红外遥控密码锁

红外遥控密码锁第一章前言电子技术的飞速发展，给古老的锁具生产带来了巨大的变革，现代的电子技术与机械技术相结合，产生了一大批如声控锁、磁控锁、密码锁、遥控锁，指纹锁等先进的锁具。目前国内外密码锁系统的主要方向的发展是：接触式密码锁系统，非接触式密码锁系统，智能识别密码锁系统，但是他们都相应的存在着不同的缺点。例如：接触式密码锁系统成本较低，体积小，卡片本身无须电源，但使用不太方便，而且有接触磨损。相比之下，红外遥控密码锁系统的成本与接触式密码锁系统相当，而且可以进行近距离遥控，使用十分方便。而且它已经与PC机的数据库相结合，可以组成一套酒店房间的门禁管理系统。由于红外遥控具有许多优点，例如红外线发射装置采用红外发光二极管，遥控发射器易于小型化且价格低廉；采用数字信号编码和二次调制方式，不仅可以实现多路信息的控制，增加遥控功能，提高信号传输的抗干扰性，减少误动作，而且功率消耗低；红外线不会向室外泄露，不会产生信号串扰；反应速度快、传输效率高、工作稳定可靠等。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。所以红外线遥控是目前使用昀广泛的一种通信和遥控手段。在本设计中，红外遥控密码锁和PC机、数据库相结合，能够实现适时的、强大的管理，使得整个红外遥控系统得到更好的完善。1红外遥控密码锁第二章相关理论分析2．1IRDA标准简介1993年，由HP、COMPAQ、INTEL等二十多家公司发起成立了红外数据协会(InfraredDataAssociation,简称IrDA)，1993年6月28日，来自50多家企业的120多位代表出席了红外数据协会的首次会议，并就建立统一的红外通讯标准问题达成了一致。一年以后，第一个IRDA的红外数据通讯标准发布，即IRDA1.0。IRDA1.0简称为SIR(SerialInfraRed)，它是基于HP-SIR开发出来的一种异步的、半双工的红外通讯方式。SIR以系统的异步通讯收发器(UART)为依托，通过对串行数据脉冲的波形压缩和对所接收的光信号电脉冲的波形扩展这一编码解码过程(3/16EnDec)实现红外数据传输。由于受到UART通讯速率的限制，SIR的昀高通讯速率只有115.2Kbps[1]，也就是大家熟知的电脑串行端口的昀高速率。IRDA标准包括三个基本的规范和协议：物理层规范(PhysicalLayerLinkSpecification)、链接建立协议(LinkAccessProtocol:IrLAP)和链接管理协议（LinkManagementProtocol:IrLMP）。[1,2,3,4]图2-1IrBus红外线通信协议层Figure2-1IrbusInfraredCommunicationProtocol2红外遥控密码锁物理层规范制定了红外通信硬件设计上的目标和要求，IrLAP和IrLMP为两个软件层，负责对链接进行设置、管理和维护。在IrLAP和IrLMP基础上，针对一些特定的红外通信应用领域，IRDA还陆续发布了一些更高级别的红外协议，如TinyTP、IrOBEX、IrCOMM、IrLAN、IrTran-P和IrBus等等（见图2-1）。2．2红外通信基本原理红外遥控是单工的红外通信方式，本设计的红外遥控采用以通信方式为基础的红外遥控，而且本设计也使用了红外通信技术，故着重分析红外通信的基本原理。红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。它一般由红外发射和接收系统两部分组成。发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。红外线是波长在750nm至1mm之间的电磁波[5]，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。红外通信一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75um至25um之间。红外数据协会（IrDA）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得昀佳的通信效果，红外通信协议将红外数据通信所采用的光波波长的范围限定在850至900nm之内。红外通信的基本原理[6]是发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号（载波信号），通过红外发射管发射红外信号。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法。脉时调制（PPM）[7,8,9,10]是红外数据协会(IrDA)和国际电子电工委员会(IEEE)都推荐的调制方式，本设计采用脉时调制方法，即用两个脉冲串之间的时间间隔来表示二进制信息，数据比特的传送仿照不带奇偶校验的RS232通信[8]，首先产生一个同步头，然后接着8位数据比特，如图2-2所示。3红外遥控密码锁二进制数1二进制数0t3t1t2t1图2-2PPM调制波形图Figure2-2PPMModulateWave载波信号的频率f=38KHz，载波周期T=26.32us，本设计使用单片机软件产生载波，取T=26us，脉冲宽度t1=10T=260us，二进制数0的脉冲串周期t2=500us，二进制数1的脉冲串周期t3=1000us。普通的红外遥控采用面向指令的帧结构，数据帧由同步码，地址码和指令码组成，指令码长度多为8～16个比特，传送多字节遥控协议时效率偏低，而增加指令码的长度不利于接收器同步，为此本设计选用一种面向字节的帧结构，采用类似于异步串行通信的帧结构，每帧由一个起始位（二进制数0）、8个数据位和2个停止位（二进制数1）构成，如图2-8所示。每帧传送1个字节的数据，帧与帧间隔大于2ms，帧结构不含地址信息，寻址问题由高层协议解决[8]。数据位(8位)帧间隔……停止位数据帧停止位起始位图3-3数据帧结构示意图Figure3-3DataFrameStructure由于红外光存在反射,在全双工的方式下发送的信号也可能会被本身接收，因此，红外通信应采用异步半双工方式，即通信的某一方发送和接收是交替进行的。4红外遥控密码锁第三章系统设计3．1总体设计根据设计任务要求，本设计的系统结构框图如图3-1红外钥匙红外遥控门锁抄锁器通信接口计算机图3-1系统结构框图Figure3-1SystemStructure3．1．1计算机及酒店管理软件前台计算机及酒店管理软件管理整个红外遥控密码锁系统[11,12]，其功能分析如下：（1）客户申请入住开房，在前台计算机登记客户相关信息，安排房间，派放客房钥匙；（2）已入住客户申请退房，经管理员同意后系统注销登记；（3）管理员可以查询客房的宿情况、空房信息及开锁记录。（4）管理员可以更改读取红外钥匙中的信息，可以对门锁进行设置及读取锁中信息。（5）宾馆酒店管理数据统计及制表、打印。3．1．2通信接口组成及工作原理通信接口电路是连接前台计算机和红外钥匙、红外遥控门锁的的通信桥梁。它通过一个RS-232串行通信接口将红外钥匙和抄锁器连接到前台计算机。其结构框图如图3-2：RS-232-C标准是昀简单昀常用的串行通信标准[11]，该标准是美国电气工业协会(EIA)1969制订的。RS-232-C标准传输信号采用RS-232-C5红外遥控密码锁RS-232接口钥匙读写接口抄锁通信接口计算机通信接口图3-2通信接口结构框图Figure3-2CommunicationInterfaceStructure逻辑电平，与TTL（0～5V）、CMOS（0～15V）逻辑电平完全不同：逻辑0电平规定为+5V～+15V之间，逻辑1电平为-5V～-15V之间，因此，一般使用专用芯片把微处理器信号电平(TTL电平)转换为RS-232-C电平。该标准的传输速率只能达到20kb/s,昀大传输距离15m。RS-232-C通信口与计算机连接常用DB25插座和DB9插座，其接口连线分三种：信号线、握手线与地线。RS-232-C通信握手方式有两种：硬件握手和软件握手，常用的近距离通信采用软件握手方式，三根数据线和地线就可以连接起来通信。3．1．3红外钥匙(遥控器)组成及工作原理红外钥匙是红外遥控密码锁的遥控器部分，红外钥匙内部存储了房间号、用户名及密码等信息。其结构框图如图3-3：单片机数据存储图3-3红外钥匙结构框图Figure3-3InfraredKeyStructure低压报警低压检测键盘红外发射钥匙读写通信红外钥匙采用软件编码方式，取代传统的专用芯片编码。在待机状态下，整个红外钥匙系统工作在完全掉电方式，当有键盘按下，系统上电工作，首先进行低电压检测，如电压偏低，发出电压低警告；然后识别用户命令，如是开锁命令，则从存储器中读取用户名和密码等信息，经红外线调制后发射出去。6红外遥控密码锁3．1．4抄锁器组成和工作原理抄锁器是前台计算机与红外遥控门锁进行信息交换的通道，是对门锁进行管理维护的工具。其结构框图如图3-4：红外发射红外接收单片机上位机通信时钟显示键盘数据存储图3-4抄锁器结构框图Figure3-4LockReaderStructure抄锁器与红外遥控门锁之间的通信采用红外线通信方式，与前台计算机的酒店管理软件系统之间的通信采用RS-232-C串口通信。抄锁器系统的时钟信息由实时时钟（RTC）提供，数据保护采用可断电保存信息的E2PROM存储器。红外遥控门锁的初始化工作由抄锁器完成。前台计算机酒店管理软件系统首先把门锁身份资料下载到抄锁器，然后管理员手持抄锁器到客房门前，将门锁身份资料掉出，经红外线发射给红外遥控门锁系统。抄锁器还可以对红外遥控门锁的时钟进行校时。当需要查看某个门锁的开锁记录时，可手持抄锁器到指定的门锁读取门锁中的开锁记录，上传至酒店管理软件系统的数据库中。3．1．5红外遥控门锁组成和工作原理[11]红外遥控门锁负责开门/关门，采集开锁记录。其结构框图如图3-5：单片机实时时钟红外发射红外接收开锁驱动声光报警数据存储图3-5红外遥控门锁结构框图Figure3-5InfraredLockStructure7红外遥控密码锁待机状态下，红外遥控门锁系统工作在完全掉电状态，整个系统除了实时时钟电路和红外检测开关外，均不加电。当有检测到有红外线时，打开电控开关，系统上电工作，开始接收红外线数据。接收完数据后，对数据进行分析，如数据有错，则丢弃数据，不做处理，延时后系统掉电；如数据正确，则分析命令，如是开锁命令，则驱动开锁，并将开锁时间、钥匙身份作为开锁记录存入E2PROM中，在需要时将开锁记录通过抄锁器上传到前台计算机中作统一管理。8红外遥控密码锁第四章硬件设计方案4．1方案论证与比较4．1．1红外编码和发射部分方案一：专用芯片解决方案。专用红外编码芯片种类很多，如日本三菱公司的M50426AP、PT2262、BL9148、ZD6631等，此类芯片一般集载波振荡、编码、发射于一体，具有很强的抗干扰能力，外围电路简单，使用很方便，而且价格也很低。通用的遥控器上大多使用此类专用芯片。但是，专用芯片也有致命的弱点：专用芯片的应用灵活性很差，其内部编码已经固定，无法修改内部数据，不适用于经常需要改动传送数据的场合；专用芯片几乎都是面向指令型的编码遥控方式，传输效率较低；大多数的专用芯片的内部编码及技术数据已经公诸于世，会产生安全漏洞。方案二：微处理器与专用芯片组合解决方案，见图4-1。图4-1PT2262红外编码发射电路Figure4-1PT2262Coding&TransmittingCircuit9红外遥控密码锁该方案由微处理器与专用编码芯片PT2262组合完成编码工作[14]，载波产生由MC4011与38KHz晶振一起构成，振荡产生38KHz方波。PT2262的功能是让待发射数据以6位为一体的方式并行发出。PT2262把6位并行数据转换成串行数据，减轻编程负担，使传输速度更快。PT2262的A6/D0～A11/D5共6个复用端口全部用作数据口，则PT2262自动把微处理器送出的6位数据变成串行数据从Dout口发出。该方案可由微处理器任意制定密码位数、编码解码算法和同步信号，大大提高了数据保密度。其缺点是由于使用了PT2262，增加了硬件成本和电路复杂