603.基于单片机的红外遥控电子密码锁设计【单片机毕业设计课程设计】.doc

学院毕业论文（设计）题目： 基于单片机的红外遥控电子密码锁设计 专业： 电子信息工程 作者： 指导教师(职称)： 讲师 二00八年四月二十六日基于单片机的红外遥控电子密码锁的设计【摘要】： 针对传统的机械锁的各种缺点和重要部门安全性要求，提出一种基于红外遥控的密码锁设计方案，通过此方案设计的密码锁电路可以满足安全性要求，也能够适应特殊环境的使用需求。本文介绍一种由AT89C51编程实现的控制电路，具有按键指示，控制开锁，控制报警，遥控开锁等功能。红外遥控密码锁的应用研究主要应用了红外线编码及解码技术，并通过单片机实现密码的设置、修改及识别功能。设计电路主要由红外线编码电路、红外线解码开锁电路和键盘及显示电路组成。具有保密性强，灵活性高，适用范围广，特别适合家庭，车库，工厂等场所。【关键词】：红外线 密码锁 AT89C51 【Abstract】 Each kind of shortcoming which and Integral part security request locks in view of the traditional machinery, proposed that one kind based on infrared remote control's combination lock design proposal, may satisfy the secure request through this project design's combination lock electric circuit, can also adapt the special environment use demand. This article introduced that one kind the control circuit which realizes by the ATC9851 programming, has the pressed key to instruct, control unblanking, control warning, functions and so on remote control unblanking. The infrared remote control combination lock's applied research has mainly applied the infrared code and the decoding technology, and realizes the password establishment, the revision and the recognition function through the monolithic integrated circuit. The designa circuit mainly by the infrared encode circuit, the infrared decoding unblanking electric circuit and the keyboard and demonstration electricity the road is composed. Has secret, the flexibility is high, the applicable scope is broad, especially qualify family, garage, places and so on factory. 【Key word】: key word: Infrared monolithic ， combination lock ，AT89C51目录一.设计方法1.1引言 31.2设计目的 31.3设计任务和要求 31.4系统设计思想 31.5系统构成框图 31.6基本功能设计 31.6.1输入密码 41.6.2密码输入有效显示 41.6.3密码错误报警 41.6.4遥控开锁4 二.遥控设计原理 4 2.1串性通信原理 42.2红外遥控系统 52.3遥控发射器及其编码 52.4遥控信号接收 62.5遥控发射电路设计 7 2.6遥控开锁工作原理 7三.本机键开锁电路设计 7 3.1本机键开锁电路原理 8 3.2按键显示工作原理 9四.系统软件设计 9 4.1软件设计要求 9 4.1系统流程图 10 五.系统调试 105.1软件调试105.2硬件调试105.3脱机运行11 5.4系统测试11 六.总结 11致谢语 11参考文献 12附录 131.英文摘要 132.源程序清单14. 一.设计方法1.1引言在日常生活中，为了解决当前市场上无遥控密码锁的问题，以提高门禁系统的可靠性和安全性，适应市场需要而设计的该红外红外遥控密码锁系统。该系统具有普通电子密码锁功能的同时，还增加了遥控功能。该锁采用5位数作为密码，总密码组有100000组，完全满足用户对密码安全性高的要求。该系统具有较强的实际应用价值，所涉及的技术包括：红外载波数据传输技术、单片机控制技术、红外遥控系统编码及译码技术、电路设计与电路板制作技术等。1.2设计目的(1) 了解使用AT89C51制作。(2) 了解异步串行通信的特点。(3) 提高动手能力和理论联系实际能力。1.3 设计任务和要求设计并制作一个采用红外遥控的电子密码锁，要求如下：() 输入密码后按确认键能够自动开锁，() 能实现遥控开锁，遥控距离810m。扩展功能：(1) 密码输入出错能立即报警。(2)具有安全性、加密和较强的抗干扰能力。 1.4系统设计思想本系统采用单片机AT89C51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。LED数码管显示模块外围电路按键选择功能1.5系统构成框图红外发射器红外接收收 收 收头蜂鸣器报警模块AT89C51RC单片机系统电磁锁复位1.6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。1.6.1 键入密码我们将编好的密码程序存储在EPROM中，用户通过按键逐渐输入号码,最后按”#”号确信即可.比如现在用户要是选择了81675这组数字作为密码,在本机键盘上一一输入8、1、6、7、5、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。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81675，当键入第一个数字8后应在3秒内键入第二个数字1，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。本设计中我们编入了一套密码即：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。1.6.2 密码输入有效显示在输入密码时确信是否有键按下，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-而是以一个特定的字母符号提醒用户是否有键按下。有键按下，则显示出字符H，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。1.6.3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。乃安全可靠性能之一1.6.4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，按下开锁键，便会自动开锁. 二遥控设计原理2.1串行通信原理 在计算机系统中，CPU和外部通信有两种通信方式：并行通信和串行通信。并行通信：即数据的各位同时传送；串行通信：即数据一位一位顺序传送。串行通信的分类：按照串行数据的时钟控制方式，串行通信可分为同步通信和异步通信。在异步通信中，数据通常是以字符为单位组成字符帧传送的。字符帧：字符帧也叫数据帧，由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位等4部分组成 。字符帧由发送端一帧一帧地发送，每一帧数据均是低位在前，高位在后，通过传输线被接收端一帧一帧地接收。发送端和接收端可以由各自独立的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟彼此独立，互不同步。 在异步通信中，接收端是依靠字符帧格式来判断发送端是何时开始发送，何时结束发送的。字符帧格式是异步通信的一个重要指标。同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传输一帧信息。单同步字符帧结构和双同步字符帧结构，但它们均由同步字符、数据字符和校验字符CRC三部分组成。在同步通信中，同步字符可以采用统一的标准格式，也可以由用户约定。 2.2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2.2。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2.2.1红外线遥控系统框图2.3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，现以我们常见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0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”，其波形如2.3.1所示。图2.3.1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2.3.2所示2.3.2遥控信号编码波形图所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。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，如2.3.3发射波形图所示。图2.3.3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，接下来发射的码（连发码）将仅由起始码（9ms）和结束码（2.25ms）组成。如图2.3.4与2.3.5所示.图2.3.4                图2.3.52.4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。 红外信号接收部分是使用KS38BL红外接收头实现的，其电路如图2.4所示。 图中是红外线遥控器信号接收头的简易电路，它可接收载波频率从3357KHz的遥控器信号。100电阻起到限流的作用，470uF电容滤波减少干扰。以逻辑笔接触红外线接收模块的信号输出端（OUT），便可以侦测当按下红外线遥控器某一按键时，红外线数字信号的发射。若有发射红外线数字信号则经过红外线接收模块取出数字信号数据，逻辑笔脉冲LED便会闪动。这样可以检测到当前有没有红外信号发射最简单的方法。 图2.4红外接收电路2.5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2.5发射电路所示 图2.5发射电路2.6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,用户手执遥控器按上图中的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.三本机键开锁电路设计3.1本机键开锁电路原理本机键开锁电路以AT89C51为电路的核心，AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。    AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。其管脚图如3.1所示 图3.1 AT89C51管脚图本机键开锁电路图如3.2所示，P0口和P1.0,P1.1,P1.2为外接本机键盘。P3.0口外接遥控接收头，P1.3口外接报警信号放大器，P1.7口外接开锁电磁驱动电路， P2.0-P2.7口接数码管，用来显示按键是否按下。 图3.2本机键开锁电路本电路由遥控发射器，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，同时也采用了遥控开锁。具有以下功能：1.当没有收到遥控信号时这时由键盘输入密码，当5位密码输入正确时按“#”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秒后，电路将自动恢复到初始状态。2.当5位密码输入正确，但没有按“#”号键是，这时电路自动放弃，恢复到初始状态闭锁状态。3.当输入5位密码时，必须按照先后顺序输入，如顺序错误或不对时，这时若不按“#”号键确认，将无法开锁，并同时发出5秒的报警信号，用于提醒用户。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，首位密码输入正确后，电路将开始自动计时，每位密码数之间输入间隔在3秒内，否则将作为输入超时处理，系统自动放弃，恢复到初始状态。3.2按键显示工作原理LED显示器结构与原理LED显示块由发光二极管显示字符的显示器件.在单片机应用系统中通常使用的是7段数码管.本设计采用共阳极数码管.将单片机并行输出接口与数码管管脚对应相连,8为并行输出口输出不同的字节数据即可获取不同的数字或字符.按键方式按键方式分为独立式和行列式两种,本设计采用独立式按键结构,共设置了10个按键, 独立式按键是指直接用I/O口构成的单个按键电路.每个独立按键单独占有一根I/O口线,每根I/O口线上的按键工作状态不会影响其他I/O口线的工作状态.他的电路配置灵活,软件结构简单.四. 系统软件设计本系统有遥控处理和本机处理两种工作状态，两种工作状态相互独立。通过自锁开关K可以选择当前工作状态,当K闭合时选择本机处理，断开时选择遥控处理。遥控处理部分只有开锁功能，所以设计相对简单，而本机处理部分可以实现开锁、设置和修改密码等所有的功能。要完成本系统功能，首先要需要解决对红外信号的译码问题，并在存储式示波仪上观察其具体波形，这就要要求了解其编码规则。一般的编码发射的一帧码含有一个引导码，用户码和键数据码。引导码由一个较长的载波波形和一段关断时间构成，它作为随后发射的码的引导。用户码和键数据码是由逻辑“0”和逻辑“1”组成的具有规定长度的字符串。逻辑“0”和逻辑“1”是用高低电平的不同组合来表示的，那么可以用单片机的两个定时计数器，对其高低电平进行计数，具体是这样的：当单片机检测到第一个低电平，则定时计数器T0立即开始计数，等到检测到高电平出现，T0停止计数，T1又立即开始计数，在T1计数的同时，对T0的计数保存，再次出现低电平，T1停止计数，T0又开始计数，在T0计数的同时保存T1的计数，这样就有了一组低和高的组合，通过判断这个组合属于哪个范围即可译码“0”或者“1”，如此循环，直到译出所有的位。这样我们就可以根据译码所得的值命令单片机系统去完成相应的操作.软件部分的设计基于汇编语言，采用模块化设计思想。以主程序为核心设置了很多功能模块子程序，是大量的功能在子程序中实现的主流程，流程图如4.1图所示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 遥控发射程序框图 遥控接收程序框图 图4.1系统流程图五 系统调试 完成了硬件的设计、制作和软件编程之后，要使系统能够按设计意图正常运行，必须进行系统调试。系统调试包括硬件调试和软件调试两个部分。不过，作为一个计算机系统，其运行是软硬件相结合的，因此，软硬件的调试也是不可能绝对分开的，硬件的调试常常需要利用调试软件，软件的调试也可能需要通过对硬件的测试和控制来进行。5.1 硬件调试 硬件调试的主要任务是排除硬件故障，其中包括设计错误和工艺性故障。 (1) 脱机检查。用万用表逐步按照电路原理图检查印制电路板中所有器件的各引脚，尤其是电源的连接是否正确；检查数据总线、地址总线和控制总线是否有短路等故障，顺序是否正确；检查各开关按键是否能正常开关，是否连接正确；各限流电阻是否短路等。为了保护芯片，应先对各IC座（尤其是电源端）电位进行检查，确定其无误后再插入芯片检查。(2) 联机调试。暂时拔掉AT89C51芯片，将仿真器的40芯仿真插头插入AT89C51的芯片插座进行调试，检验键盘/显示接口电路是否满足设计要求。可以通过一些简单的测试软件来查看接口工作是否正常。5.2. 软件调试 软件调试的任务是利用开发工具进行在线仿真调试，发现和纠正程序错误，同时也能发现硬件故障。 程序的调试应一个模块一个模块地进行，首先单独调试各功能子程序，检验程序是否能够实现预期的功能，接口电路的控制是否正常等；最后逐步将各子程序连接起来总调。联调需要注意的是，各程序模块间能否正确传递参数，特别要注意各子程序的现场保护与恢复。5.3 脱机运行 软硬件调试成功之后，插入AT89C51芯片，接上电源脱机运行。既然软硬件都已调试成功，脱机运行似乎肯定成功，然而事实往往并非如此，仍有可能出现以下故障： (1) 系统不工作。其原因主要有晶振不起振（晶振损坏、晶振电路不正常导致晶振信号太弱等），或脚没有接高电平（接地或悬空）等。(2) 系统工作时好时坏。这主要是由干扰引起的。由于本系统没有传感输入通道和控制输出通道，干扰源相对较少且简单，因此，在电源、总线处对地接滤波电容一般可以解决问题。5.4系统测试遥控开锁电路测试对于不同的距离进行测试 测试结果如下表所示测试距离（m）测试效果5m能够正常开琐 6m能够正常开琐 7m能够正常开琐 8m能够正常开琐 9m能够正常开琐 10m不能够正常开琐键盘开琐测试键入正确密码能够开琐，如输入错误密码会发生报警，输入密码超时也回发生报警。六.总结本系统除了具有传统的固定键盘式电子密码锁系统的功能外，也就是将操作键盘固定在锁具的面板上，还增加了用遥控远端控制的功能，通过红外遥控来实现开锁,因此给人们带来很多便利.在本系统中，与此同时所设计的电源部分和解码译码部分经过反复的测试，证明了电路有极高的稳定性和译码准确性、高效性。由于时间与技术上的原因，有很多不足与有待于进一步完善的地方。比如硬件电路设计的焊接不是很美观,软件方面还不能得心应手. 这个系统如果要应用于实际，还需要进一步的完善。通过本次设计，我深刻体会了设计中的一些思想与方法。了解了一个软件产品的开发是一个科学的、有计划、有步骤的过程，而且它不是一个一次即成的过程，它需要不断的检验与修正。我想这对于以后的工作与学习都是很有很大的帮助。 致谢语:本次毕业设计实践中，论文指导教师 帮助下，提供了非常有益的指导意见，给与我很大的帮助，使我得到实质性的提高。这对于我以后的工作和学习是巨大的财富，在此感谢他的辅导。参考文献:1.苏家健，曹柏荣，汪志锋篇，单片机原理及应用技术，高等教育出版社，2004.3，P5-7.2.康华光等，电子技术基础，第2版，高等教育出版社，2004.7，10-156.3.马鸿文.基于AT89C51单片机的自动存取柜的设计与实现J.微计算机信息,2006,22(1-2):101-103.4.彭为，雷道仲，黄科，单片机典型系统设计，电子工业出版社，2006.12,P275-297.5.姚燕南，薛均义编，微型计算机原理与接口技术，高等教育出版社，2006.11 P147-228.6.康化光编，模拟电子技术基础，高等教育出版社2004.4，58-59，P67-82.7.阎石编，数字电子技术基础，高等教育出版社，2005.7.P135-159. 8.何希才,杜煜.实用电子电路设计M.北京：电子工业出版社,1998.2, P212-231 9.童诗白,华成英.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社,2001.6,P125-13610.刘守义单片机应用技术M成都：西安电子科技大学出版社2002 165-17011.赵秀珍编著，单片微型计算机原理及其应用M 中国水利水电出版社，2001 111-1171.源程序清单*学校：龙岩学院*院系：物理与机电工程学院*专业：04电子信息工程*作者：李荣辉 200402226*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工作方式2MOV TL1 ,#OF4H ;定时初始值送TL1MOV TH1 ,#OF4H ;定时初始值送TH1SETB TR1 ;启动定时器T1MOV SCON, #ODOH ;定义串行行工作方式3 MOV PCON , #OOHWAIT: JBC R1 ,LOOP5 ;遥控接收程序LJMP: KEYLOOP5: MOV R0 ,#51H ;将立即数51H送R0 MOV R7 ,#03H ;将立即数03H送R7LOOP6: MOV A ,SBUF ;将串行缓冲器接收到的数据累加器A JNB PSW.0 LOOP7 ;标志位F0清零了吗? JNB RB8 ,LOOP8 ;数据接收完了吗?LOOP9 MOV RO ,A ;开锁处理程序 MOV R1 , 51H CJNE R1 ,#1EH ,LP DJNZ 52H , KP CLR P1.7 MOV 52H ,# 02H MOV R0 ,#OOH LJMP WAITKP: SETB P1.7 MOV R0 ,#00H LJMP WAIT LP: DJNZ R7 ,WAIT CLR PSW.5 LJMP WAITLOOP7: JB RB8 , LOOP8 LJMP LOOP9LOOP8: SETB PSW.5 ;给标志位F0置1 LJMP WAIT ；继续接收数据密码81675程序KEP2: MOV P2 ,#OFFH ;关显示 MOV A ,PO CPL A ANL A , #OFFH JNZ HP MOV A ,P1 CPL A ANL A , #07H JZ C9 LCALL D1OMS MOV A ,P1 CPL A ANL A ,#07H JZ C9 BB: CJNE A , #O1H ,HP1 MOV P2 ,#89H LJMP K1P1HP1: CJNE A ,#02H ,HP2 MOV P2 ,#89H LJMP K1P1HP2: CJNE A ,#04H ,C9 MOV P2, #89HHP3: MOV A ,P1 ANL A ,#07H CJNE A ,#07H ,HP3 MOV P2 ,#OFFH LJMP LP1K1P1 : MOV A ,P1 ANL A ,#O7H CJNE A ,#07H ,K1P1C9: LJMP WAITHP: LCALL D1OMS MOV A , PO CPL A ANL A ,#OFFH JZ C9 CJNE A , #1OH,K0Y02 MOV P2 ,#89H LJMP K0Y1K0Y02: CJNE A ,#01H ,K0Y03 MOV P2 ,#89H LJMP KUP1K0Y03 CJNE A ,#02H ,K0Y04 MOV P2 ,#89H LJMP KUP1K0Y04 CJNE A ,#04H ,K0Y05 MOV P2 ,#89H LJMP KUP1K0Y05 CJNE A ,#08H ,K0Y06 MOV P2 ,#89H LJMP KUP1K0Y06 CJNE A ,#20,K0Y07 MOV P2 ,#89H LJMP KUP1K0Y07 CJNE A ,#40,K0Y08 MOV P2 ,#89H LJMP KUP1K0Y08 CJNE A ,#80,U2 MOV P2 ,#89H LJMP KUP1KUP1: MOV A ,PO CJNE A ,#O