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红外遥控电子密码锁设计
盛蒙蒙，罗维，葛亦斌
中国矿业大学计算机学院，江苏徐州(221008)
E-mail：shengmengmeng_2010@126.com
摘 要：本系统采用单片机8051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。详细介绍了设计方案的目的和要求，芯片的信息，系统的结构图。并对各个模块的原理详细说明，给出了硬件框图和系统流程图。设计明了，实用性强，具有推广价值。 关键词：密码锁；单片机；8051；红外 中图分类号：TP271+.5
1 引言
在日常生活和工作中，住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。目前门锁主要用弹子锁，其钥匙容易丢失；保险箱主要用机械密码锁，其结构较为复杂，制造精度要求高，成本高，且易出现故障，人们常需携带多把钥匙，使用极不方便，且钥匙丢失后安全性即大打折扣[1]。
2 设计方案的目的和要求
2.1 设计目的
（1）学习串行通信的原理和应用。 （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。 2.2 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： （1）能实现遥控开锁，遥控距离8~10m。 （2）具有修改密码、加密和较强的抗干扰能力。 2.3 扩展功能
（1）密码输入出错能立即报警。 （2）能实现本机键盘开锁。
3 主要元器件介绍
3.1 主控芯片8051
HMOS制造工艺的MCS-51单片机都采用40引脚的直插封装（DIP方式），制造工艺为CHMOS的80C51/80C31芯片除采用DIP封装方式外，还采用方型封装工艺。其中方型封装的CHMOS芯片有44只引脚，但其中4只引脚（标有NC的引脚1、12、23、34）是不使用的。除有特殊说明以外，所述内容皆适用于CHMOS芯片。在单片机的40条引脚中有2条专用于主电源的引脚，2条外接晶体的引脚，4条控制或与其它电源复用的引脚，32条输入/输出（I/O）引脚[2]。
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3.2 红外发射器和红外接收头
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红外线属于一种电磁射线，其特性等同于无线电或X射线。人眼可见的光波是380nm-780nm，发射波长为780nm-1mm的长射线称为红外线.尽管肉眼看不到这种光线，但利用红外线发送和接收装置却可以发送和接收红外线信号，实施红外线通讯。利用红外线通讯无需连线，只需将两设备的红外线装置对正即可传输数据。红外线通讯方向性很强，适用于近距离的无线传输。红外遥控器电路主要由：集成发射芯片、晶体振荡器、红外线发射管、推动晶体三极管、导电橡胶等组成[3]。
红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。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。 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。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。
遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式可以分成脉冲宽度调制和脉冲相位调制两大类. 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”.上述“0”和“1”组成的42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。
将电信号的转换成为红外线光信号的核心器件是一只红外线发光二极管。它是由特殊的半导体材料制成，在它两脚加上电压它就能发出不同颜色的可见光。红外线发光二极管是一种特殊的发光二极管，与前者不同的是在它的两脚加上电压它发出的是红外线。当我们在它两脚加上的是脉冲电压时，它发出的就是脉冲光信号[3]。
红外线接收器，它是一种集红外线接收、放大、整形于一体的集成电路，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，没有红外遥控信号时为高电平，收到红外信号时为低电平，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。
光电信号转换器的核心器件是光电二极管，顾名思义它就是把光信号转换成为电信号的二极管。但是由于它输出的电信号很微弱，为了让主板能有效的利用电信号，必须在光电二极管与主板之间加上放大器。与前面的电光转换器不同的是，目前市面上有一种将放大器与光电二极管集成到一体的元件出售。
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4 系统构成框图
系统结构图如如图1所示：
红 外接收 红 显示 外
发
复位 射 器晶振
图1 系统结构图
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8051CPU 键盘 报警器 电磁锁 5 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）选择密码：我们将编好的密码程序存储在EPROM中，用户通过密码选择键---8051中
的P1.5口上的按键进行选择，具体操作过程如下：首先按一下P1.5口上按键,然后再逐渐输入号码,最后按”#”号确信即可.比如现在用户要是选择了57618这组数字作为密码,则用户只有首先按一下P1.5上的按键,接着在本机键盘上一一输入5、7、6、1、8、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。本设计中我们编入了两密码即：57618和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。
（2）密码输入有效显示：为了帮助用户确信是否有键按下，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-而是以发光二极管的亮灭来提醒用户是否有键按下。有键按下，发光二极管亮0.5秒，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。
（3）当用户键入正确密码后，再按确认键----“#”号，便会自动开锁。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57618，当键入第一个数字5后应在3秒内键入第二个数字7，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。
（4）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
（5）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，键入
正确密码，便会自动开锁；如果密码错误，同样也会报警。这是本设计优越性能之三。
6 利用红外线遥控原理
红处线发射/接收控制电路均采用8051单片机来实现，电路简单[4]，输出控制方式可选择，实用性强。体工作过程如下：
发射时：如图2， 首先，将从串行发射口P3.1送出的数据反馈到P1.1口时行内部调制,再从P1.2口送出,再经过红外发射二极管发射出去,发射距离为10m
接收时：如图3，采用与发射击队配套的红外接收头，将发射出的数据接收后送到串行
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中国科技论文在线 极管D2亮来表示，不相符则放弃，以发光二极管灭来表示。 http://www.paper.edu.cn 口P3.0中，再由系统进行确认接收数据是否与发送数据是否相符，相符则开锁，以发光二7 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所示 VCCQ12N2906S1SW-PB1234567813121514311918C120PY1CRYSTALC220P91716U1R101130P10P11P12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETRDWR8051P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P2739383736353433322122232425262728VD1PH303C3+20μFR102R10310K10KRXDTXDALE/PPSEN10113029图2 遥控发射 8 本机键开锁的工作原理 本机键开锁电路如图3所示，8051作为本电路的核心,P0口与P1.0、P1.1、P1.2外接本机键盘，P3.0口外接爱控接收头，P1.3口外接报警信号放大器，用来放大报警信号，驱动扬声器，P1.7口外接开锁电磁驱动电路，P1.5外接密码选择键,EPROM内存有两密码，P2.0口用发光二极管显示按键是否按下，本电路由遥控发射击队器、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，同时也采用了遥控器开锁。有以下功能： （1）当没有接收到遥控信号时，这时由键盘输入密码，当5位有效密码输入正确时按“#”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秒钟后，电路将自动恢复到初始闭锁状态。 -4-
中国科技论文在线 VCChttp://www.paper.edu.cn R15R16R17R18R19R20R21R22R23R24R255K5K5K5K5K5K5K5K5K470R26K1VCCU11234567813121514P10P11P12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETRDWRRXDTXDALE/PPSEN10113029D2LED8051P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P2739383736353433322122232425262728S18SW-PB#09576182S13SW-PBS14SW-PBS15SW-PBS16R29300SW-PBS17SW-PBS20SW-PBS21SW-PBS22SW-PBS23D1LEDRELAY-SPSTQ12N930R28LS1SPEAKERVCC3KQ22N13311911716C320PFC420PFS19SW-PBC7VCC20μF3SW-PB4S24SW-PBY112MVCCC5R311K1μF23GNDR27470R3010KVCCU21838OUT1图3 开锁电路图 （2）当5位有效密码输入正确，但没有按“#”号键确认时,这时电路将自动放弃,恢复到初始和闭锁状态。 （3）在输入5位有效密码时,必须按照先后序输入，如顺序错误或密码不对时，这时若不按“#”号确认，将无法开锁，并同时发出5秒钟的报警信号,用以提醒用户。 （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，首位密码正确输入后，电路将开始自动计时，每位密码数之间的输入间
隔在3秒内。否则将输入超时处理,系统自动放弃,恢复到初始状态。
9 遥控开锁的工作原理
当选择遥控开锁时，本机键便会.这时,用户手执遥控器按下图2，8051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“平调制，“1“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。
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10 程序设计
遥控发射程序框图4所示，遥控接收程序框图如图5所示：
开始 开始 http://www.paper.edu.cn
串行口初始化 串行口初始化 接收数据 发射键按 数据是否送数据到CPU串行口 接完数据送完 接收数据正确不处理返回主返回 进入开锁程序
图4遥控发射程序框图 图5遥控接收程序框图
11 结束语
本系统采用单片机8051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。具有软硬件设计简单，易于开发，成本较低，安全可靠，操作方便等特点，可应用于住宅、办公室的保险箱及档案柜等需要防盗的场所，有一定的实用性。
参考文献
[1] 石文轩,宋薇.基于单片机MCS一51的智能密码锁设计[M].武汉工程职业技术学院学报,2004,(01); [2] 祖龙起,刘仁杰.一种新型可编程密码锁[J].大连轻工业学院学报,2002,(01); [3] 叶启明.单片机制作的新型安全密码锁[J].家庭电子,2005,(10);
[4] 郭海英.基于单片机的电子安全密码锁的设计[M].现代电子技术,2005,(13);
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Sheng Mengmeng, Luo Wei, Ge Yibin
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Infrared Remote Control Electronic Lock Design
Electron Information Department of China University of Mine and Technology, Xuzhou, Jiangsu
(221008)
Abstract
The system uses microcomputer 8051 as a core component of this design, the use of infra-red remote control theory and microprocessor serial launch, then at other functions designed a have local and remote unlocking unlock the electronic lock. Described in detail the purpose and requirements of design, chip information, the system's structure chart. The principle and detailed description of each module is given the hardware block diagram and system flow chart. Design clear, practical, with a spread value.
Keywords: MCU; 8051; IR; lock
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