數(shù)電課程設(shè)計(jì)---電子密碼鎖

1、<p><b>　　電子技術(shù)</b></p><p><b>　　課 程 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　　光 控 報 警 電 路</p><p>　　系 、 部： 機(jī)電工程學(xué)院 </p><p><b>　　摘要</b></p>

2、<p>　　電子電路設(shè)計(jì)常用的方法是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，一般都包括設(shè)計(jì)法案提出、方案驗(yàn)證、方案修改3個階段。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法通常采用手工接實(shí)驗(yàn)電路來完成，往往需要經(jīng)過試驗(yàn)和修改的反復(fù)過程，直到設(shè)計(jì)出正確的電路。隨著電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)了在計(jì)算機(jī)平臺上的EDA（電子設(shè)計(jì)自動化）技術(shù)，這種技術(shù)除了具有強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能外，還具有測試、仿真分析、管理等功能。在“EDA桌面設(shè)計(jì)環(huán)境”下用計(jì)算機(jī)來完成電路的系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)和仿真。用VHDL

3、可以更加快速、靈活地設(shè)計(jì)出符合各種要求的密碼鎖,優(yōu)于其他設(shè)計(jì)方法。VHDL是一種符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)的硬件描述語言,其最大的特點(diǎn)是借鑒高級程序設(shè)計(jì)語言的功能特性,</p><p>　　對電路的行為與結(jié)構(gòu)進(jìn)行高度抽象化、規(guī)范化的形式描述,并對設(shè)計(jì)的不同層次、不領(lǐng)域的</p><p>　　模擬驗(yàn)證與綜合優(yōu)化等處理,使設(shè)計(jì)過程廷到高度自動化。</p><p>　　關(guān)鍵詞 電子

4、密碼鎖 電壓比較器 555單穩(wěn)態(tài)電路 計(jì)數(shù)器 JK觸發(fā)器 UPS電源。</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　隨著人們生活水平的提高，如何實(shí)現(xiàn)家庭防盜這一問題也變的尤其的突出，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖由于其構(gòu)造的簡單，被撬的事件屢見不鮮，電子鎖由于其保密性高，使用靈活性好，安全系數(shù)高，受到了廣大用戶的親睞。</p><p>　

5、　設(shè)計(jì)本課題時構(gòu)思了兩種方案：一種是用以AT89C2051為核心的單片機(jī)控制方案；另一種是用以74LS112雙JK觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路控制方案?？紤]到單片機(jī)方案原理復(fù)雜，而且調(diào)試較為繁瑣，所以本文采用后一種方案。</p><p><b>　　2 總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)思路</b></p>&

6、lt;p>　　共設(shè)了9個用戶輸入鍵，其中只有4個是有效的密碼按鍵，其它的都是干擾按鍵，若按下干擾鍵，鍵盤輸入電路自動清零，原先輸入的密碼無效，需要重新輸入；如果用戶輸入密碼的時間超過40秒（一般情況下，用戶不會超過40秒，若用戶覺得不便，還可以修改）電路將報警80秒，若電路連續(xù)報警三次，電路將鎖定鍵盤5分鐘，防止他人的非法操作。</p><p><b>　　2.2總體方框圖</b>&l

7、t;/p><p><b>　　3 設(shè)計(jì)原理分析</b></p><p>　　電路由兩大部分組成：密碼鎖電路和備用電源(UPS)，其中設(shè)置UPS電源是為了防止因?yàn)橥ｋ?lt;/p><p>　　造成的密碼鎖電路失效，使用戶免遭麻煩。</p><p>　　密碼鎖電路包含：鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測、開鎖電路、執(zhí)行電路、報警電路、鍵盤

8、輸入次數(shù)鎖定電路。</p><p>　　3.1 鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測、開鎖及執(zhí)行電路 . </p><p>　　其電路如下圖1所示：</p><p>　　圖1 鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測、開鎖、執(zhí)行電路</p><p>　　開關(guān)K1~K9是用戶的輸入密碼的鍵盤，用戶可以通過開關(guān)輸入密碼，開關(guān)兩端的電容是為了提高開關(guān)速度，電路先

9、自動將IC1~IC4清零，由報警電路送來的清零信號經(jīng)C25送到T11基極，使T11導(dǎo)通，其集電極輸出低電平，送往IC1~IC4，實(shí)現(xiàn)清零。 </p><p>　　密碼修改電路由雙刀雙擲開關(guān)S1~S4組成（如圖2所示）, 它是利用開關(guān)切換的原理

10、實(shí)現(xiàn)密碼的修改。例如要設(shè)定密碼為1458，可以撥動開關(guān)S1向左，S2向右，S3向左，S4向右，即可實(shí)現(xiàn)密碼的修改，由于輸入的密碼要經(jīng)過S1~S4的選擇，也就實(shí)現(xiàn)了密碼的校驗(yàn)。本電路有16組的密碼可供修改。</p><p>　　圖2 密碼修改電路 </p><p>　　由兩塊74

11、LS112（雙JK觸發(fā)器，包含IC1~IC4）組成密碼檢測電路。由于IC1處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，當(dāng)用戶按下第一個正確的密碼后，CLK端出現(xiàn)了一個負(fù)的下降沿，IC1計(jì)數(shù)，Q端輸出為高電平，用戶依次按下有效的密碼，IC2~IC3也依次輸出高電平，送入與門IC5，使其輸出開鎖的高電平信號送往IC13的2腳，執(zhí)行電路動作，實(shí)現(xiàn)開鎖。</p><p>　　執(zhí)行電路是由一塊555單穩(wěn)態(tài)電路（IC13），以及由T10、T11組成的達(dá)

12、林頓管構(gòu)成。若IC13的2腳輸入一高電平，則3腳輸出高電平，使T10導(dǎo)通，T11導(dǎo)通，電磁閥開啟，實(shí)現(xiàn)開門，同時T10集電極上接的D5（綠色發(fā)光二極管）發(fā)亮，表示開門，20秒后，555電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，電磁閥停止工作，以節(jié)電。其中電磁閥并聯(lián)的電容C24使為了提高電磁閥的力矩。</p><p><b>　　3.2 報警電路</b></p><p>　　報警電路實(shí)現(xiàn)的功能是

13、：當(dāng)輸入密碼的時間超過40秒（一般情況下用戶輸入不會超過），電路報警80秒，防止他人惡意開鎖。</p><p>　　電路包含兩大部分，2分鐘延時和40秒延時電路。其工作原理是當(dāng)用戶開始輸入密碼時，電路開始2分鐘計(jì)時，超出40秒，電路開始80秒的報警。如圖3所示</p><p><b>　　圖3 報警電路</b></p><p>　　有人走近門時

14、，觸摸了TP端(TP端固定在鍵盤上，其靈敏度非常高，保證電路可靠的觸發(fā))，由于人體自身帶的電，使IC10的2腳出現(xiàn)低電平，使IC10的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，其3腳輸出高電平，T5導(dǎo)通(可以通過R12控制T1的基極電流)，其集電極接的黃色發(fā)光二極管D3發(fā)光，表示現(xiàn)在電子鎖處于待命狀態(tài),T6截止，C4開始通過R14充電(充電時間是40秒,此時為用戶輸入密碼的時間，即用戶輸入密碼的時間不能超過40秒，否則電路就開始報警, 由于用戶經(jīng)常輸入密碼，而且知

15、道密碼，一般輸入密碼的時間不會超過40秒)，IC2開始進(jìn)入延時40秒的狀態(tài)。 </p><p>　　開始報警:當(dāng)用戶輸入的密碼不正確或輸入密碼的時間超過40秒，IC11的2腳電位隨著C4的充電而下降,當(dāng)電位下降到1/3Vcc時(即40秒延時結(jié)束時候),3腳變成高電位(延時時是低電平),通過R15使(R15的作用是為了限制T7的導(dǎo)通電流防止電流過大燒毀三極管)T7導(dǎo)通,其集電極上面接的紅色發(fā)光二極管D4發(fā)亮,表示當(dāng)

16、前處于報警狀態(tài),T8也隨之而導(dǎo)通,使蜂鳴器發(fā)聲,令賊人生怯,實(shí)現(xiàn)報警.</p><p>　　停止報警:當(dāng)達(dá)到了80秒的報警時間，IC10的6,7腳接的電容C5放電結(jié)束,IC10的3腳變成低電平,T5截止,T6導(dǎo)通,強(qiáng)制使強(qiáng)制電路處于穩(wěn)態(tài)，IC11的3腳輸出低電平,使T7,T8截止,蜂鳴器停止報警；或者用戶輸入的密碼正確，則有開鎖電路中的T10集電極輸出清除報警信號，送至T12（PNP），T12導(dǎo)通，強(qiáng)制使T7基極

17、至低電位，解除報警信號。</p><p>　　3.3 報警次數(shù)檢測及鎖定電路</p><p>　　若用戶操作連續(xù)失誤超過3次，電路將鎖定5分鐘。其工作原理如下：當(dāng)電路報警的次數(shù)超過3次，由IC9（74161）構(gòu)成的3位計(jì)數(shù)器將產(chǎn)生進(jìn)位，通過IC7，輸出清零信號送往74161的清零端，以實(shí)現(xiàn)重新計(jì)數(shù)。經(jīng)過IC8（與門），送到IC12（555）的2腳，使3腳產(chǎn)生5分鐘的高電平鎖定脈沖（其脈沖可

18、由公式T=1.1RC計(jì)算得出），經(jīng)T9倒相，送IC6輸入端，使IC6輸出低電平，使IC13不能開鎖，到鎖定的目的。電路圖如下圖4所示：</p><p>　　圖4 報警次數(shù)檢測及鎖定電路</p><p>　　3.4 備用電源電路</p><p>　　為了防止停電情況的發(fā)生，本電路后備了UPS電源，它包括市電供電電路，停電檢測電路，電子開關(guān)切換電路，蓄電池充電電路和蓄

19、電池組成。其電路圖如下圖5所示：</p><p>　　220V市電通過變壓器B降壓成12V的交流電,再經(jīng)過整流橋整流,7805穩(wěn)壓到5V送往電子切換電路，由于本電路功耗較少，所以選用10W的小型變壓器。</p><p><b>　　圖5 電源電路</b></p><p>　　由R8，R9，R6，R7及IC14構(gòu)成電壓比較器，正常情況下，V+&

20、lt;V- IC14輸出高電平，繼電器的常閉觸點(diǎn)和市電相連；當(dāng)市電斷開，V+>V- IC14輸出高電平，由T3，T4構(gòu)成的達(dá)林頓管使繼電器J開啟，將其常開觸電將蓄電池和電路相連，實(shí)現(xiàn)市電和蓄電池供電的切換，保證電子密碼鎖的正常工作（視電池容量而定持續(xù)時間）。其電路圖如下圖6所示：</p><p>　　圖6 停電檢測及電子開關(guān)切換電路</p><p>　　T1，T2構(gòu)成的蓄電池自動充電

21、電路，它在電池充滿后自動停止充電，其中D1亮為正在充電，D2為工作指示。由R4，R5，T1構(gòu)成電壓檢測電路，蓄電池電壓低，則T1，T2導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)對其充電；充滿后，T1，T2截止，停止充電，同時D1熄滅，電路中C4的作用是濾除干擾信號。其電路圖如圖7所示：</p><p>　　圖7 蓄電池自動充電電路 </p><p><b>　　4 總結(jié)與體會</b></

22、p><p>　　以上為實(shí)習(xí)期間所設(shè)計(jì)的電子密碼鎖電路，它經(jīng)過多次修改和整理，以是一個比較不錯的設(shè)計(jì)，可以滿足人們的基本要求，但因?yàn)樗接邢?，此電路中也存在一定的問題，譬如說電路的密碼不能遺忘，一旦遺忘，就很難打開，這可以通過增加電路解決，但過于復(fù)雜，本次設(shè)計(jì)未其中；用開關(guān)作74LS112的CLK脈沖，不是很穩(wěn)定，可以調(diào)換其它高速開關(guān)或計(jì)數(shù)脈沖；電路密碼只有16種可供修改，但由于他人不知道密碼的位數(shù)，而且還要求在規(guī)定的

23、時間內(nèi)按一定的順序開鎖，所以他人開鎖的幾率很小；電路中未加顯示電路，但可通過其它數(shù)字模塊實(shí)現(xiàn)這一功能。這需要一段時間的進(jìn)一步改進(jìn)，如果有好的意見，希望老師給以支持。</p><p>　　通過這三周的學(xué)習(xí)，我感覺有很大的收獲：首先，通過學(xué)習(xí)使自己對課本上的知識可以應(yīng)用于實(shí)際，使的理論與實(shí)際相結(jié)合，加深自己對課本知識的更好理解，同時實(shí)習(xí)也段練了我個人的動手能力：能夠充分利用圖書館去查閱資料，增加了許多課本以外的知識。

24、能對protel 99、和EWB等仿真軟件操作，能達(dá)到學(xué)以致用。對我們學(xué)生來說，理論與實(shí)際同樣重要，這是我們以后在工作中說明自己能力的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　在實(shí)習(xí)中，我感受到了老師對學(xué)生的那種悔人不卷的精神，每天的固定時間，老師都來給我們指導(dǎo)，使我們少走彎路，順利完成實(shí)習(xí)任務(wù)，請?jiān)试S我向你們致意崇高的敬意，感謝你們，老師！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)<

25、;/b></p><p>　　[1] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）[M].北京:高等教育出版社,1998</p><p>　　[2] 梁宗善.新型集成塊應(yīng)用[M].武漢:華中理工大出版社,2004</p><p>　　[3] 潘新民王燕芳. 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù). 電子工業(yè)出版社. 2003年</p><p><b>　　致

26、 謝</b></p><p>　　經(jīng)過為期一個多月的課程設(shè)計(jì)，我們順利完成課程設(shè)計(jì)，感謝各位老師的指導(dǎo)以及我們團(tuán)隊(duì)的默契配合。本文是在指導(dǎo)老師侯老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從課程設(shè)計(jì)的選題、具體設(shè)計(jì)到說明書的最后完稿所取得的每一點(diǎn)成績都傾注了老師的心血。指導(dǎo)老師嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度、淵博的學(xué)識、對事業(yè)執(zhí)著追求的精神以及對本人在學(xué)習(xí)、生活等各方面無微不至的關(guān)懷和幫助，都將使我終生受益。值此說明書完成之際，謹(jǐn)向指