基于A(yíng)T89C51的紅外遙控密碼鎖系統的設計方案

1.引言

目前國內外密碼鎖系統的主要發(fā)展方向是：接觸式密碼鎖系統、非接觸式密碼鎖系統、智能識別密碼鎖系統;但是他們都相應的存在著(zhù)不同的缺點(diǎn)。紅外遙控密碼鎖系統的成本與接觸式密碼鎖系統相當，而且可以進(jìn)行近距離遙控，使用十分方便。采用數字信號編碼和二次調制方式，不僅可以實(shí)現多路信息的控制，增加遙控功能，提高信號傳輸的抗干擾性，減少誤動(dòng)作，而且功率消耗低;紅外線(xiàn)不會(huì )向室外泄露，不會(huì )產(chǎn)生信號串擾;反應速度快、傳輸效率高、工作穩定可靠等。工業(yè)設備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線(xiàn)遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾。所以紅外線(xiàn)遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。

為此本方案設計由紅外接收頭HS0038(紅外接收頻率為38khz)和AT89C51控制的接收部分構成;由紅外發(fā)光二極管和AT89C51控制的發(fā)射部分來(lái)完成密碼的發(fā)送過(guò)程。設計中使用電磁繼電器來(lái)代替所的功能，并且有兩個(gè)LED燈來(lái)對系統的按鍵和開(kāi)鎖進(jìn)行指示。采用單片機進(jìn)行遙控系統的應用設計，具有編程靈活多樣，電路結構清晰。特別適合家庭、賓館、倉庫、私家車(chē)庫等場(chǎng)所。

2.密碼鎖的總體設計方案

本系統采用AT89C51單片機作為本設計的核心元件，該系統由發(fā)射模塊和接收模塊兩部分構成，遙控器發(fā)射模塊可以隨身攜帶，只要在接收器附近，即可遙控開(kāi)鎖。遙控發(fā)射器主要由AT89C51單片機、紅外發(fā)射二極管、矩陣鍵盤(pán)及遙控開(kāi)關(guān)電路組成。該部分的結構圖如圖1所示。

紅外遙控由發(fā)送和接收兩部分組成，發(fā)送端采用單片機將待發(fā)送的二進(jìn)制信號編碼調制為一系列的脈沖信號，通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。紅外接收采用性能可靠的配套的一體化紅外接收頭接收紅外信號，它同時(shí)對信號進(jìn)行放大、檢波、整形，得到TTL電平的編碼信號，再送給單片機，經(jīng)單片機解碼并進(jìn)行相關(guān)操作。

紅外線(xiàn)發(fā)射及接收控制電路均采用8051單片機來(lái)實(shí)現，電路簡(jiǎn)單，輸出控制方式可選擇，實(shí)用性強。圖2為發(fā)送與接收示意圖：

3.系統主要硬件設計

在本設計中，是以AT89C51單片機為核心的。AT89C51單片機是一款低功耗、低電壓、高性能CMOS 8位單片機，其輸出引腳和指令系統都與MCS-51兼容。AT89C51是一種功能強，靈活性高且價(jià)格合理的單片機，可方便地應用在各個(gè)控制領(lǐng)域。

3.1 紅外發(fā)射與接收裝置

這里采用紅外發(fā)光二極管如SE303·PH303,外形和發(fā)光二極管LED相似，發(fā)出紅外光(近紅外線(xiàn)約0.93um)。管壓降約1.4V,工作電流一般小于20mA.為了適應不同的工作電壓，回路中常串有限流電阻。發(fā)射紅外線(xiàn)去控制相應的受控裝置時(shí)，其控制的距離與發(fā)射功率成正比。為了增加紅外線(xiàn)的控制距離，紅外發(fā)光二極管工作于脈沖狀態(tài)，因為脈動(dòng)光，也就是調制光的有效傳送距離與脈沖的峰值電流成正比，只需盡量提高峰值電流，就能增加紅外光的發(fā)射距離。提高峰值電流的方法，就是減小脈沖占空比，即壓縮脈沖的寬度。減小脈沖占空比還可使小功率紅外發(fā)光二極管的發(fā)射距離大大增加。要使紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生調制光，只需在驅動(dòng)管上加一定頻率的脈沖電壓。

本設計采用紅外一體化接收頭HS0038.HS0038將遙控信號的接收、放大、檢波、整形集于一身，并且輸出可以讓單片機識別的TTL信號，這樣大大簡(jiǎn)化了接收電路的復雜程度和電路的設計工作，方便使用。

3.2 紅外信號的編碼處理

3.2.1 紅外編碼

遙控器信息碼是由AT89C51單片機的定時(shí)器T1調制成38.5KHz紅外載波信號，不同的脈沖個(gè)數代表不同的操作碼信息，最少為兩個(gè)脈沖(采用兩個(gè))，其他信息碼的脈沖個(gè)數逐個(gè)遞增。為了使接收盡量可靠，第一位碼寬為3ms,其余為1ms,碼間距為1ms,遙控碼數據間隔大于10ms.遙控器上每個(gè)鍵都有唯一的一個(gè)鍵號，單片機通過(guò)查得按下鍵的鍵值發(fā)送約定個(gè)數的脈沖。

3.2.2 紅外接收信號的解碼

接收信號的解碼是根據紅外線(xiàn)接收器輸出脈沖幀的格式來(lái)進(jìn)行解碼的，即用累加器A分別對符合條件的負跳變脈沖進(jìn)行計數。當紅外線(xiàn)接收器輸出脈沖幀數據時(shí)，第一位碼的低電平將啟動(dòng)中斷程序，實(shí)時(shí)接收數據幀。在接收數據幀時(shí)，根據發(fā)射幀的格式將對第一位(起始)碼的碼寬進(jìn)行驗證。若第一位低電平碼的脈沖寬小于2ms,將作為錯誤碼處理。當間隔位的高電平脈沖大于3ms時(shí)，結束接收，然后根據累加器A中的脈沖個(gè)數，判斷鍵盤(pán)輸入六位密碼是否與設定密碼相同，從而控制繼電器開(kāi)鎖與否。圖3為紅外線(xiàn)接收器輸出的一幀遙控碼波形圖。

3.2.3 通信接口電路

計算機與單片機之間的通訊是采用串口通信方式，串口通信是現階段PC串口和設備之間的最簡(jiǎn)單也是應用最廣泛的一種數據通信的方式。串口是計算機內的通用設備通信的協(xié)議，采用RS-232接口標準就可以實(shí)現數據之間的傳輸，完成溫度數據和控制指令傳輸。

4.系統軟件設計

4.1 遙控發(fā)射部分程序設計

該部分主要分為主程序、按鍵掃描程序以及遙控編碼脈沖發(fā)射程序。主要是對定時(shí)器T1定時(shí)的方式的設定，計數器的初始化等。

4.2 上位機軟件設計

本文還設計了上位機軟件，來(lái)進(jìn)行人機交互，能夠拓展密碼鎖的在更廣的領(lǐng)域應用。

本文采用LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言，完成了控制平臺的設計。系統軟件采用模塊化的設計思想，LabVIEW程序通過(guò)串口通信電路讀取密碼鎖數據，并對數據進(jìn)行相應的分析處理。

4.2.1 用戶(hù)管理模塊

密碼鎖監控系統的正常運行關(guān)系到整個(gè)密碼鎖系統的安全，只有授權用戶(hù)才能進(jìn)入系統進(jìn)行操作。每個(gè)授權用戶(hù)都有一個(gè)唯一的身份標識，即用戶(hù)名，用戶(hù)憑密碼登錄系統。用戶(hù)根據權限可分為三類(lèi)：管理員、普通用戶(hù)、測試用戶(hù)。測試用戶(hù)只能使用系統的部分功能;普通用戶(hù)可以使用系統全部功能;管理員用戶(hù)除了普通用戶(hù)的權限外，還可以管理其他用戶(hù)，包括增加用戶(hù)、修改用戶(hù)權限、刪除用戶(hù)等。

4.2.2 密碼鎖狀態(tài)與顯示模塊

密碼鎖狀態(tài)通過(guò)LabVIEW前面板在計算機顯示器上逐點(diǎn)顯示并連線(xiàn)，便可實(shí)時(shí)顯示被測密碼鎖。數據采集程序框圖如圖4所示。

數據存取模塊通過(guò)調用LabVIEW中的WriteCharacters To File,使子程序將檢測到的密碼鎖狀態(tài)值保存到Excel表格，方便用戶(hù)今后調出歷史密碼鎖狀態(tài)數值進(jìn)行查閱研究。

5.結束語(yǔ)

本設計是利用單片機芯片來(lái)控制一個(gè)紅外線(xiàn)遙控系統，使其克服了傳統鎖那樣一定要將鑰匙插進(jìn)鎖里才能開(kāi)啟的缺點(diǎn)，并具有遠距離遙控開(kāi)鎖功能。并建立上位機軟件來(lái)管理紅外遙控密碼鎖網(wǎng)絡(luò )的狀態(tài)。本方案中所設計的紅外遙控密碼鎖具有遙控開(kāi)鎖、密碼修改、密碼錯誤報警等功能，并且具備保密性好、安全可靠、成本低廉等特點(diǎn)。經(jīng)測試，該紅外遙控密碼鎖具有較強的實(shí)用性。