基于MSC-51单片机红外线电子密码锁

1基于MSC-51单片机红外线电子密码锁一、【摘要】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,古老的机械锁安全性能差，容易被破坏，给管理和使用带来了很多的不便。而电子技术的发展解决了这个问题。红外线抗干扰能力强、使用方便、工作可靠等优点，本系统采用AT89C51单片机为核心接收和发送，采用AT24C02可擦除寄存器存储密码，设计了6位密码控制密码锁的开、关。同时用APR9600语音芯片提示密码存储状态及效果。该系统可靠性高，成本低，操作方便等特点。第1节前言本系统采用单片机技术实现红外线遥控设置密码控制锁头，具有性能可靠，电路简单，成本低廉，安全稳定等特点。1.1、单片机的发展概述单片机是在一块集成电路芯片上集中了继电器、存储器、运算器和输入输出端口的微型计算机，它体积小，耗电省，它以高性价比和灵活性，在工业控制仪器仪表和家电领域得到了广泛的应用。即使是在PC机以286、386、Pentium、PⅢ等高速更新换代的同时，单片机依然保持旺盛的生命力。MCS-51系列单片机是应用最广泛的单片机，许多新型的单片机，在硬件和软件上都与MSC-51系列单片机兼容。目前，单片机分为通用型和专用型两种。MCS-51系列单片机通用型的单片机，通用型的单片机把开发资源全部公开，用户可以根据自己的应用系列进行设计，适用面广，应用灵活。单片机位数是指单片机一次能够处理的数据的宽度，如4位机的MSM64155A，8位机的8051兼容系列，16位机的MSP430系列等。目前4位、8位、16位的单片机同时并存，都有自己的市场。8位和16位机的应用领域最广，目前在国内仍是主流。存储器包括程序和数据存储器，与的单片机没有程序存储器。除了容量之外还有类型之分，如ROM、RAM、EPROM、E2PROM、FLASHheOPT型数据存储器。现在很多单片机的存储器使用FLASHROM、FLASHRAM，可以再线擦写，断电后数据可以保存很长时间。1.2、电子密码锁的概述电子技术与机械技术的结合，产生了一大批的密码锁如声控锁,磁控锁,密码锁,遥控锁,指纹锁等先进的锁具，目前我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。本系统采用AT89C51做为遥控和处理的核心，发射采用红外发光二极管，遥控器制作简单，成本低廉。1.3、本系统的运用和实际意义对于工业控制微机系统来说输入设备键盘几乎是必不可少的。遥控技术经历了有线遥控、无线电波遥控，现今的红外遥控,技术已相当成熟,功能越来越强,运行越来越稳定,应用越来越广泛。先进的遥控技术配合单片机运用到工业控制中去,那么,控制系统的操作将变得更容易、更快捷、更方便、更安全。本系统是基于AT89C51制作的红外线遥控电子密码锁。因为本系统发射部分和接收部分都是使用AT89C51芯片控制，发射的波形简单和接收也稳定，由于本系统键盘采用无线方式,所以他不仅可以近距离的控制，它所构成的单片机还可以方便地满足一些需要远距离控制的场合,以及一些特殊场合,例如:单片工业控制微机系统在一个密封的容器内,通过玻璃小窗进行参数输入或控制、单片工业控制微机周围环境不适宜用户近距离操作等等。1.3、本系统设计任务及要求1.3.1、设计任务设计一款基于AT89C51单片机的红外线电子密码锁21.3.2、设计要求（1）、遥控器部分采用AT89C51为核心红外发光二极管为发射头软件控制发射波形（2）、接收部分AT89C51为核心采用一体化接收头接收AT89C51为核心解码控制1.3.3、所具备功能本系统所设计的电子密码锁主要功能有：按开锁键输入六位正确密码能开锁，能修改密码，能够在掉电的情况下存储密码，语音提示，能够在误输入密码后取消所输入数据并开锁。第2节电子密码锁的硬件设计本系统的硬件设计主要包括单片机AT89C51、红外线发射电路、一体化接收头、AT24C02掉电存储单元设计，语音提示单元设计。在硬件设计过程中，充分利用各个部件的功能实现红外线电子密码锁的设计。2.1、系统的硬件构成及功能2.1.1、遥控器部分单片机AT89C51有丰富的I/O接口，控制灵活，实现键盘的连接和发射电路的发射功能红外线遥控器的单片机控制方案如下图（一）所示。他由以下部分组成：单片机AT89C51、键盘控制电路、和发射电路等电路组成。（1）、遥控器发射电路设计遥控发射器的电路原理图如附录中所示，其中P0口和P2口用作键盘扫描端口，制作14个功能操作键，第9脚为单片机的复位脚，采用简单的RC上电复位电路；15脚作为红外线遥控器的输出口，用于输出38KHZ载波编码，18、19脚接12MHZ晶振。P0口需要接上拉电阻。具体电路如附录的电路图。（2）、简单的键盘接口每个键盘独立地与单片机的I/O线直接相连就构成了简单的键盘。如图所示下图所以示。键与键之间的工作状态互不影响。简单按键可以根据需要的灵活地设计，每个键占一根线，软件编写简单方便。P0口和P2口接一上拉电阻，扫描P0口和P2口判断是否有键按下，有键按下时通过查键并执行键功能3程序。（3）、红外线发射电路遥控器信息码由AT89C51单片机定时器1中断产生38MHZ的红外线方波信号，由P3.5口输出，经过三极管9013放大，由红外线发射管发送。改变R1的大小可以改变发射距离。系统的程序设计2.1.2、接收部分红外线接收的单片机控制方案如图（二）所示。他由以下部分组成：一体化红外线解手头、锁头电路、AT89C51单片机电路、AT24C02掉电存储控制、APR9600语音提示控制。和LED模拟显示电路。单片机AT89C51不但具有丰富的I/O接口，还能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能。（1）、接收头部分本系统采用HS-IR红外一体化接收头接收遥控器发送的波形，它是远距离一体化红外接收头，他是一种集红外接收、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入与TTL电平信号兼容的所以工作，没有红外遥控信号时为高电平，收到海外信号时为低电平，而且和普通的塑封三极管大小一样，它适合各种红外线遥控和红外线数据传输，它可以直接将信号输出到微处理器解码，具有高的接收灵敏度和长的接收距离，该器件为底电压和低功率，其调制频率为37.9KHZ，40KHZM56KHZ。工作电压为2.5V~7.5V。他有三个引脚，包括供电脚，接地和信号输出脚。红外接收头内部放大器的增益很大，很容易引起干扰，因此在接收头的供电脚上须加上滤波电容，一般在10uf以上。在供电脚和电源之间接入1K欧电阻，进一步降低电源干扰具体电路如下中电路图所示。当红外线接收器件接收到发射器的红外指令信号时，接收头将红外信号变成电信号，再经过放大、整形后发送到AT89C51的INT0端，由CPU完成解码处理，并进行识别，以控制密码所的工作，工作电路如下图所示：4（2）、锁头控制锁头电磁铁控制部分：锁头控制部分包括输出驱动、继电器、电磁铁和锁头。电路图如下所示。控制信号由AT89C51的P.3口输出，经过驱动管9012，控制继电器动作，进而控制电磁铁带动锁头，实现开、关的控制。继电器并联二极管电路：电路形式见图3，主要是为了保护晶体管等驱动元器件。当图中晶体管VT由导通变为截止时，流经继电器线圈的电流将迅速减小，这时线圈会产生很高的自感电动势与电源电压叠加后加在VT的c、e两极间，会使晶体管击穿，并联上二极管后，即可将线圈的自感电动势钳位于二极管的正向导通电压，此值硅管约0.7V，锗管约0.2V，从而避免击穿晶体管等驱动元器件。并联二极管时一定要注意二极管的极性不可接反，否则容易损坏晶体管等驱动元器件。(3)、语音提示部分由APT9600语音录放芯片和喇叭组成。APR9600语音芯片采用模拟技术的一款音质好，噪音低，不怕断电、可反复录放的新型语音电路，单片电路可录放32~60S，串行控制时可分256段以上，并行控制时最大可分8段。APR9600驱动、停止信号CE由AT89C51的P2.7控制，模式信号MSEL1/2接高电平为并行控制，分八段，每段最大7.5S；录放选择信号接高电平为放音方式。录音电路如下图所示：52.3、AT24C02引脚图及其引脚功能AT24C02芯片引脚配置如图3所示。一体化接收头6图3AT24C02引脚配置图AT24C02芯片DIP封装，共有8个引脚，其引脚说明如下表：2.3.1、AT24C02时序图（1）、要读写AT24C02，读写周期和所写的程序时序很主要，下是AT24C02的周期范围和其时序图：读写周期范围其时序图如下：72.3.2、本系统中AT24C02掉电存储单元的设计掉电存储单元的作用是在电源断开的时候，存储当前设定的单价信息。AT24C02是ATMEL公司的2KB字节的电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到2.5V，额定电流为1mA，静态电流10Ua(5.5V)，芯片内的资料可以在断电的情况下保存40年以上，而且采用8脚的DIP封装，使用方便。其电路如图4所示。8图4掉电存储电路原理图图中R8、R10是上拉电阻，其作用是减少AT24C02的静态功耗，由于AT24C02的数据线和地址线是复用的，采用串口的方式传送数据，所以只用两根线SCL（移位脉冲）和SDA（数据/地址）与单片机传送数据。每当设定一位密码，系统就自动调用存储程序，将密码信息保存在芯片内；当系统重新上电的时候，自动调用读存储器程序，将存储器内的密码等信息，读到缓存单元中，供主程序使用。2.3、APR9600介绍台湾公司最新推出的APR9600语音录放芯片，是继美国ISD公司以后采用模拟存储技术的又一款音质好、噪音低、不怕断电、可反复录放的新型语音电路，单片电路可录放32-60秒，串行控制时可分256段以上，并行控制时最大可分8段。与ISD同类芯片相比它具有：价格便宜，有多种手动控制方式，分段管理方便、多段控制时电路简单、采样速度及录放音时间可调、每个单键均有开始停止循环多种功能等特点，同时保留了ISD2500芯片的一些特点，都是DIP28双列直插塑料封装，。2.3.1、APR9600芯片管脚说明AT24C02芯片引脚配置如下图所示，其管脚说明如下表（一）所示。表（一）为管脚功能说明。管脚功能管脚功能1、/M1第一段控制或连续录放控制（低电平有效）15、SP-外接喇叭负端2、/M2第二段控制或快进选段控制（低电平有效）16、VCCA模拟电路正电源93、/M3第三段控制（低电平有效）17、MICIN话筒输入端4、/M4第四段控制（低电平有效）18、MICREF话筒输入基准端5、/M5第五段控制（低电平有效）19、AGC自动增益控制端6、/M6第六段控制（低电平有效）20、ANA-IN线路输入端7、OSCR振荡电阻21、ANA-OUT线路输出端（话筒放大器输出端）8、/M7第七段控制及片溢出指示（低电平有效）22、STROBE工作期间闪烁指示灯输出端（低电平有效）9、/M8第八段控制（低电平有效）及操作模式选项23、CE复位/停止键或启动/停止键(高电平有效)10、/BUSY忙信号输出（工作时出0，平时为1）24、MSEL1模式设置端11、BE键声选择（接1为有键声，0则无）25、MSEL2模式设置端12、VSSD数字电路电源地26、EXTCLK外接振荡频率端（用内部时钟时接地）13、VSSA模拟电路电源地27、/RE录放选择端（0为录音、1为放音）14、SP+外接喇叭正端28、VCCD数字电路正电源2.3.2、APR9600操作模式设置功能表APR9600操作模式表MSEL1(24脚MSEL2(25脚/M8(9脚有效键/M1-8为段控制键/CE多为停止、复位键功能（以60秒计）010/1/M1、/M2、CE并行控制，分二段，每段最大30秒100/