感觉有很大的收获:首先,通过学习使自己对课本上的知识可以应用于 实际,使的理论与实际相结合,加深自己对课本知识的更好理解,同时实习也段练了我个人的动手 能力:能够充分利用图书馆去查阅资料,增加了许多课本以外的知识.能对 protel 99、和EWB 等仿 真软件操作,能达到学以致用.对我们学生来说,理论与实际同样重要,这是我们以后在工作中说 资料整理自互联网,版权归原作者! 欢迎访问 www.XinShiLi.net 新势力单片机、嵌入式 www.eehome.cn 电子工程师之家 明自己能力的一个重要标准. 在实习中,我感受到了老师对学生的那种悔人不卷的精神,每天的固定时间,老师都来给我们 指导,使我们少走弯路,顺利完成实习任务,请允许我向你们致意崇高的敬意,感谢你们,老师! 参考文献 [1] 康华光.电子技术基础(第四版)[M].北京:高等教育出版社,1998 [1] 梁宗善.新型集成块应用[M].武汉:华中理工大出版社,2004 资料整理自互联网,版权归原作者! 欢迎访问 www.XinShiLi.net 新势力单片机、嵌入式 www.eehome.cn 电子工程师之家 电子信息专业毕业设计(论文)任务书-----《数字密码锁的设计》-----许艳老师 [center]毕业设计(论文)任务书[/center] 信息学部 电子信息专业 级( 届) 班 学生 毕业设计(论文)题目: 数字密码锁的设计 毕业设计(论文)内容: 设计一种由AT89C2051 编程实现的控制电路,具有按键有 效指示、输入错误指示、解码有效指示、控制开锁电平、 定时中断、控制报警、密码修改等功能,可在意外泄密的 情况下及时修改密码.8 位十进制密码共一亿组不重复, 保密性强,灵活性高,适用范围广,特别适合家庭、宾馆 等场所. 毕业设计(论文)专题部分: 指导教师: (签名) 年月日教研室主任: (签名) 年月日学部主任: (签名) 年月日: 资料整理自互联网,版权归原作者! 欢迎访问 www.XinShiLi.net 新势力单片机、嵌入式 www.eehome.cn 电子工程师之家 [left]江西理工大学 信息学院 01 级(2005 届)[/left] [center]学生毕业设计(论文)开题报告[/center] 设计(论文)题目 数字密码锁的设计 专业 电子信息工程 学生姓名 指导教师 [center]本课题研究的现状[/center] 出于安全、方便等方面的需要,许多智能锁(如指纹辩识、 IC卡辩识)已相继问世,但这些产品的特点是针对特定指 纹或有效卡,只能适用于保密要求高且仅供个别人使用的 箱、柜、房间等,而且卡片式IC卡还有易丢失等特点,加 上其成本一般比较高,一定程度上限制了这类产品的普及 和推广.本数字密码锁成本则相对较小. [center]学术价值和现实意义[/center] 数字密码锁的设计综合应用之前所学的单片机、 微机控制、 电路设计等方面的知识.数字密码锁适合于多种场合的保 密,特别适合于家庭、外出旅行. 资料整理自互联网,版权归原作者! 欢迎访问 www.XinShiLi.net 新势力单片机、嵌入式 www.eehome.cn 电子工程师之家 "我将于茫茫人海寻访我唯一灵魂之伴侣 得之,我幸; 不得,我命!" -----徐志摩 现在我知道了,我是最幸运的! [广告] 展现当代大学生素质 文明用语 文明上网! 资料整理自互联网,版权归原作者! 欢迎访问 www.XinShiLi.net 新势力单片机、嵌入式 www.eehome.cn 电子工程师之家 寒塘鹤影 (£璞祺£戕仪) #2 发表于 2005-12-14 13:42 资料 主页 个人空间 短消息 管理员 红楼 UID 4 精华 0 积分 443 帖子 443 威望 0 点 应科币 10 元 阅读权限 200 注册 2005-10-8 来自 甘肃 状态 离线 主要参考文献 [1] 余永权. ATMEL89 系列(MCS-51 兼容)FLASH 单片 机原理及应用. 电子工业出版社. 1997 [2] 台方. 微型计算机控制技术. 中国水利水电出版社. 2001 [3] 胡汉才. 单片机原理及其接口技术. 清华大学出版 社.1996 年[4] 赵新民. 智能仪器设计基础. 哈尔滨工业大学出版社. 1999 年[5] 潘新民王燕芳. 微型计算机控制技术. 电子工业出版 社. 2003 年[6] 李钟实. 实用电子报警器精选百例. 北京:科学技术文 献出版社.2002(4) [7] 陈爱第. Protel99 实用培训教程. 人民邮电出版社. 2000 [8] 阎石. 数字电子技术基础. 高等教育出版社. 1998(2) [9] 童诗白. 模拟电子技术基础. 高等教育出版社. 1998(4) 资料整理自互联网,版权归原作者! 欢迎访问 www.XinShiLi.net 新势力单片机、嵌入式 www.eehome.cn 电子工程师之家 资料整理自互联网,版权归原作者! 欢迎访问 www.XinShiLi.net 新势力单片机、嵌入式
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