基于單片機的紅外遙控密碼鎖的設計與實(shí)現

　　摘要：本文主要介紹了基于A(yíng)T89C51RC單片機的紅外遙控密碼鎖的硬件及程序實(shí)現流程的具體設計。論文中給出了紅外發(fā)送器與紅外接收器的設計電路以及電子密碼鎖的典型設計電路部分和具體應用方法，并且通過(guò)對紅外線(xiàn)信號的發(fā)射和接收的詳細研究，設計出了一種對遙控信號進(jìn)行準確譯碼方法和電路。

1 引言

　　根據用戶(hù)的要求和需要，主要為了解決當前市場(chǎng)上無(wú)遙控密碼鎖的問(wèn)題，以提高門(mén)禁系統的可靠性和安全性，適應市場(chǎng)需要而設計的該紅外紅外遙控密碼鎖系統。該系統具有普通電子密碼鎖功能的同時(shí)，還增加了遙控功能。該鎖采用6位數作為密碼，總密碼組有106組，完全滿(mǎn)足用戶(hù)對密碼安全性高的要求。該系統具有較強的實(shí)際應用價(jià)值，所涉及的技術(shù)包括：紅外載波數據傳輸技術(shù)、單片機控制技術(shù)、紅外遙控系統編碼及譯碼技術(shù)、電路設計與演示板制作技術(shù)等。

2 系統硬件設計與實(shí)現（單元電路設計）

　　2.1 硬件結構圖：

　　系統以單片機AT89C51RC為核心。系統結構框圖如圖1所示。本系統的功能設計目標應該包括以下幾個(gè)方面：紅外發(fā)射功能模塊，紅外線(xiàn)接收轉換模塊、單片機模塊、蜂鳴器報警功能模塊、LED數碼管顯示模塊、按鍵功能模塊，開(kāi)鎖功能模塊等。下面詳細介紹一下各單元的硬件電路和實(shí)現的功能。

圖1 紅外遙控密碼鎖硬件結構圖

　　2.1.1 電源部分設計

　　本系統的電源部分使用LM7805芯片進(jìn)行穩壓后提供單片機5V的電壓。其電源部分電路的設計如圖2所示。

圖2紅外遙控密碼電源部分的電路原理圖

　　該電源部分電路，使用四個(gè)1N4004二極管構成整流橋，可以輸入直流或是交流9V電源，然后再通過(guò)7805穩定到5V供單片機工作。固定式三端穩壓電源7805是由輸出腳Vo，輸入腳Vi和接地腳GND組成，它的穩壓值為+5V，它屬于LM78XX系列的穩壓器，輸入端接電容可以進(jìn)一步的濾波，輸出端也要接電容可以改善負載的瞬間影響，電路的穩定性也比較好。

　　2.1.2 紅外接收頭部分和LED顯示部分設計

　　紅外信號接收部分是使用KS38BL紅外接收頭實(shí)現的，其電路如圖3所示。 圖3是紅外線(xiàn)遙控器信號接收頭的簡(jiǎn)易電路，它可接收載波頻率從33~57KHz的遙控器信號。100Ω電阻起到限流的作用，470uF電容濾波減少干擾。以邏輯筆接觸紅外線(xiàn)接收模塊的信號輸出端（OUT），便可以偵測當按下紅外線(xiàn)遙控器某一按鍵時(shí)，紅外線(xiàn)數字信號的發(fā)射。若有發(fā)射紅外線(xiàn)數字信號則經(jīng)過(guò)紅外線(xiàn)接收模塊取出數字信號數據，邏輯筆脈沖LED便會(huì )閃動(dòng)。這樣可以檢測到當前有沒(méi)有紅外信號發(fā)射最簡(jiǎn)單的方法。

圖3紅外線(xiàn)接受部分

　　如圖4所示，系統的顯示是使用MAX7219實(shí)現的8位穩定靜態(tài)顯示，MAX7219是串行共陰極數碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示驅動(dòng)芯片，僅使用3線(xiàn)串行接口傳送數據，可直接與單片機接口，用戶(hù)還可以方便地修改其內部參數以實(shí)現多位LED顯示，因此可以方便地使用單片機的串口送出顯示數據，并且其占用的時(shí)間少，方便編程及對信號的檢測。

圖4 利用MAX7219設計顯示部分

　　2.1.5 密碼存儲部分的電路設計

　　為了保存用戶(hù)設置的密碼，該系統使用AT24C04用來(lái)保存用戶(hù)設置的密碼，單片機AT89C51RC的P3.6接AT24C04的SCLK口作為它的串行移位時(shí)鐘，AT89C51RC的P3.7接AT24C04的SDA口作為它的串行數據或地址輸入輸出。該電路要注意的是SCLK、SDA必須加上一上接電阻，阻值為10K。用戶(hù)設置的密碼存放在A(yíng)T24C04中，當需要更改或讀取用戶(hù)密碼時(shí)，只需對AT24C04里的數據更改或讀取。由于主芯片AT89C51RC沒(méi)有I2C總線(xiàn)，故本系統采用軟件程序模擬I2C總線(xiàn)時(shí)序來(lái)完成AT89S51來(lái)與AT24C04的連接。

　　2.1.6 報警電路設計

　　本系統設計時(shí)考慮到防盜而設計了報警電路，由蜂鳴器發(fā)聲進(jìn)行報警，蜂鳴器接在CPU的引腳P0.4上，通過(guò)PNP型三極管做電流放大，因此可以通過(guò)單片機控制蜂鳴器的頻率及蜂鳴時(shí)間。當輸入錯誤的密碼進(jìn)行開(kāi)鎖時(shí)，系統會(huì )報警，由P0.4口輸出低電平使得PNP型三極管導通，蜂鳴器兩端加電，由蜂鳴器發(fā)出1秒的報警聲，當連續三次出現密碼錯誤時(shí)，則系統會(huì )長(cháng)時(shí)間報警，此舉為了防止別人非法試探開(kāi)鎖。

　　2.1.7 本機處理與遙控處理功能選擇電路設計

　　本系統設計了一個(gè)自鎖按鍵用來(lái)選擇本機處理或者遙控處理，在設置密碼時(shí)一定要處于本機處理狀態(tài)下，而開(kāi)鎖則可以選擇遙控開(kāi)鎖也可以選擇本機開(kāi)鎖，當此按鍵按下時(shí)，紅燈亮表示選擇了本機處理，此時(shí)可以設置密碼，修改密碼，也可以本機開(kāi)鎖，而不能遙控開(kāi)鎖；當此開(kāi)關(guān)開(kāi)沒(méi)按下時(shí)，紅燈滅選擇遙控開(kāi)鎖，此時(shí)可以通過(guò)遙控器輸入密碼進(jìn)行開(kāi)鎖，在遙控開(kāi)鎖時(shí)不能進(jìn)行本機開(kāi)鎖以及設置密碼。

3 系統軟件設計

本系統有遙控處理和本機處理兩種工作狀態(tài)，兩種工作狀態(tài)相互獨立。通過(guò)自鎖開(kāi)關(guān)K可以選擇當前工作狀態(tài)，當K閉合時(shí)選擇本機處理，斷開(kāi)時(shí)選擇遙控處理。遙控處理部分只有開(kāi)鎖功能，所以設計相對簡(jiǎn)單，而本機處理部分可以實(shí)現開(kāi)鎖、設置和修改密碼等所有的功能。

　　要完成本系統功能，首先要需要解決對紅外信號的譯碼問(wèn)題，并在存儲式示波儀上觀(guān)察其具體波形，這就要要求了解其編碼規則。一般的編碼發(fā)射的一幀碼含有一個(gè)引導碼，用戶(hù)碼和鍵數據碼。引導碼由一個(gè)較長(cháng)的載波波形和一段關(guān)斷時(shí)間構成，它作為隨后發(fā)射的碼的引導。用戶(hù)碼和鍵數據碼是由邏輯“0”和邏輯“1”組成的具有規定長(cháng)度的字符串。

　　邏輯“0”和邏輯“1”是用高低電平的不同組合來(lái)表示的，那么可以用單片機的兩個(gè)定時(shí)計數器，對其高低電平進(jìn)行計數，具體是這樣的：當單片機檢測到第一個(gè)低電平，則定時(shí)計數器T0立即開(kāi)始計數，等到檢測到高電平出現，T0停止計數，T1又立即開(kāi)始計數，在T1計數的同時(shí)，對T0的計數保存，再次出現低電平，T1停止計數，T0又開(kāi)始計數，在T0計數的同時(shí)保存T1的計數，這樣就有了一組低和高的組合，通過(guò)判斷這個(gè)組合屬于哪個(gè)范圍即可譯碼“0”或者“1”，如此循環(huán)，直到譯出所有的位。這樣我們就可以根據譯碼所得的值命令單片機系統去完成相應的操作。要注意的是：只有鍵數據碼參與解碼，客戶(hù)碼是事先（由某公司或個(gè)人）規定好了的。

　　軟件部分的設計基于匯編語(yǔ)言，采用模塊化設計思想。以主程序為核心設置了很多功能模塊子程序，是大量的功能在子程序中實(shí)現的主流程，如圖5所示。

圖5 主流程圖

　　軟件工作流程包括6個(gè)部分：系統的初始化、AT24C04的讀寫(xiě)操作、校對開(kāi)鎖、出錯報警處理、對接收的信號進(jìn)行譯碼。初始化主要包括： MAX7219芯片、中斷和定時(shí)器的初始化，以及系統參數等的初始化；對AT24C04的讀寫(xiě)操作主要完成對原先密碼進(jìn)行更改或相關(guān)設置的目的，然后將更新后的密碼保存到其中。校對開(kāi)鎖是要對輸入的密碼和保存在存儲器中的密碼相比較，相同著(zhù)通過(guò)，否則要進(jìn)入出錯報警階段。出錯報警主要處理輸入的密碼和保存在A(yíng)T24C04中密碼不同時(shí)要進(jìn)行報警1秒鐘，如果報警后再次輸入密碼后再次報警達到3次，即3次都輸入的是錯誤密碼，那么系統將長(cháng)時(shí)間報警并自鎖一個(gè)小時(shí)。譯碼部分主要完成在遙控處理狀態(tài)下對遙控器所發(fā)出的信號進(jìn)行解碼，以得到相應到完成相應功能的碼值。

4 結論

　　本文的創(chuàng )新點(diǎn)在于本系統除了具有傳統的固定鍵盤(pán)式電子密碼鎖系統的功能外，也就是將操作鍵盤(pán)固定在鎖具的面板上，還增加了用遙控遠端控制的功能，因此給人們帶來(lái)很多便利，這一點(diǎn)也正是作者開(kāi)發(fā)和設計此系統的根本原因。在本系統中，與以往的利用74LS164芯片驅動(dòng)數碼管的顯示不同，在本系統中采用了更加強大的多功能串行LED顯示驅動(dòng)器MAX7219來(lái)實(shí)現8位穩定的靜態(tài)顯示，只需要單片機的三個(gè)引腳即可，可以更加方便地使用單片機的串口送出顯示數據，并且其占用的時(shí)間少，方便編程及對信號的檢測，與此同時(shí)本系統所設計的電源部分和解碼譯碼部分經(jīng)過(guò)反復的測試，證明了電路有極高的穩定性和譯碼準確性、高效性。

參考摘要

　?。?］ 林伸茂篇，《8051單片機徹底研究基礎篇》，人民郵電出版社，2003.7，24-153。

　?。?］ 趙廣林，《Protel 99SE電路設計與制作》，電子工業(yè)出版社，2005.8，15-342。

　?。?］ 馮耀輝等，《PowerPCB 5.0入門(mén)與提高》，人民郵電出版社，2004.6，17-48。

　?。?］ 康華光等，《電子技術(shù)基礎》，第2版，高等教育出版社，2004.7，10-156。

　?。?］ 胡凱，張穎超。生化分析儀的設計及與PC機的通信［J］。微計算機信息.2006，22（4-1）：208-209

　?。?］ 馬鴻文?；贏(yíng)T89C52單片機的自動(dòng)存取柜的設計與實(shí)現［J］。微計算機信息，2006，22（1-2）：101-103.