单片机的红外电子密码锁设计
目 录
一、引言 1
（一）课题背景及目的 1
（二）设计任务及要求 1
二、红外遥控系统介绍 1
三、硬件电路设计 3
（一）单片机最小系统 4
（二）红外发射接收模块 6
（三）按键输入模块 7
（四）液晶显示模块 7
（五）解锁模块 8
四、系统软件设计 8
（一）红外发射编码、接收解码部分 10
（二）单片机接收终端部分 10
五、系统调试 12
六、总结 14
致 谢 15
参考文献 16
附录 17
附录一 原理图 17
附录二 PCB图 18
附录三 元器件清单 19
附录四 源程序 20
附录五 实物图 33
一、引言
（一）课题背景及目的
在日常的很多场合都需要做保密工作，比如单位的财务报表、文件档案、住宅与部门的安全防范。如果采用传统的机械式钥匙来开锁，那么就需要人人配一把钥匙，使用时极为不方便，并且钥匙多了还降低了安全性。随着科技的进步以及经济的发展，人们对保险箱的性能要求越来越高，为了提高保险箱的安全性能，研发人员采用密码开锁来替代钥匙，这种电子密码锁采用数字控制，具有成本低、易操作、安全性能高等特点。在安防上，电子密码锁逐渐替代了传统的机械式密码锁，因为机械式密码锁安全性能低、密码位数少，而电子密码锁不受这些限制，它无论是性能还是功能都大大超过机械式密码锁。随着单片机的发展，带有微处理器的智能密码锁已经出现在人们的视野，它不但具备密码锁功能，还具备专家分析系统、智能化管 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
理等功能，使得密码锁可靠性和安全性大大提高，被广泛应用。
随着人们对安防性能要求的提高，许多电子智能型锁（IC卡辨认、指纹识别）也相继问世，这些类型的密码锁是针对IC卡和指纹设计的，只适用于门、柜、箱等，另外指纹识别器在公共场所容易损坏，加上IC卡容易丢失和损坏并且成本居高，这些缺点都限制了这类密码锁的普及应用。
（二）设计任务及要求
1.设计任务
设计一个基于单片机的红外电子密码锁；
2.实现功能：
通过红外线遥控输入密码来对锁实行操作；
通过终端的键盘也能实现密码的输入；
通过终端的键盘能实现密码的修改；
用LCD1602液晶显示器显示相关信息；
二、红外遥控系统介绍
红外线也是电磁波的一种，它又被称之为红外光波，它的波长处于0.01um~1000um范围内。光波的可见性由其波长决定，红外线遥控器的波长为0.76um~1.5um的近红外光发送其指令，由于目前红外接收器件(光敏二极管、三极管及光电池)和目前红外发射器件(红外发光管)的受光和发光峰值波长一般为0.8um~0.94um，两者能够良好的匹配，所以一般用近红外光发射遥控的指令。
红外线遥控系统主要由调制模块、发射模块和接收模块三个部分组成，如图1所示。
图1 红外遥控系统结构图
1.调制模块
红外线遥控发射的数据是通过一定方式的调制后发出的，即把待发射的数据与载波进行与运算，这样既能提高数据的准确性又能提高电源的使用效率。
通常使用的载波频率在30kHz至60kHz之间，38kHz是较常使用的频率，它的方波占空比为1/3。
2.发射模块
目前已经开发出了很多用于红外发射器的芯片，它能够选择不同类型的方式进行发送编码。由于遥控都是便携式的，所以必须用电池进行供电，所以芯片必须具有低功耗性能，即只有按键被按动时才能启动其内部系统，否则其处于低功耗的休眠状态。
红外线最终通过红外发光二极管发射出去，这种二极管在其两端施加电压时，它发出的红外光不能被人眼看见。图2、图3为两种常用的红外LED驱动电路，但是第一种存有一定的缺陷，当供电电压下降时，流过LED的电流就会减少，由于发生强度与流过LED的电流强度有关，所以发射出去的信号强度将会降低，发送距离变小。而第二种电路中加入了两个钳位二极管，他们能够将三极管的基极电压保持在1.2V左右，所以是三极管的发射极电位保持在0.6V左右，这样Ie就能基本保持不变，根据Ie≈Ic，所以通过红外二极管的集电极电流Ic也就基本不变，保证供电电压下降且遥控控制的距离不变。
图2简单驱动电路 图3射级输出驱动电路
3.接收模块
本系统采用HX1838一体化红外接收头作为接收模块，HX1838红外接收管内部结构，如图4所示。
图4 红外线接收头内部电路
红外接收头内部由带通滤波器、积分电路、比较器、红外监测二极管、放大器以及限幅器组成，其中红外监测二极管将检测到的红外信号发送至放大器及限幅器，然后脉冲幅度被限幅器限制在一定的高度。带通滤波器输入交流信号，通过30-60khz的负载波，解调积分后进入比较器进行比较，输出一个高低电平，应该注意此输出的高低电平将与发射端的的相位是相反的，提高了红外接收头的更多性能以及灵敏度，最后还原发射端初始信号波形。
这个电路被集成在以下元器件中，即为一个全方面一体化的红外接收头，如图5所示。
图5 红外接收器
红外接收器有很多种类，引脚定义各不相同，一共有三个引脚，即供电脚，信号输出脚和GND接地引脚。根据红外发射端调制载波的不同应所选用解调频率的接收器也将不同。
三、硬件电路设计
本系统主要以AT89C51单片机作为控制整个电路的核心芯片，外部配合LCD1602液晶显示器模块、继电器模块、4×4键盘模块以及红外线遥控模块组成，如图6所示。
图6 系统总体框架图
（一）单片机最小系统
AT89C51的主要参数如表1所示。
表1 AT89C51主要参数
存储器 串行口 速度（M） 定时/计数器 中断口 I/O 其它特点
ROM RAM
4K 128 1 24 2 5 32 低电压
ATMEL公司出产的AT89C51是一种带内部ROM为4K字节FLASH存储器 的单片机，它是一种能在低电压场合工作的高性能CMOS类型的8位处理器。它内部集成的只读存储器具有高达1000多次的可擦除性，这样好的性能使得它非常适合学生做实验。另外这种类型的单片机已经采用了高密度的非易失储存器的制造技术，AT89C51单片机的通用IO口能够和工业上广泛采用的MCS-51类型的指令集能够完美兼容。ATMEL公司研发的这种高效率的微控制器将FLASH和性能强大的8位CPU集成在一个芯片里使得它在嵌入式领域有着广泛的应用。基于上述的特点，在很多嵌入式场合，AT89C51单片机正在发挥着越来越多的作用。图7为DIP-40封装类型AT89C51单片机的芯片引脚图。
一、引言 1
（一）课题背景及目的 1
（二）设计任务及要求 1
二、红外遥控系统介绍 1
三、硬件电路设计 3
（一）单片机最小系统 4
（二）红外发射接收模块 6
（三）按键输入模块 7
（四）液晶显示模块 7
（五）解锁模块 8
四、系统软件设计 8
（一）红外发射编码、接收解码部分 10
（二）单片机接收终端部分 10
五、系统调试 12
六、总结 14
致 谢 15
参考文献 16
附录 17
附录一 原理图 17
附录二 PCB图 18
附录三 元器件清单 19
附录四 源程序 20
附录五 实物图 33
一、引言
（一）课题背景及目的
在日常的很多场合都需要做保密工作，比如单位的财务报表、文件档案、住宅与部门的安全防范。如果采用传统的机械式钥匙来开锁，那么就需要人人配一把钥匙，使用时极为不方便，并且钥匙多了还降低了安全性。随着科技的进步以及经济的发展，人们对保险箱的性能要求越来越高，为了提高保险箱的安全性能，研发人员采用密码开锁来替代钥匙，这种电子密码锁采用数字控制，具有成本低、易操作、安全性能高等特点。在安防上，电子密码锁逐渐替代了传统的机械式密码锁，因为机械式密码锁安全性能低、密码位数少，而电子密码锁不受这些限制，它无论是性能还是功能都大大超过机械式密码锁。随着单片机的发展，带有微处理器的智能密码锁已经出现在人们的视野，它不但具备密码锁功能，还具备专家分析系统、智能化管 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
理等功能，使得密码锁可靠性和安全性大大提高，被广泛应用。
随着人们对安防性能要求的提高，许多电子智能型锁（IC卡辨认、指纹识别）也相继问世，这些类型的密码锁是针对IC卡和指纹设计的，只适用于门、柜、箱等，另外指纹识别器在公共场所容易损坏，加上IC卡容易丢失和损坏并且成本居高，这些缺点都限制了这类密码锁的普及应用。
（二）设计任务及要求
1.设计任务
设计一个基于单片机的红外电子密码锁；
2.实现功能：
通过红外线遥控输入密码来对锁实行操作；
通过终端的键盘也能实现密码的输入；
通过终端的键盘能实现密码的修改；
用LCD1602液晶显示器显示相关信息；
二、红外遥控系统介绍
红外线也是电磁波的一种，它又被称之为红外光波，它的波长处于0.01um~1000um范围内。光波的可见性由其波长决定，红外线遥控器的波长为0.76um~1.5um的近红外光发送其指令，由于目前红外接收器件(光敏二极管、三极管及光电池)和目前红外发射器件(红外发光管)的受光和发光峰值波长一般为0.8um~0.94um，两者能够良好的匹配，所以一般用近红外光发射遥控的指令。
红外线遥控系统主要由调制模块、发射模块和接收模块三个部分组成，如图1所示。
图1 红外遥控系统结构图
1.调制模块
红外线遥控发射的数据是通过一定方式的调制后发出的，即把待发射的数据与载波进行与运算，这样既能提高数据的准确性又能提高电源的使用效率。
通常使用的载波频率在30kHz至60kHz之间，38kHz是较常使用的频率，它的方波占空比为1/3。
2.发射模块
目前已经开发出了很多用于红外发射器的芯片，它能够选择不同类型的方式进行发送编码。由于遥控都是便携式的，所以必须用电池进行供电，所以芯片必须具有低功耗性能，即只有按键被按动时才能启动其内部系统，否则其处于低功耗的休眠状态。
红外线最终通过红外发光二极管发射出去，这种二极管在其两端施加电压时，它发出的红外光不能被人眼看见。图2、图3为两种常用的红外LED驱动电路，但是第一种存有一定的缺陷，当供电电压下降时，流过LED的电流就会减少，由于发生强度与流过LED的电流强度有关，所以发射出去的信号强度将会降低，发送距离变小。而第二种电路中加入了两个钳位二极管，他们能够将三极管的基极电压保持在1.2V左右，所以是三极管的发射极电位保持在0.6V左右，这样Ie就能基本保持不变，根据Ie≈Ic，所以通过红外二极管的集电极电流Ic也就基本不变，保证供电电压下降且遥控控制的距离不变。
图2简单驱动电路 图3射级输出驱动电路
3.接收模块
本系统采用HX1838一体化红外接收头作为接收模块，HX1838红外接收管内部结构，如图4所示。
图4 红外线接收头内部电路
红外接收头内部由带通滤波器、积分电路、比较器、红外监测二极管、放大器以及限幅器组成，其中红外监测二极管将检测到的红外信号发送至放大器及限幅器，然后脉冲幅度被限幅器限制在一定的高度。带通滤波器输入交流信号，通过30-60khz的负载波，解调积分后进入比较器进行比较，输出一个高低电平，应该注意此输出的高低电平将与发射端的的相位是相反的，提高了红外接收头的更多性能以及灵敏度，最后还原发射端初始信号波形。
这个电路被集成在以下元器件中，即为一个全方面一体化的红外接收头，如图5所示。
图5 红外接收器
红外接收器有很多种类，引脚定义各不相同，一共有三个引脚，即供电脚，信号输出脚和GND接地引脚。根据红外发射端调制载波的不同应所选用解调频率的接收器也将不同。
三、硬件电路设计
本系统主要以AT89C51单片机作为控制整个电路的核心芯片，外部配合LCD1602液晶显示器模块、继电器模块、4×4键盘模块以及红外线遥控模块组成，如图6所示。
图6 系统总体框架图
（一）单片机最小系统
AT89C51的主要参数如表1所示。
表1 AT89C51主要参数
存储器 串行口 速度（M） 定时/计数器 中断口 I/O 其它特点
ROM RAM
4K 128 1 24 2 5 32 低电压
ATMEL公司出产的AT89C51是一种带内部ROM为4K字节
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