红外遥控电子密码锁

湖南工业大学Hunan Industry 毕业实践类 别： 题 目： 红外遥控电子密码锁的设计 系 名 称： 专业及班级： 学生姓名： 学 号： 指导老师： 完成时间 2010 年 6月 28日 湖南工业职业技术学院 毕业实践任务书 系 名 称 ： 专业及班级 ： 学生姓名： 学 号 ： 毕业实践题目： 红外遥控电子密码锁 指 导 教 师： 教研室主任： 系 主 任： 2010 年 12月 28 日毕业实践课题及任务课题简介本系统为由51系列单片机实现的控制电路，具有按键指示，输入错误提示、密码有效指示，控制开锁、控制报警、遥控开锁等功能，可在意外泄密的情况下及时修改密码，具有保密性强、灵活性高，适用范围广，特别适合家庭、宾馆、私家车库等场所。功能有能实现本机键盘开锁，能实现遥控开锁，遥控距离810米，能有效保护用户密码，密码输入出错能立即报警。课题任务要求1系统采用51系列单片机控制。2画出该系统的硬件电路图，确定各种元器件的型号。3画出主程序流程图和各个子程序流程图，编写该系统的程序（用汇编语言编写）。4分别进行软件、硬件和系统调试。5按“毕业实践规范”，撰写毕业实践报告。进程安排暑 假: 根据课题要求，查阅相关资料、参考书，进一步加深对毕业实践课题的理解和认识；完成开题报告，并写出毕业实践的摘要及目录；第17周：根据课题要求，设计硬件电路，并写出工作原理；设计软件流程及编写程序，并对程序进行注释；第18周：进行硬件及软件安装、调试及软硬件联调；第19周：课题资料的整理、修改、完善、装订，并参加答辩。参考资料1、楼然苗.单片机课程设计指导.北京航空航天大学出版社，2007年.2、彭为.单片机典型系统设计.电子工业出版社，2006年.3、吴国经.单片机应用技术.中国电力出版社，2004年.4、戴佳.51单片机C语言应用程序设计实例精讲.电子工业出版社，2007年.5、朱清慧.PROTEUS教程.清华大学出版社，2008年.摘 要 红外电子密码锁是一种以高强度密码序列为基础，在单片机上实现的密码开关。它以红外光作为信息媒体，从而实现了遥控，也可以配备一个结构简单的接触式通讯接口，坚固并且防损。该锁具有使用方便、操作简单、价格低廉等特点，给人们的生活带来了极大方便。本文介绍由51系列单片机实现的控制电路，具有按键指示，输入错误提示、密码有效指示，控制开锁、控制报警、遥控开锁等功能，可在意外泄密的情况下及时修改密码，具有保密性强、灵活性高，适用范围广，特别适合家庭、宾馆、私家车库等场所。 该系统采用单片机8051作为本设计的核心元件，利用红外线遥控原理和单片机串行发射、接处等功能而设计的一款有本机开锁和遥控开锁的电子密码锁，遥控距离为810m。同时具有修改密码、加密和较强的抗干扰能力。当密码输入出错能立即报警，且能实现本机键盘开锁。设计电路主要由红外线编码电路、红外线解码开锁电路、声光提示报警电路、键盘及显示电路组成。系统能完成开锁、出错报警、超次锁定、修改用户密码等基本的密码锁的功能，并且能实现遥控、本机键盘开锁、声光提示等功能。关键字：单片机 红外线 遥控开锁 密码摘 要前 言1第1章 红外线概述21.1 红外线的概念21.1.1 红外线的物理性质21.1.2 红外线辐射源区分21.1.3 红外线的应用31.2 红外遥控基本原理51.2.1 红外遥控的应用范围51.2.2 红外遥控系统基本原理5第2章 8051单片机简介82.2 8051单片机引脚图82.3 8051芯片各引脚的功能9第3章 总体设计113.1 系统构成框图113.2 基本功能设计113.2.1 选择密码113.2.2 密码显示123.2.3 本机键开锁123.2.4 密码错误报警123.2.5 遥控开锁12第4章 遥控设计134.1 采用单片机串行通信原理134.1.1 串行通信基础134.1.2 串行通信中串行I/O和数据的实现144.1.3 串行口的选择及波特率的计算174.2 红外线遥控原理174.3 遥控发射电路设计18第5章 硬件电路的工作原理195.1 本机开锁的工作原理195.2 本机开锁电路的功能205.3 遥控开锁的工作原理205.4 红外发光二极管205.5 红外发光管的检测方法与正确使用21第6章 单片机程序设计23第7章 设计总结24附录 红外遥控电子密码锁程序26参考文献：355 前 言随着社会科技和人们的生活水平的提高，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。红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。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。红外线遥控电子密码锁是一种新型的现代化安全管理系统，它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，它涉及电子，机械，光学，计算机技术，通讯技术等诸多新技术。它是解决重要部门出入口实现安全防范管理的有效措施，适用各种场合，如银行、宾馆、机房、军械库、机要室、办公间、智能化小区、工厂、家庭等。 在数字技术网络技术飞速发展的今天，红外遥控电子密码锁技术得到了飞速的发展。它早已超越了单纯的门道及钥匙管理，逐渐发展成为一套完整的出入管理系统。它在工作环境安全、人事考勤管理等行政管理工作中发挥着巨大的作用。在该系统的基础上增加相应的辅助设备可以进行电梯控制、车辆进出控制，物业消防监控、餐饮收费、私家车库管理等，真正实现区域内一卡智能管理。目前国内外密码锁系统的主要方向的发展是：接触式密码锁系统，非接触式密码锁系统，智能识别密码锁系统，但是他们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。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信和遥控手段。1 第1章 红外线概述1.1 红外线的概念红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由英国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射,他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论：太阳光谱中，红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外线。也可以当作传输之媒界。 太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.751000m。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为0.751.50m之间；中红外线，波长为1.506.0m之间；远红外线，波长为6.0l000m 之间。 1.1.1 红外线的物理性质在光谱中波长自0.76至400微米的一段称为红外线，红外线是不可见光线。所有高于绝对零度（273）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。医用红外线可分为两类：近红外线与远红外线。近红外线或称短波红外线，波长0.761.5微米，穿入人体组织较深,约510毫米；远红外线或称长波红外线，波长1.5400微米，多被表层皮肤吸收，穿透组织深度小于2毫米。 红外线具有热效应，穿透云雾的能力强(波长较长,易于衍射)1.1.2 红外线辐射源区分红外线辐射源可分为4个部分1）白炽发光区（Actinic range）：或称“光化反应区”，由白炽物体产生的射线，自可见光域到红外域。如灯泡（钨丝灯，TUNGSTEN FILAMENT LAMP），太阳。2）热体辐射区（Hot-object range）：由非白炽物体产生的热射线，如电熨斗及其它的电热器等，平均温度约在400左右。 3）发热传导区（Calorific range）由滚沸的热水或热蒸汽管产生的热射线。平均温度低于200，此区域又称为“非光化反应区”（Non-actinic）。 4）温体辐射区（Warm range）：由人体、动物或地热等所产生的热射线，平均温度约为40左右。 站在照相与摄影技术的观点来看感光特性：光波的能量与感光材料的敏感度是造成感光最主要的因素。波长愈长，能量愈弱，即红外线的能量要比可见光低，比紫外线更低。但是高能量波所必须面对的另一个难题就是：能量愈高穿透力愈强，无法形成反射波使感光材料撷取影像，例如X光，就必须在被照物体的背后取像。因此，摄影术就必须往长波长的方向“近红外线”部份发展。以造影为目标的近红外线摄影术，随着化学与电子科技的进展，演化出下列三个方向： 1.近红外线底片：以波长700nm900nm的近红外线为主要感应范围，利用加入特殊染料的乳剂产生光化学反应，使此一波域的光变化转为化学变化形成影像。2.近红外线电子感光材料：以波长700nm2,000nm的近红外线为主要感应范围，它是利用以硅为主的化合物晶体产生光电反应，形成电子影像。3.中、远红外线热像感应材料：以波长3,000nm14,000nm的中红外线及远红外线为主要感应范围，利用特殊的感应器及冷却技术，形成电子影像。 1.1.3 红外线的应用红外线是一种光线，具有普通光的性质，可以以光速直线传播，强度可调，可以通过光学透镜聚焦，可以被不透明物体遮挡等等。特别制造的半导体发光二极管，可以发出特定波长（通常是近红外）的红外线，通过控制二极管的电流可以很方便地改变红外线的强度，达到调制的目的，因此，在现代电子工程应用中，红外线常常被用做近距离视线范围内的通讯载波，最典型的应用就是电视机的遥控器。使用红外线做信号载波的优点很多：成本低、传播范围和方向可以控制（不会穿过墙壁，对隔壁家的电视造成影响）、不产生电磁辐射干扰，也不受干扰等等。红外线是一种光线，但又不同于普通可见光，它不会被察觉。可以使用一对红外线发射与接收的装置，构成红外线的对射系统，称为主动式红外线应用系统。当红外线收、发装置之间的隐形光路被阻挡时，接收装置可以立即察觉到，发出警示信号。利用这种对射系统，可以很方便地构建各种隐蔽的防盗警戒布控，还可以用于各种设备的安全防护或者自动控制方面。可以使用非常微弱的红外光线，达到信号通讯的目的。由于红外线发光二极管的发光强度很容易被控制，因此通过简单的电路就可以产生出受特定频率调制的调幅红外光，这种具有特征的红外光线，即使非常微弱，也可以从环境杂射光中被识别并分离出来，达到很好的通讯效果，典型的应用领域有遥控、音频通讯、PC数据通讯等。红外线又是一种热辐射，任何一定温度的物体都会向外辐射，温度不同辐射光波（电磁波）的波长也不同，而常温下的热辐射通常就是红外线的波长范围。比如人体的正常体温为37度左右，其热辐射的波长约为10m，属于远红外线的范围，但体温变化时，辐射光的波长也会随之变化。根据这一原理，可以通过检测热辐射的光波长，测量温度（体温），这就是非接触式体温计的测量原理；也可以通过探测特定空间中，一定波长范围内红外光线的位置移动，识别空间范围内是否有移动人体存在，达到安全警戒或者自动控制的目的，如：被动式红外线入侵探测、自动门、自动水龙头、自动路灯、火灾探测等等，都是这一原理；还可以通过红外成像以及红外摄影的技术，构成夜视装置；医学检查中的乳腺扫描，也是利用了红外热辐射的基本原理，乳腺癌变部位的皮肤与正常部位皮肤的温度略有不同，通过红外线成像技术，呈现出整个乳房表面的温度分布图形，就可以早期发现乳腺癌变。红外线是一种电磁波，当它通过放射方式辐射到物体时，被物体吸收的辐射能传递给物体内的原子、分子等粒子，使这些粒子发生不规则运动，引起物体的升温作用，称为远红外线的一次效应，也称为增温效应。产生一次效应的同时，物体也随之发生其他的化学、物理等改变，这称之为物体吸收远红外线辐射后产生的二次效应，也称为继发效应。红外线对人体皮肤、皮下组织具有强烈的穿透力。外界红外线辐射人体产生的一次效应可以使皮肤和皮下组织的温度相应增高，促进血液的循环和新陈代谢，促进人的健康 。红外线理疗对组织产生的热作用、消炎作用及促进再生作用已为临床所肯定，通常治疗均采用对病变部位直接照射。近红外微量照射治疗对微循环的改善效果显著,尤以微血流状态改善明显。表现为辐照后毛细血管血流速度加快,红细胞聚集现象减少,乳头下静脉丛淤血现象减轻或消失,从而对改善机体组织、重要脏器的营养、代谢、修复及功能有积极作用。近年来，由于检测设备的完善及研究的深入，人们对红外线的物理性能及其生物学效应有了比较全面的认识，获得了许多进展。红外线特别是远红外线已被广泛运用在医疗保健产业中，与日常生活有关的各种红外线产品也大量出现。1.2 红外遥控基本原理红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波；红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成，它们将红外发射器发射雕红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器。发射机一般由指令键(或操作杆)、指令编码系统、调制电路、驱动电路、发射电路等几部分组成。当按下指令键或推动操作杆时，指令编码电路产生所需的指令编码信号，指令编码信号对载体进行调制，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经调制定指令编码信号。接收电路一般由接收电路、放大电路、调制电路、指令译码电路、驱动电路、执行电路(机构)等几部分组成。接收电路将发射器发出的已调制的编码指令信号接收下来，并进行放大后送解调电路，解调电路将已调制的指令编码信号解调出来，即还原为编码信号。指令译码器将编码指令信号进行译码，最后由驱动电路来驱动执行电路实现各种指令的操作控制（机构）。 1.2.1 红外遥控的应用范围由于红外线遥控不具有像无线电遥控那样穿过障碍物去控制被控对象的能力，所以，在设计家用电器的红外线遥控器时，不必要像无线电遥控器那样，每套(发射器和接收器)要有不同的遥控频率或编码(否则，就会隔墙控制或干扰邻居的家用电器)，所以同类产品的红外线遥控器，可以有相同的遥控频率或编码，而不会出现遥控信号“串门”的情况。这对于大批量生产以及在家用电器上普及红外线遥控提供了极大的方面。由于红外线为不可见光，因此对环境影响很小，再由红外光波动波长远小于无线电波的波长，所以红外线遥控不会影响其他家用电器，也不会影响临近的无线电设备。1.2.2 红外遥控系统基本原理1红外遥控系统 通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成。应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图1-1所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。 图1-1 红外线遥控系统框图 2遥控发射器及其编码 遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式可以分成两大类，这里我们以运用比较广泛，解码比较容易的一类来加以说明，现以日本NEC的uPD6121G组成发射电路为例说明编码原理（一般家庭用的DVD、VCD、音响都使用这种编码方式）。当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。这种遥控码具有以下特征： 采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.56ms、间隔0.565ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.56ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”，其波形如图1-2所示。 图1-2 遥控码的“0”和“1” （注：所有波形为接收端的与发射相反） 上述“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射，如图1-3所示。 图1-3 遥控信号编码波形图 UPD6121G产生的遥控编码是连续的32位二进制码组，其中前16位为用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同机种遥控码互相干扰。该芯片的用户识别码固定为十六进制01H；后16位为8位操作码（功能码）及其反码。UPD6121G最多额128种不同组合的编码。 遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种32位二进制码，周期约为108ms。一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0”和“1”的个数不同而不同，大约在4563ms之间，图1-4为发射波形图。 图1-4 遥控连发信号波形 当一个键按下超过36ms，振荡器使芯片激活，将发射一组108ms的编码脉冲,这108ms发射代码由一个引导码（9ms）,一个结果码（4.5ms）,低8位地址码（9ms18ms）,高8位地址码（9ms18ms）,8位数据码（9ms18ms）和这8位数据的反码（9ms18ms）组成。如果键按下超过108ms仍未松开，接下来发射的代码（连发码）将仅由起始码（9ms）和结束码（2.25ms）组成。 图1-5引导码 图1-6 连接码3 遥控信号接收 接收电路可以使用一种集红外线接收和放大于一体的一体化红外线接收器，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。接收器对外只有3个引脚：Out、GND、Vcc与单片机接口非常方便，如图1-7所示。 图1- 7 接收器1脉冲信号输出接，直接接单片机的IO口； 2GND接系统的地线（0V）； 3VCC接系统的电源正极（+5V）。第2章 8051单片机简介2.1 单片机概述单片微型计算机（Single-chip Microcomputer）简称单片机，它是把中央处理单元CPU、随机存储存储器RAM、定时器/计数器和I/O接口电路等主要的几个计算机部件集中在一块集成电路芯片上的微型计算机。MCS51是指由美国INTEL公司（对了，就是大名鼎鼎的INTEL）生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机，而8031是前些年在我国最流行的单片机，所以很多场合会看到8031的名称。INTEL公司将MCS51的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求，其中89C51就是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产的。2.2 8051单片机引脚图 图2-1 8051芯片引脚图2.3 8051芯片各引脚的功能40个引脚按引脚功能大致可分为4个种类：电源、时钟、控制和I/O引脚。1. 电源: VCC (40脚)芯片电源，接+5V； VSS - （20脚）接地端；注：用万用表测试单片机引脚电流一般为0v或者5v，这是标准的TTL电平，但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介于0v-5v之间，其实这之是万用表反映没这么快而已，在某一个瞬间单片机引脚电流还是保持在0v或者5v的。 时钟: XTAL1（19脚）、XTAL2（18脚） - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 控制线:控制线共有4根， ALE/PROG（30脚）:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 PSEN（29脚）:外ROM读选通信号。 RST/VPD（9脚）:复位/备用电源。 RST（Reset）功能：复位信号输入端。 VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。 EA/Vpp（31脚）:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功能：内外ROM选择端。 Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。 I/O线8051共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P0口（39脚至32脚）：是双向8位三态I/O口，在外接存储器时，与地址总线的低8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动8个LS型的TTL负载。 P1口（1脚至8脚）：是准双向8位I/O口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。P1口能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。对8052、8032，P1.0引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入，P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发，即T2的外部控制端。对EPROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。 P2口（21脚至28脚）：是准双向8位I/O口。在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。在对EPROM编程和程序验证期间，它接收高8位地址。P2可以驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。 P3口（10脚至17脚）：是准双向8位I/O口，在MCS-51中，这8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。P3能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。 作为第一功能使用时，就作为普通I/O口用，功能和操作方法与P1口相同。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。P3口第二功能：P3.0 /RXD 串行输入口 P3.1/TXD 串行输出口P3.2 /INT0外部中断0（低电平有效） P3.3/INT1 外部中断1（低电平有效） P3.4 /T0 定时计数器0 P3.5/T1 定时计数器1 P3.6/ WR 外部数据存储器写选通（低电平有效）P3.7 /RD 外部数据存储器读选通（低电平有效）第3章 总体设计3.1 系统构成框图本系统采用单片机8051作为本设计的核心元件，利用红外线遥控原理和单片机串行发射、接处等功能而设计的一款有本机开锁和遥控开锁的电子密码锁，遥控距离为810m。同时具有修改密码、加密和较强的抗干扰能力。当密码输入出错能立即报警，且能实现本机键盘开锁。系统的组成框图见图3-1.8051CPU红外接收头头红外发射器键 盘LED显示报警器复 位电磁锁晶 振图3-1 红外遥控电子密码锁的基本结构3.2 基本功能设计遥控密码锁的基本设计主要分为如下五个部分。3.2.1 选择密码 将编好的密码程序存储在EPROM中，用户通过密码选择键-8051中的P1.5口上的按键进行选择，具体操作过程如下：首先按一下P1.5口上按键,然后再逐渐输入号码,最后按”#”号确信即可.比如现在用户要是选择了57618这组数字作为密码,则用户只有首先按一下P1.5上的按键,接着在本机键盘上一一输入5、7、6、1、8、之后再按“#”号键即表示密码被设置好了，那么下次用户只要键入这组数据即可开锁。本设计中我们编入了两密码即：57618和81675。当然我们还可根据需要在EPROM中存入更多的密码，供用户选择。3.2.2 密码显示为了帮助用户确信是否有键按下，我们特在电路中设置了模拟显示电路；而为了防止密码外泄；显示时，并不是显示用户按下的数字符号-而是以发光二极管的亮灭来提醒用户是否有键按下。有键按下，发光二极管亮0.5秒，没有键按下，发光二极管灭。这样既巧妙地提醒了用户又保护了用户密码，此本设计可靠性优点之一。3.2.3 本机键开锁 当用户键入正确密码后，再按确认键-“#”号，便会自动开锁。但用户键入密码时应注意：数字与数字之间的间隔时间为3秒，例如密码为57618，当键入第一个数字5后应在3秒内键入第二个数字7，否则，就会视为无效。如果键入完密码后不按“#”号，系统会当做放弃开锁处理。3.2.4 密码错误报警 当用户键入错误密码时，系统就会报警，由扬声器发出5秒报警声。当连续三次出现密码错误时，则系统会长期报警不止。这时必须按复位方可停止。乃安全可靠性能之一。3.2.5 遥控开锁当此锁用于私家车库或仓库时，用户可以不上车，只要手执遥控器，键入正确密码，便会自动开锁；如果密码错误，同样也会报警。这是本设计优越性能之三。第4章 遥控设计4.1 采用单片机串行通信原理4.1.1 串行通信基础在实际工作中，CPU与其外部设备之间常常要进行信息的交换，一台计算机与其他的计算机之间有时也要交换信息，所有这些信息交换均可称为“通信”。通信的基本方式可分为并行通信和串行通信两种，本设计选取串行通信，如图4-1所示为串行通信的示意图。而按照串行数据的传输方式，串行通信可分为异步传送和同步传送两类，本设计选取异步传送方式，如图4-2所示为异步通信的字符帧格式。 图4-1 串行通信的示意图第n个字符第n+1个字符起始位停止位停止位起始位8位数据奇偶校验数据0/10/10/10/10/10/10/10/10/10/10/100110/10/1 图4-2 异步通信的字符帧格式 由图4-2可见，异步传输方式中的每个字符由4个部分组成：起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。一个字符由起始位开始，停止位结束。这4个部分组成异步传输中的一帧，即异步传输以帧为单位进行。 l 起始位：起始位为0信号，占用一位，用来通知接收设备的字符帧开始来到。线路上在不传送字符时，应保持为1。接收端不断检测线路的状态， 若连续为1以后又侧到一个0，就知道是发来一个新的字符帧，马上应准备接收。字符帧的起始位还被用来同步接收端的时钟以保证以后的接收正确进行。l 数据位：起始位后面紧接着的就是数据位，它可以是5位、6位、7位或8位，由于串行通信的代价是与数据的位数成比例，所以要根据需要来确定数据的位数，本设计取8位数据，即一帧数据传11位数据，其中一位起始位，8位数据位，一位奇偶校验位，一位停止位。发送时，总是最低位先传送。l 奇偶校验位：位于数据之后，只占有一位。奇偶校验位在信息发送中用处很大，它可以用来检验信息传送过程中是否有错。它的状态长由发送端的奇偶校验电路自动根据发送字符中“1”的个数来确定。本设计采用奇偶校验，即咋传输信息中，若“1”的个数为奇数，则奇偶校验位为0，若“1”的个数为偶数，则奇偶校验位为1。l 停止位：用来表征一个字符的结束，高电位有效。接收端收到停止位时，就表明这一字符帧已接收完毕，同时，也为接收下一个字符帧做好准备只要收到0就是新的字符帧的起始位。4.1.2 串行通信中串行I/O和数据的实现数据的串行转换通常都是用硬件手段 一种称为通用异步接收器/发送器UART来实现的。UART的硬件结构如图4-3所示。 图4-3 硬件UART逻辑框图硬件UART由3部分组成：接收部分，发送部分和控制部分，它既能进行到串行的转换，又能进行串行到并行的转换。同时接收和发送都具有双缓冲结构。（1）接收部分接收时，由RXD送来的串行数据先进入接收移位寄存器，变成并行数据后传送给接收数据缓冲器，在控制信号的作用下并行数据通过数据总线送给CPU。接收的关键问题是如何实现接收字符信息的再同步。在UART处于工作状态时，接收部分始终检测着RXD线，一旦发现线路上出现低电平信号，便开始一个字符数据的同步过程。UART使用外部时钟CLOCK来同步接收的字符，外部时钟周期Tc和数据Td之间的关系为： Tc = Td /K ( K=16或64)若K=16，意味着在每一个时钟脉冲的上升沿采样RXD线，若发现低电平，再连续采样8次（一个CLOCK采样一次），如果都是“0”便确认起始位开始，这样便从第9个CLOCK开始，每隔16个时钟周期采样一次数据线作为输入数据位。接收部分在对奇偶校验位和停止位进行了处理，有效的字符数据被装入接收数据缓冲器，如图5-4所示。（2）发送部分UART的发射过程由发送数据缓冲器接收CPU送来的并行数据，然后并行送至发送移位寄存器，并在发送时钟和发送控制电路控制下通过TXD线一位一位的发送出去。起始位，停止位是由UART在发送时自动添加上去的。UART发送完一帧后产生中断请求，CPU相应后可以吧下一个字符送到发送数据缓冲器，重复上述过程。 图4-4 接收数据的字符同步过程（3）控制部分UART在发送时，电路自动检测发送字符位中“1”的个数，并在奇偶校验上添加“1”或“0”，使得“1”的总数（包括奇偶校验位）为偶数（奇校验时为奇数），如图4-5（a）所示。UART在接收时，电路对字符和奇偶校验位中的“1”的个数加以检测，如“1”的个数为偶数（奇校验时为奇数），则表明数据传输正确：如“1”的个数为奇（奇校验时为偶数）则表明数据在传输过程中出现错误，如图4-5（b）所示。 （a） （b） 图 4-5 收发两端的奇偶校验电路4.1.3 串行口的选择及波特率的计算（1）MCS-51单片机串行接口的工作方式有4种，由SCON中的SM0,SM1定义，编码及功能如表4-1所示，本设计选择串行口工作方式3. 表4-1 串行口工作方式SM0 SM10 00 11 01 1工作方式方式0方式1方式2方式3说明移位寄存器8位UART9位UART9位UART波特率由定时器控制由定时器控制fOSC/32或 fOSC/64fOSC/12（2）波特率的设置当串行口工作在方式3时，波特率由下式确定，即（5.1）其中，fOSC选12，T1的初值为0F4H,SMOD=0,则式（5-1）为 （5.2） 4.2 红外线遥控原理 红外线发射/接收控制电路均采用8051单片机来实现，电路简单，输出控制方式可选择，实用性强。具体工作过程如下： 发射时：如图4-6， 首先，将从串行发射口P3.1送出的数据反馈到P1.1口时行内部调制,再从P1.2口送出,再经过红外发射二极管发射出去,发射距离为10m 接收时:如图5-1，采用与发射击队配套的红外接收头,将发射出的数据接收后送到串行口P3.0中,再由系统进行确认接收数据是否与发送数据是否相符,相符则开锁,以发光二极管D2亮来表示，不相符则放弃，以发光二极管灭来表示。4.3 遥控发射电路设计 遥控发射电路利用了通用的红外发射管,如图4-6所示 图4-6 遥控发射电路第5章 硬件电路的工作原理5.1 本机开锁的工作原理 本机键开锁电路如图5-1所示,8051作为本电路的核心,P0口与P1.0 P1.1 P1.2外接本机键盘,P3.0口外接爱控接收头,P1.3口外接报警信号放大器,用来放大报警信号,驱动扬声器,P1.7口外接开锁电磁驱动电路,P1.5外接密码选择键,EPROM内存有两密码,P2.0口用发光二极管显示按键是否按下,本电路由遥控发射击队器、接收器、键盘、显示器组成，本机采用了10个按键，作为密码输入键，同时也采用了遥控器开锁。图5-1 本机键开锁电路图5.2 本机开锁电路的功能1)当没有接收到遥控信号时，这时由键盘输入密码，当5位有效密码输入正确时按“#”号确认，P1.7口输出高电平使电磁锁动作,完成开锁,同时,电路进入延时状态,延时5秒钟后,电路将自动恢复到初始闭锁状态。2)当5位有效密码输入正确,但没有按”#”号键确认时,这时电路将自动放弃,恢复到初始和闭锁状态.3)在输入5位有效密码时,必须按照先后序输入,如顺序错误或密码不对时,这时若不按”#”号确认,将无法开锁,并同时发出5秒钟的报警信号,用以提醒用户.4)若连续3次输入错误,系统会长时间报警,这时必须按复位键恢复到初始化状态.5)输入密码时,首位密码正确输入后,电路将开始自动计时,每位密码数之间的输入间隔应在3秒内.否则将输入超时处理,系统自动放弃,恢复到初始状态.5.3 遥控开锁的工作原理 当选择遥控开锁时，本机键便会被封锁。这时，用户手执遥控器按下图4-6中8051上的P1.0口上的按键时，便有数字从8051 的P1.2口发出，发送的过程如下:先将从P3.0送出5FH，然后将5FH反馈到P1.1口进行内部调制，调制的规则是”0”电平调制，”1”电平不调制，最后将调好的数据从P1.2口通过红外发光二极管以波长为940mm的红外光发出红外遥控信号。然后，在本机控制电路中的8051的P3.0口接有与红外发光二极管配套的接收头，将接收的光信号转换成电信号数据。最后，通过系统与内部原先设置的数据进行比较确认，如果一致便可开锁，如果不一致放弃开锁。5.4 红外发光二极管常用的红外发光二极管（如SE303.PH303)，其外形和发光二极管LED相似，发出红外光。管压降约1.4v，工作电流一般小于20mA。为了适应不同的工作电压，回路中常常串有限流电阻。本设计中采用的PH303型号的红外发光二极管。发射红外线去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。为了增加红外线的控制距离，红外发光二极管工作于脉冲状态，因为脉动光（调制光）的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提高峰值Ip，就能增加红外光的发射距离。提高Ip的方法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度T，一些彩电红外遥控器，其红外发光管的工作脉冲占空比约为1/3-1/4；一些电器产品红外遥控器，其占空比是1/10。减小脉冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。常见的红外发光二极管，其功率分为小功率(1mW-10mW)、中功率（20mW-50mW)和大功率（50mW-100mW以上)三大类。要使红外发光二极管产生调制光，只需在驱动管上加上一定频率的脉冲电压。 用红外发光二极管发射红外线去控制受控装置时，受控装置中均有相应的红外光一电转换元件，如红外接收二极管，光电三极管等。实用中已有红外发射和接收配对的二级管。红外线发射与接收的方式有两种，其一是直射式，其二是反射式。直射式指发光管和接收管相对安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离；反射式指发光管与接收管并列一起，平时接收管始终无光照，只在发光管发出的红外光线遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外光线才工作。双管红外发射电路，可提高发射功率，增加红外发射的作用距离。5.5 红外发光管的检测方法与正确使用管子的极性不能搞错，通常较长的引脚为正极，另一脚为负极。如果从引脚长度上无法辨识（比如已剪短引脚的），可以通过测量其正反向电阻确定之。测得正向电阻较小时，黑表笔所接的引脚即为正极。 通过测量红外发光二极管的正反向电阻，还可以在很大程度上推测其性能的优劣。以500型万用表R1k档为例，如果测得正向电阻值大于20k，就存在老化的嫌疑；如果接近于零，则应报废。如果反向电阻只有数千欧姆，甚至接近于零，则管子必坏无疑；它的反向电阻愈大，表明其漏电流愈小，质量愈佳。l 红外线对管的判断方法人们习惯把红外线发射管和红外线接收管称为红外对管。红外对管的外形与普通圆形的发光二极管类似。初接触红外对管者，较难区分发射管和接收管。1.用三用表测量识别可用500型或其他型号指针式三用表的Rxlk电阻挡，测量红外对管的极间电阻，以判别红外对管。判据一：在红外对管的端部不受光线照射的条件下调换表笔测量，发射管的正向电阻小，反向电阻大，且黑表笔接正极(长引脚)时， 电阻小的(1k20k)是发射管。正反向电阻都很大的是接收管。判据二：黑表笔接负极(短引脚)时电阻大的是发射管，电阻小并且三用表指针随着光线强弱变化时，指针摆动的是接收管。注：（1）黑表笔接正极，红表笔接负极时测量正向电阻。（2）电阻大是指三用表指针基本不动。2.通电试验方法判别用一只发光二极管和只电阻与被测的对管串联，电阻起限流作用，阻值取220欧510欧。LED发光二极管用来显示被测红外管的工作状态。用遥控器(电视机遥控器等)对着被测管按下遥控器的任意键，LED亮时，被测管是红外接收管。不亮则是红外发射管。l 红外发光二极管的使用测量红外发光二极管在发射器电路上的工作电压和工作电流，可以简便地判定其工作状态如何。测量管子两端的工作电压时，静态下（即没有按键按下时）通常为零，而动态下（即按下某一按键时）将跳变为一个较小的电压值，因遥控系统的编码方式、驱动电路的结构以及工作电源电压的不同，该电压值通常在0.070.4V之间，而且表笔还应微微颤抖。当使用数字式万用表测量时，其测量值将普遍高于指针式万用表测得的数值，通常在0.10.8V之间。如果出现静态时表针颤抖而动态时不抖、静态下和动态下都颤抖、静态下和动态下均不颤抖，以及动态电压与静态电压无明显差别等现象，可判定红外发光二极管工作异常，倘若驱动放大电路正常，则多为红外发光二极管损坏。红外发光二极管应保持清洁、完好状态，尤其是其前端的球面形发射部分既不能存在脏垢之类的污染物，更不能受到摩擦损伤，否则，从管芯发出的红外光将产生反射及散射现象，直接影响到红外光的传播，轻者可能降低遥控的灵敏度，缩减控制距离，重者可能产生失灵，甚至遥控失效。红外发光二极管在工作过程中其各项参数均不得超过极限值，因此在代换选型时应当注意原装管子的型号和参数，不可随意更换。另外，也不可任意变更红外发光二极管的限流电阻。由于红外光波长的范围相当宽，故红外发光二极管必须与红外接收二极管配对使用，否则将影响遥控的灵敏度，甚至造成失控。因此在代换选型时，要务必关注其所辐射红外光信号的波长参数。红外发光二极管封装材料的硬度较低，它的耐高温性能更差，为避免损坏，焊点应当昼远离引脚的根部，焊接温度也不能太高，焊接时间更不宜过长，最好用金属镊子夹住引脚的根部，以帮助散热。引脚弯折开关的定型应当在焊接之前完成，焊接期间管体与引脚均不得受力。第6章 单片机程序设计软件结构 串行口初始化开始发射键按送数据到CPU串行口数据送完返回开始串行口初始化接收数据数据是否接完接收数据正确进入开锁程序不处理返回主程序 图 6-1 遥控发射程序框图 图6-2 遥控接收程序框图第7章 设计总结2009年3月，我开始了毕业课题的编写工作，时至今日，课题已基本完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个编写过程让我受益匪浅。回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次毕业设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。3月初，在与导师的交流讨论中我的题目定了下来，即：红外遥控电子密码锁的设计，在确定了设计题目后，我便开始根据课题要求，查阅相关理论书籍，进一步加深对课题的理解和认识。因为自己知识体系的不完善，很多东西我都必须去查资料，在刚开始面对浩瀚的书海及丰富的网络资源时真是有些茫然。当遇到这些问题后我通过与同组同学的交流，并且我们分工合作终于使我对自己现在的工作方向和方法有了掌握。通过上网和图书馆查阅资料，参考国外电子元器件出版 、曾泽昭编写的红外遥控电子密码锁应用研究，电子工业出版社出版 、彭为编写的单片机典型系统设计等资料，与指导老师和同学的讨论，我初步了解了本课题单片机技术、红外遥控技术、汇编语言及报警控制等相关知识。资料查找完毕后，我开始着手课题的设计，在设计过程中遇到困难就及时和导师联系，并和同学互相交流、请教专业课老师。在大家的帮助下，困难一个一个解决掉，设计也慢慢成型。4月底，论文的文字叙述已经完成。5月开始进行相关图形的绘制工作和电路的设计工作。为了画出自己满意的电路图，图表等，我仔细学习了Word、Excel和Protel99绘图软件。在设计电路初期，由于没有设计经验，觉得无从下手，经过导师的指导，我的设计渐渐有了头绪，通过查阅资料，逐渐确立系统方案。该系统采用单片机MCS-8051作为本设计的核心元件，利用红外线遥控原理和单片机串行发射、接处等功能而设计的一款有本机开锁和遥控开锁的电子密码锁，遥控距离为810m。同时具有修改密码、加密和较强的抗干扰能力。当密码输入出错能立即报警，且能实现本机键盘开锁。设计电路主要由红外线编码电路、红外线解码开锁电路、声光提示报警电路、键盘及显示电路组成。系统能完成开锁、出错报警、超次锁定、修改用户密码等基本的密码锁的功能，并且能实现遥控、本机键盘开锁、声光提示等功能。 当我终于完成了所有打字、绘图、排版、校对的任务后整个人都很累，但同时看着电脑荧屏上的毕业设计稿件我的心里是甜的，我觉得这一切都值了。脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。想想这次设计从最初想的选题，开题到着手设计、绘图直到完成设计。其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实，同时毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对电子元器件的不了解等等。这次实践是对自己所学的一次大检阅，使我明白自己的知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，努力使自己 成为一个对社会有所贡献的人。在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。 在此更要感谢我的导师和专业老师，是你们的细心指导和关怀，使我能够顺利的完成毕业论文。在我的学业和论文的研究工作中无不倾注着老师们辛勤的汗水和心血。老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。附录 红外遥控电子密码锁程序ORG 0000H ；主程序CLR P1.7 ；清零MOV RO， #OOHCLR P1.3 ；关报警CLR P1.7 ；P1.7清零CLR P1.4 ；关报警MOV RO, #OOH ；串行口初始化MOV 52H，#02H ；将立即数02H送52HMOV TMOD，#20H ；设置T1工作