红外遥控电子密码锁开题报告.doc

论文(设计)名称红外遥控电子密码锁论文（设计） 来源论文（设计）类型设计指导教师学生姓名学号班级201X 级一、设计的目的和意义： 电子技术的飞速发展，给古老的锁具生产带来了巨大的变革，现代的电子技术与机械技术相结合，产生了一大批如声控锁、磁控锁、密码锁、遥控锁，指纹锁等先进的锁具1。无线遥控方式可分为无线电波式、声控式、超声波式和红外线式2。由于无线电式容易对其它电视机和无线电通讯设备造成干扰，而且，系统本身的抗干扰性能也很差，误动作多，所以未能大量使用。超声波式频带较窄，易受噪声干扰，系统抗干扰能力差以及声控式识别正确率低3，难度大而未能大量采用。红外遥控方式是以红外线作为载体来传送控制信息的，同时随着电子技术的发展，单片机的出现，催生了数字编码方式的红外遥控系统的快速发展。另外，红外遥控具有很多的优点，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4；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。所以现在很多无线遥控方式都采用红外遥控方式。当今红外技术的一个重要分支是红外通信技术的应用，这个应用的发展非常迅速，尤其是红外通信应用于计算机设备中，近几年的发展已经表现出其非常成熟的特性。因此，加大对红外线遥控系统的研究，是符合实际要求的5。单片机因其高可靠性和高性价比，在智能化家用电器、仪器仪表等诸多领域内得到了极为广泛的应用。当前单片机对家用电器控制呈现出外型简单化、功能多样化、性能优越化的发展趋向。红外遥控是目前使用较多的一种遥控手段6。红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点。在家庭生活中，录音机、音响设备、空调彩电都采用了红外遥控系统。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信和遥控手段7。 二、设计的现状和发展趋势：1、国内现状与发展趋势目前大部分的家庭用锁采用的都是机械式的，一种钥匙对应一把锁，但钥匙可复制，这无疑给人们的安全带来极大威胁。另外，其最大的缺点是利用简单工具就能很容易地把锁撬开。加深了人们的安全隐患。针对这种情况，红外遥控密码锁，遥控器型号很常见，应用及为广泛，若突然摔坏或丢失即可到商店购买。设计可采用的存储器可防止断电数据丢失，因此更换遥控器或在整个电路断电又重启的情况下密码仍为先前设定值，具有很好的保密性。由于数字、字符、图形图像、人体生物特征和时间等要素均可成为钥匙的电子信息，组合使用这些信息能够使电子防盗锁获得高度的保密性，如防范森严的金库，需要使用复合信息密码的电子防盗锁8，组合使用信息也能够使电子防盗锁获得无穷扩展的可能，使产品多样化，对用户而言是“千挑百选、自得其所”。可以看出组合使用电子信息是电子密码锁以后发展的趋势。2、国外现状与发展趋势当今智能电子密码锁发展已经到了非常高的境界，由于电子元件特别是单片机应用在这几年得到空前发展，无论功能性，稳定性都比较全面，在保密方面已做到人眼识别，指纹识别，人声识别基本上电影上有的现实也有。在国外发展比较早，所以应用也比较广泛，主要在家庭装较贵重地方，银行，保险柜等应用较多，在国内这方面发展也较快，不管自己开发或是引进都有，在重要地方应用也较多，由于价钱比普通弹子锁较贵，早几年应用较少，现在越来越普及到平常化，未来的发展也会越来越被大众采用，由于它的功能、安全是弹子锁无法相比的。发展前境是非常大的。出于安全、方便等方面的需要许多电子密码锁已相继问世。但这类产品的特点是针对特定有效卡、指纹或声音有效，且不能实现远程控制，只能适用于保密要求高且供个人使用的箱、柜、房间等。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。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。三、主要研究或设计内容，需要解决的关键问题和思路：1、设计内容：（1）收集资料购买元件（2）硬件设计与焊接（3）软件设计（4）系统调试与检测（5）实物调试与检测2、重点与难点（1）能利用单片机实现红外通信（2）红外遥控能发射和接收红外信号并识别达到解锁的目的。3、拟采用的研究手段 （1）系统设计：红外遥控电子密码锁，首先是要能够实现红外通信，就是用单片机产生一个红外一体接收头能够识别的信号，这个要求能够使用单片机产生进行红外一体头锁遵循的红外通信协议的信号，38khz的频率信号是这个设计的一个重要的信号，必须使用单片机进行准确的定时并进行脉宽调制，实现精确的信号的产生，因此这个必须使用更加精确的定时器，并且实现数字电平1和数字电平0的信号，这些都需要使用单片机进行精确的定时。在实现红外通信后，我们需要对输入的密码进行保存和删除，确保我们用户输入的密码能够长久和准确的保存，这里可以采用EEPROM芯片进行对密码的保存，采用矩阵键盘进行密码的输入和更改，很方便的使用户更加快的使用这个设备，从而实现我们最终的功能。在显示方面，可视化是我们必须实现的要求，所以这里采用1602液晶进行显示并且能够显示密码的输入和成功与否的信息。（2）硬件设计：（2.1）主控芯片的选择本次设计的主控芯片选择为STC89C52。STC89C52是一种低功耗高性CMOS 8位微控制器，具有8K的系统可编程Flash存储器，使用高密度非易失性存储器技术制造，与80C51产品指令和引脚完全兼容片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器，再单芯片上，拥有灵巧的8位cpu和在线系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活。（2.2）红外发射和接收器选择 在这个红外遥控电子密码锁的设计当中，我们可以使用现成的红外发射器，这种红外发射器信号稳定，并且低功耗，是个不错的选择，但是我们可以为了锻炼我们的能力，使用单片机进行一个相当稳定的红外发射器，利用的是单片机和红外发射管，就可以构成一个不错红外发射器。接收器采用红外一体接收头和单片机构成。4、方案的选择（1）主控系统根据设计要求，我认为此设计属于多输入量的复杂程序控制问题。据此，拟定了以下两种方案并进行了综合的比较论证，具体如下：方案一：选用一片CPLD（如EPM7128LC84-15）作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。CPLD具有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点，可利用VHDL语言进行编写开发。但CPLD在控制上较单片机有较大的劣势。同时，CPLD的处理速度非常快，而小车的行进速度不可能太高，那么对系统处理信息的要求也就不会太高，在这一点上，MCU就已经可以胜任了。若采用该方案，必将在控制上遇到许许多多不必要增加的难题。为此，我们不采用该种方案，进而提出了第二种设想。方案二：采用单片机作为整个系统的核心，用其控制单片机进行红外信号的发射和接收，以实现其既定的性能指标。充分分析我们的系统，其关键在于实现红外信号的生成，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。因此，这种方案是一种较为理想的方案。针对本设计特点多开关量输入的复杂程序控制系统，需要擅长处理多开关量的标准单片机，而不能用精简I/O口和程序存储器的小体积单片机，D/A、A/D功能也不必选用。根据这些分析,我选定了P89C51RA单片机作为本设计的主控装置，51单片机具有功能强大的位操作指令，I/O口均可按位寻址，程序空间多达8K，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是51单片机价格非常低廉。在综合考虑了红外发射和接收等诸多因素后，我们决定采用两片单片机，充分利用STC89C52单片机的资源。（2） 红外信号发射模块方案一：采用现成的红外遥控发射器，这中红外发射器的载波频率是38khz，采用3V纽扣电池，尺寸适中，遥控传输范围是8-10米，有效寿命在2万次以上，性能相当稳定，是个不错的选择。方案二：采用单片机和红外发射极构成的红外发射器，虽然成本更高，制作难度更大，但是我们要以一种追求更好和更卓越的学习态度去完成这个设计，采用单片机程序设计出合适的红外发射器，因此这个具有很大的挑战性。我们为了更好的完成这个设计，更加明白红外传输的原理。因此决定采用自制的单片机红外发射器。（3）接收模块方案一：采用红外接收头和信号处理电路，再加上单片机进行红外信号的解调，这样的方案可以实现单片机红外通信的接收部分，但是设计难度大，并且不稳定，因此我们不采用这个设计。方案二： 采用红外接收一体头，这个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，限幅器，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。通过比较，我选取第二种方案来实现红外信号的接收。（4）显示系统方案一：采用数码管进行红外遥控电子密码锁的显示，可以使得用户进行密码的设计和删除，并且显示设置状态，但是数码管虽然成本低廉，但是所需单片机I/O口并不少，并且能显示的信息非常有限，因此这个方案不被我们采用。方案二：采用1602液晶显示屏，这个类型的液晶大量使用在工业上，性能相当稳定可靠，成本也不高，能显示的信息比较多，操作简单，是个不错的选择。通过比较，我们选择方案二。（5）电源模块方案一：采用实验室有线电源通过稳压芯片供电，其优点是可稳定的提供5V电压，但占用资源过大。方案二：采用8支1.5V电池双电源分别给单片机与电机供电可解决方案二的问题且能让小车完成其功能。方案三： 采用USB线供电，目前电器大量使用USB接口，可以使用充电宝进行供电。所以，我选择了方案三来实现供电四、完成毕业论文（设计）所必须具备的工作条件及解决的办法：搜集相关题材的文献资料及参考资料，通过材料进行分析、进行消解，整理材料，更多是与指导老师多沟通；交流意见。结合课题的题材完成，以能说明自己的观念为史料的相关证据。五、工作的主要阶段、进度与时间安排：1、寒假：收集相关题材的文献、参考资料，完成开题报告2、3月-4月上旬：构思毕业设计及编写软件3、4月上旬-4月中旬：撰写论文初稿4、4月下旬：初稿审核，修改，完成终稿5、5月上旬-5月中旬：论文评审，定稿6、5月下旬：准备论文答辩7、最后成绩上报及归档六、阅读的主要参考文献及资料名称：1中国标准化委员会.红外传输的应用及系统间干扰的防护或控制的指南， 社中国质检出版社，2014，pp32 谭秋林.红外光学气体传感器及检测系统M,机械工业出版社 2004,pp78-863 张小超.吴静珠，徐云，近红外光谱分析技术及其在现代农业中的应用M，电子工业出版社，2012 ,pp66-744美Bernard Bendow Journal of Electronic Materials,Optical properties of infrared transmitting materials,2004 ,p25美M.M. El-Hawary, R.El-Mallawany, A.M. Abousehly ,H.H. Hegazy Infrared Physics and Technology, Infrared transmission of chalcohalide glasses in the GeSeTeI system,2012 ,p46聂诗良，李磊民.采用单片机发送并接收红外遥控信号的方法J，信息技术第二十八期,2004，pp21 7施新华.利用单片机实现的红外遥控技术J，上海电机学院学报第三期，2006，pp69-71. 8莫熙乐.51 单片机红外收发器设计D，北京理工大学出版社，2010，pp69王宽仁.可靠安全的智能密码锁J，电子技术应用论文集，2001，pp1810董继成.能防止多次试探密码的单片机密码锁J，国外电子元器件论文集，2004，pp311张文祥,李志军,张子红.单片机系统设计与开发教程M，北京电子工业出版社，2011，pp1612彭为,黄科,雷道仲.单片机典型系统设计实例精讲M，北京电子工业出版社，2006，pp2513李芳,高焕之,贺秀.红外遥控电子密码锁的设计与实现J，北京电子设计论文集，2008，pp5指导师意见和建议：指导教师（签字）： 年 月 日