采用AT89C2051和AT89S52單片機實現(xiàn)紅外遙控電子密碼鎖的設計

隨著科學技術(shù)的進步和社會經(jīng)濟的發(fā)展，電子密碼鎖取代傳統(tǒng)的機械鎖已成為一種必然的趨勢。以往基于單片機的密碼鎖系統(tǒng)，直接將編好的密碼程序存儲在片內(nèi)EPROM中，但不易實現(xiàn)密碼的修改；如要完成修改密碼功能，多采用片外串行E2PROM實現(xiàn)。本文研究并設計的一種基于單片機的紅外遙控電子密碼鎖，不但具有普通密碼鎖智能控制上鎖、開鎖、報警等特點，而且在不擴展E2PROM的情況下，可以實現(xiàn)8位密碼任意修改的功能，節(jié)省了硬件資源，減小了系統(tǒng)體積，這是本設計的一個創(chuàng)新點。另外還增加了遙控開鎖的特點。所以該系統(tǒng)不但成本低、保密性強，更適用于那些正常人體不宜接近的特殊場合，比如高輻射區(qū)、高傳染區(qū)等。

1 系統(tǒng)硬件設計方案

1．1 系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)主要由紅外發(fā)射模塊和本機處理接收模塊兩部分構(gòu)成，系統(tǒng)總體設計框圖如圖1所示。發(fā)射模塊和本機處理接收模塊的核心分別采用AT89C2051和AT89S52單片機。紅外信號的收發(fā)通過串口進行通信，兩部分的串口工作方式及通信波特率的設置相同。

AT89C2051單片機是AT89C51的一種精簡版本，只有20個引腳，體積?。痪哂?．7～6 V的寬電壓工作范圍；具備低功耗空閑和掉電模式。該單片機滿足本系統(tǒng)低電壓供電、低功耗、方便隨身攜帶的要求。

在本機處理接收模塊中，采用了AT89S52單片機，該單片機有3個定時器。設置密碼和按鍵開鎖時，均設計了按鍵間隔超過3s自動復位的功能，分別采用定時器T0和T1定時實現(xiàn)；定時器T2設置串口通信波特率。

1．2 紅外發(fā)射模塊的設計

紅外發(fā)射模塊僅僅是一手持遙控器，由AT89C2051單片機及鍵盤電路、按鍵K及紅外發(fā)光二極管組成。發(fā)射電路原理圖如圖2所示。

發(fā)射模塊設置的密碼必須與本機接收模塊相同（設置密碼方法見2．2．1節(jié)），所設密碼保存在RAM存儲器的31H～38H單元。在待機狀態(tài)下，系統(tǒng)工作在空閑方式，當按鍵K按下時，系統(tǒng)上電工作，依次發(fā)送密碼信號。這樣做的優(yōu)點是，密碼不但能跟隨主機任意改動，而且遙控開鎖時，僅按一鍵就可完成開鎖，方便了用戶。

1．3 本機處理接收電路的設計

本機處理接收電路的控制核心是AT89S52單片機。外接鍵盤電路、紅外接收電路、開鎖電路、報警電路和按鍵指示電路等，電路原理圖如圖3所示。

1．3．1 紅外接收電路的設計

紅外接收電路中使用一體化紅外接收頭TLl838接收紅外信號。TLl838集紅外接收和放大于一體，不需任何外接元件，就能完成從紅外接收到輸出與TTL電平兼容的所有工作，而體積和普通的塑封三極管大小一樣。TL1838的輸出波形如圖4所示。當接收到頻帶內(nèi)的紅外信號時，TLl838會輸出低電平，否則數(shù)據(jù)高電平，從而將“時斷時續(xù)”的紅外信號解調(diào)成原來的連續(xù)方波信號。

1．3．2 報警電路的設計

報警電路采用了蜂鳴器發(fā)聲模擬報警，蜂鳴器接在CPU的引腳P2．1上，通過NPN型三極管做電流放大，通過單片機控制蜂鳴器的頻率及蜂鳴時間。當輸入錯誤的密碼進行開鎖時，由P2．1口輸出高電平使得NPN型三極管9014導通，蜂鳴器兩端加電，由蜂鳴器發(fā)出3 s的報警聲，當連續(xù)三次出現(xiàn)密碼錯誤時，系統(tǒng)將長時間報警，有效起到了防盜作用。

1．3．3 電源電路的設計

電源部分使用LM7805芯片進行穩(wěn)壓后提供單片機5 V的電壓，其電路如圖5所示。主要采用家用交流電，同時采用9 V電池作為備用電源。這樣做的優(yōu)點是，即使斷電也不至于無法開鎖。

1．3. 4 其他外圍電路的設計

由于AT89S52單片機有4個并行輸入輸出口，硬件資源比較充足，鍵盤電路采用了相對簡單的獨立式按鍵；電路中用一繼電器控制一綠色發(fā)光二極管代替具體的鎖，當密碼正確時，開鎖5 s，然后自動上鎖；P2．O口接一紅色發(fā)光二極管，用其亮與滅來提醒用戶按鍵是否按下。這樣既巧妙地提醒了用戶又有效地保護了密碼。

2 系統(tǒng)軟件設計及實現(xiàn)

軟件部分的設計基于匯編語言，采用模塊化設計思想，以主程序為核心設置了多個功能模塊子程序。主程序主要起到一個導向和決策功能，決定什么時候系統(tǒng)該做什么，系統(tǒng)的各種功能主要是通過調(diào)用具體的子程序來實現(xiàn)。

2．1 紅外發(fā)射模塊程序的設計

發(fā)射模塊的編碼與調(diào)制工作是由軟件編程實現(xiàn)的。當按鍵K按下時，密碼信號依次送往數(shù)據(jù)緩沖器SBUF，然后利用“0”電平調(diào)制、“1”電平不調(diào)制的方法，將二進制信號調(diào)制成頻率為38．5 kHz的間斷脈沖串信號，通過P3．O口輸出，驅(qū)動紅外發(fā)光二極管，最后以波長940 nm的紅外光發(fā)出紅外遙控信號。紅外發(fā)射模塊程序流程圖如圖6所示。

38．5 kHz已調(diào)波的實現(xiàn)是依據(jù)匯編語言具有嚴格的指令周期來實現(xiàn)的，低電平與高電平均持續(xù)13個機器周期，這里采用的時鐘晶振是12 MHz，所以產(chǎn)生的調(diào)制波的精確頻率為38．46 kHz。

2．2 本機接收處理模塊程序的設計

本機處理部分可以實現(xiàn)密碼設置和修改、本機按鍵開鎖、按鍵提示、密碼錯誤報警、超次提示、遙控開鎖和按鍵之間超過3 s自動復位等所有的功能。本機處理的主程序流程圖如圖7所示。

2．2．1 密碼設置子程序的設計

系統(tǒng)只有內(nèi)部上電復位的時候才能設置或者修改密碼。當系統(tǒng)復位時，即進入了等待用戶按鍵設置新密碼狀態(tài)，用戶輸入的8位密碼依次保存在RAM存儲單元的41H～48H單元。當8位密碼設置完成后，蜂鳴器鳴響1 s提示密碼已成功設置。當按鍵開鎖時，輸入的密碼依次和RAM存儲器中41H～48H單元的數(shù)相比較，只要有1位不相同，門鎖不但不能打開，而且還發(fā)出報警信號。

2．2．2 按鍵間隔超時的判斷及復位

前文提到了當按鍵間隔超過3 s有自動復位的功能，設置密碼和按鍵開鎖時分別采用定時器T0和T1來實現(xiàn)。兩定時器均設為50 ms定時中斷，連續(xù)產(chǎn)生60次中斷的時間是3 s。當確實有鍵按下并彈起時，打開相應定時器中斷并允許其計數(shù)。假如在下一按鍵按下時，發(fā)生定時中斷還不到60次，則定時器停止計數(shù)并重設計數(shù)初值及定時中斷次數(shù)；如果在下一按鍵按下之前，定時器已發(fā)生60次中斷，表示3 s已到，則系統(tǒng)自動進行軟件復位。設置密碼時按鍵間隔超時的復位程序代碼如下：

以上程序當執(zhí)行完RETI指令后，PC指針指向0000H，程序從地址0000H處開始執(zhí)行，即實現(xiàn)了軟件復位。

當鍵盤開鎖時，如果按鍵間隔超過3 s，這時的程序“復位”并不是從地址0000H處執(zhí)行，而是回到“密碼設置結(jié)束提示音”后的那一條指令處開始執(zhí)行，利用單步執(zhí)行指令的方法得到了此條指令的地址：0FC00H。

3 結(jié)語

該設計的亮點在于沒有擴展任何E2PROM的情況下，實現(xiàn)了任意修改密碼的功能，且采用軟件復位的方法取消無效按鍵。通過對本系統(tǒng)設置密碼、鍵盤開鎖、紅外遙控開鎖等各方面的情況進行試驗測試，驗證了系統(tǒng)的精確性和安全性。實驗證明該系統(tǒng)成本低、可靠性高，值得推廣與應用。

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