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基于红外远程控制与MCU的电子锁设计
薛章成 中国厦门大学自动化院 xuezhangcheng@126.com
吴顺祥 中国厦门大学自动化院 wsx1009@163.com
摘要
目前，具有报警功能的键盘式电子锁逐步取代传统的机械锁，克服了传统机械锁的包含很少几个密码和缺乏可靠性的缺点，但键盘式电子锁在技术和性能方面取得了很大的进步。本文代表一类基于AT89S51芯片开发的远程受控电子锁。这种类型的锁有两个输入设备，其中一个是4 * 3的架构在锁上的矩阵键盘，另一种是一个远程控制器，其也具有4 * 3 矩阵式键盘。我们可以使用它们其中的一些键去打开锁或改变我们已经设置的密码。在本次设计中，我采用红外线作为传输中介，因为红外线有着很强的抗干扰能力，能够稳定的传输信息。
关键词：MCV电子锁红外遥控；LCD1602。
I.简介
此设计是基于单个芯片，使用的4 * 3键盘和红外线遥控器作为输入，当你操作的时候，LCD1602可以显示步骤信息。此设计可以实现密码修改和报警。当要求复位密码时，有必要确保密码是否正确，否则会发出声响，提醒您密码是错误的。在这个设计中，密码的长度限制在6位数，就像银行的ATM机。如果你想通过，就必须输入正确的密码。
II.设计框架模块
该设计包括六个模块：主要控制器模块，LCD1602模块，4 * 3的键盘模块，红外遥控模块，报警模块，解锁仿真模块。
主控制器模块：一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机芯片，该器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储器技术，与标准通用的MCS-51系统兼容。一个8位通用的中央处理单元和ISP闪存单元是集成在该芯片中的。
液晶显示模块：LCD1602是一个字符液晶显示器，是一种点阵液晶显示器，专为显示字母，数字，符号等等。就经济和实践这方面而言，采用LCDl602是足够满足在LCD上显示字符的要求的。
4 * 3键盘模块：由于MCU的I / O端口是有限的，根据矩阵键盘实现电路.用这种方法，我们就可以在键盘上设计出足够的按键，却不占用MCU太多的端口。
红外遥控模块：该设计采用一种通用的TV遥控器作为输入装置，该装置能提供一个大范围的红外编码格式，所以我们使用编码脉冲宽度调制。
报警模块：在本设计中，选择蜂鸣器鸣响警告。单片机通过端口P3.2输出一个方波脉冲驱动音频扬声器。
解锁指令：在本设计中，1选择使用LED灯来模拟锁的状态.当我们密码通过，LED灯将点亮，代表解锁成功。
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AT89S51 单片机 |
图1 设计框架
A矩阵键盘设计
垂直线通过电阻连接 5V电源.当没有按键按下时，垂直线是高电平状态，否则，情况和与按键交叉的水平线相同。起初，水平线是低电平，当我们检查垂直线的不同情况时，即是指按钮被按下，此时我们存储状态端口P2.4-P2.6，那么我们计划使端口P2.0-P2.3处在高电平状态，在此期间检查端口P2.4-P2.6的不同状态，当它发生变化，我们就存储端口P2.0-P2.3的状态.用这种方法，我们就会知道哪个按键被按下，因为我们已经记录了端口P2.0〜P2.6的状态.不同的按键有不同的编码格式，键盘处理任务是：首先，确定是否按下按键，然后检查哪个按钮被按下，通过编程，获得键码的信息，所有的键码如下表所示：
表1 键码真值表
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EE |
DE |
BE |
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ED |
DD |
BD |
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EB |
DB |
BB |
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E7 |
D7 |
B7 |
图2 4*3键盘电路
B.红外遥控的设计
1）LC7461的简介
目前，有很多芯片专为传输红外线，在可编码格式方面主要分为两大类：PWM和PPM。在这里，我们采用了比较容易调节的PWM的LC7461芯片。当按下红外控制器的按键，它会发送出某些包含有关信号编码信息的信号.该信号具有以下特征：所述PWM脉冲宽度持续0.56ms，间隔0.56ms，用1.12ms时间间隔代表二进制“0”; PWM脉冲宽度持续0.56ms，间隔1.68 ms。 用2.24ms时间间隔代表二进制“1”。以上提及的“0”和“1”由42位二进制代码组成，包含在38kHz频率调制中，用于二次发射时增大效率减少功耗，然后通过红外二极管发射出去。
图3 信号组成
2）红外接收器
红外线接收器，是一个包括一系列具有接收、放大和整形功能的，无需任何外部元件的，所有工作都和TTL电平兼容的集成电路。它适合于各种红外遥控器和红外信号发射器。红外线接收器以产生中断的方式传输解调信号到AT89S51单片机芯片。注意：当没有红外线信号时，输出端口处于高电平，所以我们接收到的信号和之前发送出去的信号是不同的。
3）红外信号的解码
当我们收到一个包含以9ms开始的低电平和以4.5ms开始的高电平的同步信号时，这意味着我们准备解码数据。解码的关键是如何确定“0”和“1”。根据信号的形成，我们发现，“0”和“1”的定义是以0.56ms的低电平开始的，它们之间唯一的区别是高电平的带宽，“0”比特为0.56ms，“1”比特为1.68ms，所以我们延时0.9ms来比较当前电平用于识别该比特位，流程图如下：
获得数据编码
获得反码数据
延迟4.5ms准备读数据
反码数据是否和数据编码相反
延迟9ms检查是否高电平
访问解码程序
开始
否
是 否
是
输出数据编码
根据数据编码转向有关程序
结束
图4 解码流程图
C.主电路的设计
根据分析设计，单片机电子锁的硬件电路如下图所示。 PO端口连接LCDl602的8位数据总线，同时，PO端口被连接到8位共阳数码管的端口，端口PO.l点亮闪光灯。 P2端口接4*3的矩阵键盘电路，同时P2.5，P2.6和P2.7端口分别连接RS，RW，LCD1602的E-port端口。蜂鸣器报警由P3.2端口输出提示。
图5 信号的形成
Ⅲ 结果
根据设计，操作结果如下图所示：
图6 解锁界面
当我们想重置密码，首先，该系统检查密码是否正确，如果密码是正确的，我们可以进行下一步，否则系统产生警告。
图7 修改密码画面
图8 重设密码画面
Ⅳ 结论
在这个信息时代，在我看来，该设计在我们日常生活中扮演着重要的角色，不久之后将取代传统的机械锁。尽管有些地方仍需改善，我也将会做进一步的研究来提升它的性能。
致谢
本文作者很感谢匿名读者仔细读完原稿并给出有用的建议以及修改，这个项目由国家十一五科技项目（2007BAK34- B04）、中国国家自然科学基金（60704042）和厦门大学的985创新计划工程（2004-2007）项目组共同支持。
参考文献
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[2] Zhou Jing. PROTEUS based on the single-chip system and circuit design and simulation. [M]. Beijing : Beijing University of Aeronautics and Astronautics Press.
[3] Han Zhij un. Single-chip design applications - Getting Started guide and design examples. [M]. Machinery Industry Press
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[5] Peng Wei, Huang Ke, Lei Daozhong . Typical single-chip system design example. [M]. Beijing: Press of Electronics Industry. 2006:299-323.
[6] Ding Yuanjie . Principle and Application of single-chip computer. [M]. Beijing: China Machine Press .2005:45-51.
[7] C51 Compiler UserS Guide.[M] . Keil Elektronik GmbH .And Keil Software .Inc.2000.
[8] Atmcl Corporation. 8-bit Microcontroller With4K Bytes In-System Programmable Flash.[M].AtmeICorporation .2001.
[9] MCS-5l family of single chip microcomputers users manual.[M] .1981
红外遥控密码锁在工控机械参数管理中的应用
小元，潘玉良，宁在英：遥感与地球科学学院，杭州师范大学浙江省城市湿地与区域变化重点实验室
中国杭州
电子邮件: ylpan001@126.com
摘要
采用特殊红外遥控编码和软件解码技术的红外遥控密码锁系统，是用来解决管理应用和任意改变等并发症的问题，为了工业机械参数的管理。本文介绍了硬件电路原理的设计思想以及软件的解码过程。红外遥控技术操作简单、抗干扰能力强。实践证明，该密码锁系统具有电路简单、可靠性高、成本低、操作方便等优点，得到了广泛的推广和应用。
关键词：红外遥控密码锁；单片机；软件解码；PT2262-IR
Ⅰ引言
在一些大的工业生产环境中，通常有大量的机床在同一时间工作，包括注塑机、数控机床等。每个机床，不同的产品要求，需要手动设置不同的工作参数与HMI（人机界面）。一些参数只能由授权人员设置和更改；一些非标准操作由普通操作人员操作，所以会导致系统产生一些意想不到的后果。目前，一般的解决方案是设置一个输入密码的参数设置界面，以防止未经授权的操作员带来的操作改变，然而它 仍然有自身和安全方面的缺点。
红外遥控是一种广泛使用的通信和远程控制的方法，因为其具有的定向要求、点对点特征，以及它不干扰其他电气设备或影响周边环境的原因。在专用机床上安装红外线遥控密码锁来管理生产参数，只有专业的操作人员配备专用遥控器可以调整相应的参数，从而提高批量机床参数管理的物理安全性。
Ⅱ 硬件组成
红外遥控密码锁由红外发射器和红外接收器组成[1]。在不同的硬件设计中，红外接收器的解码不同将被解决。硬件解码需要特殊的远程控制解码器与专用编码器相匹配，并且其后的商品成本将上升。软件解码不需要考虑编码器的类型，只需通过软件的方式来检测发射码信息。对于解码速度，密码锁可以满足应用的需要，以及简化电路、高可靠性和低成本的特殊功能[ 2 ]。本文主要是探讨软件解码的理想。
系统结构如图1所示。当遥控按钮按下时，红外遥控编码器将输出一个由地址引脚和数据引脚组成的特殊调制的编码波形。编码波形通过驱动电路，最后由红外发射二极管发射。红外遥控接收模块将放大和解调接收到的信号，然后输入到闪存MCU，软件解码后，闪存MCU辨别遥控按钮的类型，并且对应的控制负载。
红外
发射器
红外编码
按键操作
图1 系统结构
A
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资料编号：[147943]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
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