1、目目 錄錄第一章第一章 緒論緒論.11.1 引言.11.2 紅外通信基本原理.21.3 設計要求.3第二章第二章 系統設計系統設計 .42.1 通信接口組成及工作原理.42.2 紅外鑰匙（從機）組成及工作原理.52.3 紅外遙控門鎖（主機）組成及工作原理.52.4 紅外鑰匙（從機）與紅外遙控門鎖（主機）之間的通訊協議 .6第三章第三章 方案選擇和論證方案選擇和論證.73.1 紅外編碼和發射模塊.73.2 紅外解碼和接收模塊.83.3 紅外鑰匙（從機）子系統設計.113.4 數據存儲模塊設計.113.5 紅外遙控門鎖子系統設計.153.6 紅外遙控電子密碼鎖的總體原理圖和 pcb 板圖設計.17

2、3.7 電路的仿真.20第四章第四章 系統軟件設計系統軟件設計.224.1 keil uvision 2 軟件簡介.224.2 系統功能子程序.22第五章第五章 系統調試系統調試 .305.1 調試儀器.305.2 整體調試.305.3 硬件單元調試.305.4 軟件調試.31第六章第六章 結論結論.32致致 謝謝.33參考文獻參考文獻 .34附附 錄錄.35附錄 1 主要元器件清單.35附錄 2 程序清單.36紅外電子密碼鎖【摘要】：隨著社會科技和人們的生活水平的提高，如何實現家庭防盜這一問題也變的尤其的突出，傳統的機械鎖由于其構造的簡單，被撬的事件屢見不鮮，電子鎖由于其保密性高，使用靈活性

3、好，安全系數高，受到了廣大用戶的親呢。紅外電子密碼鎖是一種以高強度密碼序列為基礎，在單片機上實現的密碼開關。它以紅外光作為信息媒體，從而實現了遙控，也可以配備一個結構簡單的接觸式通訊接口，堅固并且防損。該鎖具有使用方便、操作簡單、價格低廉等特點，給人們的生活帶來了極大方便。特別適用于那些正常人體不宜接近的特殊場合，比如高輻射區、高傳染區等。關鍵詞關鍵詞 : : 紅外線紅外線 遙控遙控 電子密碼鎖電子密碼鎖 單片機單片機infraredinfrared electronicelectronic locklockabstractabstract :with the scientific and t

4、echnological community and peoples living standards, how to achieve family security issues that have become prominent in particular, the traditional mechanical lock because of its simple structure, the prize was not uncommon events, electronic lock because of its secrecy, flexibility in the use of g

5、ood safety factor, by the vast number of users qinne. infrared electronic locks is a high-strength code sequence based on the realization of the single-chip switch password. it infrared light as an information media, in order to achieve the remote control can also be equipped with a simple contactle

6、ss communications interface, strong and loss prevention. the lock has a user-friendly, simple, inexpensive, and other characteristics of peoples lives a great convenience. especially suitable for those close to a normal human would not be appropriate for special occasions, such as high-radiation are

7、as, high-transmission areas. keykey wordswords :infra-red:infra-red remoteremote controlcontrol electronicelectronic lockslocks microcontrollermicrocontroller0第一章第一章 緒論緒論1.1 引言鎖是置于可啟閉的器物上,用以關住某個確定的空間范圍或某種器具的,必須以鑰匙或暗碼打開的扣件。鎖具發展到現在已有一百多年的歷史了，人們對它的結構、機理也研究得很透徹，因此，不用鑰匙就能打開的方法和工具也層出不窮。現代人類文明社會里，由于社會中各種矛盾

8、沖突十分劇烈，人們的思想道德觀念，價值觀念，文化修養水平等差異，群眾中良莠不齊，善良的人們能夠自覺規范自已的行為， “非禮不為” ，雖無鑰匙亦不會亂闖。然而，那些毫無道德觀念的盜賊卻想方設法利用高科技手段撬門開鎖，使廣大居民防不勝防。為什么會出現這種情況呢？因為傳統鎖具都存在致命的弱點：第一、 鎖芯采用常見的銅、鋁、鋅等材料，抵抗不了強力破壞;第二、 鎖具制作工藝，技術落后，無法阻止技術手段的開啟。目前，市場上很多國內外的鎖具，實際上都不具備真正的防盜功能。在慣偷面前，兩根鋼絲或幾件簡單的工具就可以把這些鎖打開，有的慣偷甚至公開揚言：“沒有我打不開的鎖。 ”其實，不是他們多高明，而是一般鎖具技

9、術原理太過簡單。面對這一殘酷的現狀，新時代提出了鎖具必須革命的迫切的要求。隨著社會科技的進步，鎖已發展到了密碼鎖、磁性鎖、電子鎖、激光鎖、聲控鎖等等。在傳統鑰匙的基礎上，加了一組或多組密碼，不同聲音，不同磁場，不同聲波，不同光束光波，不同圖像。 （如指紋、眼底視網膜等）來控制鎖的開啟。從而大大提高了鎖的安全性，使不法之徒無從下手，人們也就能對自身財產安全有了更多的保障。本設計就是其中的一種，紅外遙控電子密碼鎖。本設計是利用紅外傳輸為途徑，方便遠距離開鎖，不用像傳統鎖那樣一定要將鑰匙插進鎖里才能開啟；利用單片機來隨機產生密碼并加密，防止了在開鎖時被人中途攔截了密碼信息而復制出另外的鑰匙來，這是因

10、為密碼是隨機產生的，每次開鎖的具體密碼均是不一樣的，所以就算竊取了上次開鎖的密碼也是不能將鎖打開。本設計的最大特點就在于采用了雙單片機的雙向通訊，密碼是在鎖與鑰匙兩邊均有加密的，從而杜絕了開鎖信息被盜取的可能性。該設計具有使用方便、操作簡單、價格低廉等特點，特別適用于那些正常人體不宜接近的特殊場合。 11.2 紅外通信基本原理紅外遙控是單工的紅外通信方式，本設計的紅外遙控采用以通信方式為基礎的紅外遙控，而且本設計也使用了紅外通信技術，故著重分析紅外通信的基本原理。 紅外通信是利用紅外技術實現兩點間的近距離保密通信和信息轉發。它一般由紅外發射和接收系統兩部分組成。發射系統對一個紅外輻射源進行調制

11、后發射紅外信號，而接收系統用光學裝置和紅外探測器進行接收，就構成紅外通信系統。 紅外線是波長在750nm至1mm之間的電磁波，它的頻率高于微波而低于可見光，是一種人的眼睛看不到的光線。紅外通信一般采用紅外波段內的近紅外線，波長在0.75um至25um之間。紅外數據協會（irda）成立后，為了保證不同廠商的紅外產品能夠獲得最佳的通信效果，紅外通信協議將紅外數據通信所采用的光波波長的范圍限定在850至900nm之內。 紅外通信的基本原理是發送端將基帶二進制信號調制為一系列的脈沖串信號（載波信號） ，通過紅外發射管發射紅外信號。常用的有通過脈沖寬度來實現信號調制的脈寬調制（pwm）和通過脈沖串之間的

12、時間間隔來實現信號調制的脈時調制（ppm）兩種方法。脈時調制（ppm）是紅外數據協會(irda)和國際電子電工委員會(ieee)都推薦的調制方式，本設計采用脈時調制方法，即用兩個脈沖串之間的時間間隔來表示二進制信息，數據比特的傳送仿照不帶奇偶校驗的rs232通信，首先產生一個同步頭，然后接著8位數據比特，如圖1-1所示。圖1-1 ppm調制波形圖載波信號的頻率 f=38khz，載波周期t=26.32us，本設計使用單片機軟件產生載波，取t=26us，脈沖寬度t1=10t=260us，二進制數0的脈沖串周期t2=500us，二進制數1的脈沖串周期t3=1000us。 普通的紅外遙控采用面向指令的

13、幀結構，數據幀由同步碼，地址碼和指令碼組成，2指令碼長度多為816個比特，傳送多字節遙控協議時效率偏低，而增加指令碼的長度不利于接收器同步，為此本設計選用一種面向字節的幀結構，采用類似于異步串行通信的幀結構，每幀由一個起始位（二進制數0） 、8個數據位和2個停止位（二進制數1）構成，如圖2-8所示。每幀傳送1個字節的數據，幀與幀間隔大于2ms，幀結構不含地址信息，尋址問題由高層協議解決。 圖2-2 數據幀結構示意圖由于紅外光存在反射,在全雙工的方式下發送的信號也可能會被本身接收，因此，紅外通信應采用異步半雙工方式，即通信的某一方發送和接收是交替進行的。 1.3 設計要求1.3.1 基本要求通過

14、紅外遙控，單片機之間的串口通信來實現近距離遙控開鎖。利用軟件來加密和解密，加強密碼的安全性。鎖和鑰匙要成配套，不同套之間的鑰匙和鎖不能使用。要有鑰匙丟失之后，可將該鑰匙報廢的功能。1.3.2 說明 紅外通信元件不限，其安裝位置及安裝方式自定。 紅外傳輸要有 1m 以上的距離。 單片機類型不限，經濟實用，性價比高為上。 單片機內的序列號是產品在出廠時就已經設定，無法更改。3第二章第二章 系統設計系統設計根據設計任務要求，本設計的系統結構框圖如圖2-1 計算機通信接口紅外遙控門鎖（主機）紅外鑰匙（從機）圖2-1 系統結構框圖2.1 通信接口組成及工作原理通信接口電路是連接前臺計算機和紅外鑰匙、紅外

15、遙控門鎖的的通信橋梁。它通過一個rs-232串行通信接口將紅外鑰匙和紅外遙控門鎖連接到計算機。其結構框圖如圖2-2： rs-232-c標準是最簡單最常用的串行通信標準，該標準是美國電氣工業協會(eia)1969制訂的。rs-232-c標準傳輸信號采用rs-232-c 計算機通信 接 口rs232接 口紅外鑰匙讀寫接口紅外遙控門鎖讀寫接口圖2-2 通信接口結構框圖邏輯電平，與ttl（05v）、cmos（015v）邏輯電平完全不同：邏輯0電平規定為+5v+15v之間，邏輯1電平為-5v-15v之間，因此，一般使用專用芯片把微處理器信號電平(ttl電平) 轉換為rs-232-c電平。該標準的傳輸速率

16、只能達到20kb/s,最大傳輸距離15m。 rs-232-c通信口與計算機連接常用db25插座和db9插座，其接口連線分三種：信號線、握手線與地線。 rs-232-c通信握手方式有兩種：硬件握手和軟件握手，常用的近距離通信采用軟件握手方式，三根數據線和地線就可以連接起來通信。 42.2 紅外鑰匙（從機）組成及工作原理紅外鑰匙是紅外遙控密碼鎖的遙控器部分，紅外鑰匙內部存儲了本套系統的序列號、注冊及加密方法等信息。其結構框圖如圖2-3： 單 片 機數據存儲紅外發送紅外接收軟件看門狗圖2-3 紅外鑰匙結構框圖紅外鑰匙采用軟件編碼方式，取代傳統的專用芯片編碼。在待機狀態下，整個紅外鑰匙系統工作在完全掉

17、電方式，當有鍵盤按下，系統上電工作，發射一個信息給主機，然后接收了主機發過來的隨機密碼信息，再將接收到的休息加密經紅外線調制后發射出去。 2.3 紅外遙控門鎖（主機）組成及工作原理紅外遙控門鎖是整套系統的主控部分，其內部包含了本套系統的序列號及其識別方法、注冊信息、隨機密碼的產生機制和解密從機密碼及郊驗等信息。其結構框圖如圖24：單 片 機數據存儲軟件看門狗紅外發送紅外接收顯示開鎖驅動圖2-4 紅外遙控門鎖結構框圖待機狀態下，紅外遙控門鎖系統工作在完全掉電狀態，整個系統除了實時時鐘電路和紅外檢測開關外，均不加電。當有檢測到有紅外線時，打開電控開關，系統上電工作，開始接收紅外線數據。收到信息后就

18、產生一個隨機數發送給從機，當接收到經過從機將發過去的隨機數與本套系統序列叫加密后的信息，就解密并檢驗解密后的序列號是否正5確，否就繼續等待，是就通過。2.4 紅外鑰匙（從機）與紅外遙控門鎖（主機）之間的通訊協議第一步：從機：“我來了” ； 主機：“誰啊”m1（隨機數） ；第二步：從機：m1 與序列號（一套鑰匙與鎖唯一且獨一的固定號碼，出廠時固加硬件上的）加密后得到 n1,發數 n1； 主機：n1 與 m1 解密后得到序列號，比較序列號是否相同，不同繼續等待握手，相同時，發送“密碼”m2（隨機數） ；第三步：從機：m2 與密碼加密后得到 n2,發送 n2； 主機：n2 與 m2 解密后得到密碼，

19、密碼相同則繼續，不同繼續等待握手，相同時發送“新的密碼”新的密碼；第四步：從機：保存密碼，將密碼再返回給主機； 主機：密碼對了，發送“結束” ，開鎖；不對，再發送密碼； 從機：結束。注冊協議：第一步：同上；第二步：不同時同上；相同時，發送“注冊啦”密碼；第三步：從機：保存密碼，將密碼返回給主機； 主機：密碼對了，注冊完畢，發送“結束 ” ，不對重發。6第三章第三章 方案選擇和論證方案選擇和論證3.1 紅外編碼和發射模塊方案一：專用芯片解決方案。 專用紅外編碼芯片種類很多，如日本三菱公司的m50426ap、pt2262、bl9148、zd6631等，此類芯片一般集載波振蕩、編碼、發射于一體，具有

20、很強的抗干擾能力，外圍電路簡單，使用很方便，而且價格也很低。通用的遙控器上大多使用此類專用芯片。 但是，專用芯片也有致命的弱點：專用芯片的應用靈活性很差，其內部編碼已經固定，無法修改內部數據，不適用于經常需要改動傳送數據的場合；專用芯片幾乎都是面向指令型的編碼遙控方式，傳輸效率較低；大多數的專用芯片的內部編碼及技術數據已經公諸于世，會產生安全漏洞。 方案二：微處理器與專用芯片組合解決方案，見圖3-1。 圖3-1 pt2262紅外編碼發射電路該方案由微處理器與專用編碼芯片pt2262組合完成編碼工作，載波產生由mc4011與38khz晶振一起構成，振蕩產生38khz方波。 pt2262的功能是讓

21、待發射數據以6位為一體的方式并行發出。pt2262把6位并行數據轉換成串行數據，減輕編程負擔，使傳輸速度更快。pt2262的a6/d0a11/d5共6個復用端口全部用作數據口，則pt2262自動把微處理器送出的6位數據變成串行數據從dout口7發出。 該方案可由微處理器任意制定密碼位數、編碼解碼算法和同步信號，大大提高了數據保密度。其缺點是由于使用了pt2262，增加了硬件成本和電路復雜性。 方案三：微處理器單獨解決方案。電路如圖4-2所示。1kr4rpotq22n3906q12n3906vccds3led0pl2tx2kr3res12kr7res1圖3-2 軟件編碼發射電路該方案使用微處理器

22、的i/o口直接產生38khz已調波，驅動紅外發光二極管，發射紅外數據。38khz方波由cpu的定時器產生或由軟件編程產生。 紅外編碼工作由軟件完成，因此，紅外編碼方案可以任意設計，外部只需配接非常簡單的硬件電路，大大降低了了電路的復雜性，有利于降低成本，減小遙控器的體積。 由于使用軟件編碼方案，占用了cpu的一定的時間，cpu處理速度 受到一定的影響，但是，對于遙控器這一類功能比較單一的系統來說，處理任務比較少，根本影響不了cpu的處理效率，僅僅是增加了軟件編程的負擔。 經比較，方案三既可滿足題目要求，電路又非常簡單，硬件成本又很低，僅僅是增加了軟件的編程負擔，使得紅外編碼非常靈活，所以采用該

23、方案。 3.2 紅外解碼和接收模塊方案一：分立元件解決方案，電路如圖3-3所示。 圖中rd1為紅外接收管；r3、r4，vt1構成反相放大器；vt2、r5、c2構成濾波器，濾掉38khz的高頻載波；r6、r7、vt3構成整形電路， 8圖3-3 低電壓紅外接收電路將濾波后的波形處理為較好的方波；c1、c3為耦合電容；r2為限流電阻，當接收到較強的信號是保護vt1。 該方案最大的優點是供電電壓比較低，可用兩節電池3v電壓供電。 但是，由于電路使用分立元件構成，其穩定性和抗干擾能力不高，影響紅外數據傳輸的準確性。 方案二：集成電路解決方案，電路如圖3-4所示。 該方案使用一體化紅外接收器，集紅外接收和

24、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。 123p3一一 一一一vccrx10kr10res1圖3-4 tl1838接收電路tl1838一體化接收頭的簡介：tl1838的管腳分布如圖4-5所示，2腳、3腳分別為地電源和地，1腳是解調信號輸出，其電平與ttl兼容。tl1838系列特性如下：38khz 寬電壓一體紅外接收頭9作電壓：2.75.5v工作電流：1.4ma距離：15m頻率：38k角度：45波長：940nm鐵殼：有 tl1838是黑色環氧聚光透鏡，濾除了可見光的干擾。內含紅外線pin接收管、選頻放大器和解調器。 當

25、紅外線發射器發出的信號經空間傳送到tl1838時，它內部的pin紅外線接收管將紅外線轉換為電信號，該信號經選頻放大、解調后由1腳輸出與ttl電平兼容的電信號，該信號可以直接送入微處理器進行處理。 tl1838的輸出波形如圖3-6所示。當接收到頻帶內的紅外信號時，tl1838接收器會輸出低電平，否則數據高電平，從而“將時斷時續”的紅外信號解調成原來的連續方波信號。 圖3-6 (a) 已調制紅外信號 (b) tl1838輸出信號tl1838的優點是穩定性好，抗干擾能力很強，外圍電路非常簡潔，成本又不高，適用于各種紅外遙控和紅外數據傳輸，是替代其它紅外接收放大器的理想元件。而且它的10工作電壓是2.

26、75.5v，有效傳輸距離為15m,是一款性價比很高的紅外一體化接收頭。經比較，方案二既可滿足題目要求，電路又非常簡單，硬件成本又很低，通過軟件編程，使得紅外編碼非常靈活，所以采用該方案。 3.3 紅外鑰匙（從機）子系統設計根據紅外遙鑰匙（從機）的功能需求和總體設計方案，建立紅外鑰匙（從機）的邏輯框圖，如圖3-7所示。 紅外遙控器（鑰匙）的硬件特點： 硬件以美國atmel公司的at89c2051為控制核心，dip-20封裝，體積小，功能齊全，工作電壓范圍2.7v6v；（考慮到價格等因素，實驗用at89s52） 設置電壓監控功能，當電源電壓低于2.75v時，產生一下下降沿脈沖，向單片機申請電壓低中

27、斷； 低功耗控制電路管理整個系統的電源，待機狀態下，低功耗控制電路關閉整個系統的電源，系統功耗幾乎為零； at24c01紅外接收紅外發送開關按鍵看門狗5v電源圖3-7 紅外遙控器邏輯框圖3.4 數據存儲模塊設計由于紅外鑰匙（從機）大部分時間工作的掉電狀態下，因此，有必要對紅外鑰匙（從機）正常工作所需的數據進行保護，例如紅外鑰匙（從機）本身的序列號和加密程序，由于實驗所有的單片機內存儲空間有限，所以本設計采用了串行eeprom at24c02，電路原理圖如圖3-8所示。 11圖3-8 數據存儲電路紅外鑰匙（從機）的加密程序和主機產生的密碼存放在 at24c02 中，當需要更改或讀取密碼時，只需對

28、 at24c02 里的數據更改或讀取。該電路要注意的是 scl、sda 必須加上一上拉電阻，阻值為 10k。 3.4.1at24c01 芯片介紹：at24c01 是美國 atmel 公司生產的 i2c 串行 e2prom。它為可用電擦除、可編程只讀存儲器，自定時寫周期，包括自動擦除時間不超過 10ms，典型時間為 5ms。芯片 2.7v至 6v 的工作電壓，可擦寫 100 萬次，數據保存可長達 100 年， 提供 8 腳 dip 和 soic封裝。at24c01 允許在一個寫周期內同時對 1 字節到 1 頁的若干字節進行編程寫入，一頁的大小取決于芯片內寄存器的大小。 3.4.1.1 管腳介紹：

29、 wp：寫保護。將該管腳接 vcc，e2prom 就實現寫保護（只讀） 。將該管腳接地或懸空，可以對器件進行讀寫操作scl：串行時鐘腳串行輸入輸出數據時，該腳用于輸入時鐘。 sda：串行數據/地址輸入腳雙向串行數據/地址腳，用來輸入輸出數據。該腳為射 （漏）極開路輸出，需接上拉電阻。 a0a1a2：片選或頁選地址輸入。用于芯片尋址。at24c01 內部無連接。 3.4.1.2 器件地址的約定： 主器件在發送啟動命令后開始傳送，主器件發送相應的從器件的地址，8 位從器件地址的高 4 位固定為 1010。接下來的 3 位（見圖 4-11）用來定義存儲器的地址，對于12at24c02 位無意義。最后

30、一位為讀寫控制位。 “1”表示讀操作， “0”表示寫操作。 圖 3-9 at24c01 從器件尋址3.4.1.3 應答信號 每次數據傳送成功后，接收器件發送一個應答信號。當第九個時鐘信號產生時，接收器件將 sda 下拉為低，通知已經接收到 8 位數據。at24c02 應答時序如圖-10 所示 圖 3-10 at24c01 應答時序3.4.1.4 at24c02寫操作 字節寫 在字節寫模式下，主器件發送起始命令和從器件地址信息給從器件。在從器件響應應答信號后，主器件將要寫入數據的地址發送到at24c01的地址指針，主器件在收到從器件的應答信號后，再送數據到相應數據存儲區地址。at24c01再響應

31、一個應答信號，主器件產生一個停止信號；然后，at24c01啟動內部寫周期。at24c01字節寫時序如圖3-11所示。 圖 3-11 at24c01 字節寫時序頁寫操作時，最多可以一次向 at24c01 中寫入 8 個字節的數據。在寫入命令后，主器件發送 8 個字節的數據，每傳送完一個字節數據后，at24c02 響應一個應答信號，13尋址字節低位自動加 1，而高位保持不變。 如果主器件在發送停止信號前發送的字節數超過 8 個，先前寫入的數據被自動覆蓋。接收到 8 字節數據后和主器件發送的停止信號后，at24c01 啟動內部寫周期將數據寫到數據區。頁寫時序如圖 3-11 所示。 圖3-11 at2

32、4c02頁寫時序3.4.1.5 讀操作 對 at24c02 讀操作的初始化和寫操作時一樣，僅把 r/w 位置為 1，有三種讀操作方式：立即地址讀；選擇地址讀；立即/選擇地址連續讀。立即地址讀： at24c01 的地址計數器內容為最后操作字節的地址加 1。如果 n=e（at24c01 中e=255） ，則寄存器將會翻轉到地址 0 繼續輸出數據，在 at24c01 接收到從機地址以后（r/w=1） ，它首先發送一個應答信號，然后發送 8 位一字節的數據。主機產生一個停止信號。at24c02 立即地址讀時序如圖 3-12 所示。 圖3-12 at24c01立即地址讀時序選擇地址讀 選擇/隨機讀操作允

33、許主機對寄存器的任意字節進行讀操作。主機首先進行一次空寫操作，發送起始條件、從機地址和它想讀取的字節數據的地址，在 at24c01 應答以后，主機重新發送起始條件位和從機地址位 ，此時 r/w 置為“1” 。 at24c01 響應并發送應答信號然后輸出要求的 8 位字節數據。主機不發送信號應答，但是產生一個停止位。14at24c01 選擇地址讀如圖 3-13 所示。 圖 3-13 at24c01 選擇地址讀連續讀 在連續讀方式中，首先執行立即讀或選擇字節讀操作。在 at24c01 發送完 8 位一字節數據后，主機產生一個應答信號來響應，告知 at24c01 主機要求更多的數據，對應每個主機產生

34、的應答信號 at24c01 將發送一個 8 位的數據字節。當主機發送非應答信號時結束讀操作，然后主機發送一個停止信號。 從 at24c01 輸出的數據按順序輸出，由 n 到 n+1。讀操作時的地址計數器在 at24c01整個寄存器區域增加，這樣整個寄存器區域可在一個讀操作內全部讀出。當超過 e（對于 24c01, e=255）字節數據被讀出時，計數器將循環計數繼續輸出數據。連續讀時序如圖 3-14 所示。圖3-14 at24c01連續讀時序3.5 紅外遙控門鎖子系統設計根據紅外遙控門鎖的功能需求和總體設計方案，建立紅外遙控門鎖的邏輯框圖，如圖3-15 所示。 15圖315 紅外遙控門鎖邏輯框圖

35、紅外遙控門鎖硬件特點： 紅外遙控門鎖以美國atmel公司的at89s52為控制核心，dip-40封裝，功能齊全，工作電壓范圍2.7v6v； 低功耗控制電路管理整個系統的電源，待機狀態下，低功耗控制電路關閉整個系統的電源，僅向紅外開關和實時時鐘供電， 功耗只有幾十微安； 紅外開關是低功耗控制電路的啟動控制開關，當有紅外線進入有效區域，紅外開關動作，低功耗控制電路打開電控開關，向系統供電，操作完畢，系統掉電； 數據存儲由串行的e2prom實現； 351 數據存儲模塊設計 紅外遙控門鎖子系統的數據存儲模塊與紅外鑰匙（從機）子系統的數據存儲模塊設計在硬件上基本相同。電路參見下面的電路總圖。 352 紅

36、外接收模塊設計 紅外遙控門鎖子系統的紅外接收模塊采用一體化的紅外接收集成電路，具體設計在方案比較部分已做詳細的論述，在此不再贅述。 16353 紅外發射模塊設計 紅外遙控門鎖子系統的紅外發射模塊與紅外鑰匙（從機）的發射模塊幾乎相同，具體設計在方案比較部分已做詳細的論述，在此不再贅述。 354 開鎖驅動模塊設計 鎖體部分使用技術成熟的電驅動鎖，本設計沒有涉及到，僅給出開關量輸出接口。 355 工作指示模塊設計 本模塊使用了發光二極管指示工作狀態，包括開鎖成功指示和鑰匙注冊指示。 3.6 紅外遙控電子密碼鎖的總體原理圖和 pcb 板圖設計系統以單片機 at89s52 作為控制中心，完成四方面的功能

37、：紅外信號的發射和接收；處理紅外傳輸信號，紅外信號的檢測；密碼的加密和解密；開鎖和注冊的顯示。單片機 at89s52 資源豐富，內含一個 8 位的微處理器（cpu），8kb 的片內程序存儲器 rom（read only memory），256b 的片內數據存儲器 ram（random access memory），四個 8 位并行 i/o 接口 p0p3，三個定時/計數器，五個中斷源，一個全雙工通用異步接收發送器 uart（universal asynchronous receiver transmitter），有片內震蕩器和時鐘產生電路，內部晶振 11.0592m，內置看門狗定時器 wdt（

38、watch dog timer）和在系統編程 isp（in system program） 6 .50。單片機接收從傳感器檢測電路輸入的邏輯信號和脈沖信號，并將輸入的信號進行處理運算，以控制電流或控制電壓的形式輸出給被控制的單元電路，完成各項任務的要求。為了方便單片機引腳的使用，將單片機所有 i/o 口引腳用接口引出。在實際應用中，串行通信與單片機控制電路密切相關，因此把串行通信與單片機控制電路聯合一起組成單片機最小系統，電路如圖 316319 所示。電路設計時，考慮到器件對電源噪聲很敏感，因此 vcc 必須要對地加去耦電容 c2 和 c3（從機只加 c2）。紅外鑰匙（從機）總體電路原理圖：1

39、7p1.0/t21p1.1/t2ex2p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78rst9p3.0/rxd10p3.1/txd11p3.2/int012p3.3/int113p3.4/t014p3.5/t115p3.6/wr16p3.7/rd17xtal218xtal119vss20p2.0/a821p2.1/a922p2.2/a1023p2.3/a1124p2.4/a1225p2.5/a1326p2.6/a1427p2.7/a1528psen29ale/prog30ea/vpp31p0.7/ad732p0.6/ad633p0.5/ad534p0.4/ad435p0.3/ad3

40、36p0.2/ad237p0.1/ad138p0.0/ad039vcc40u1at89s52vccvcc123p4一一 一一一一一一1kr4rpotq12n3906q22n3906vccds1led0pl1pl133pfc1cap33pfc3cap12y112mhz200r2res1s1sw-pb22ufc4cap pol21kr1res1vcctxtxvccrxrx12p1一一vcc12345678910p2header 5x2mosirstmisovccsckrstmosimisoscke01e12e23gnd4sda5scl6mode7vcc8u2st24c01rb52kr3res1vc

41、ct0t0s2sw-pb100pfc2cap pol11234p3一一一一rxtxvcc2kr5res110kr6res12kr8res12kr7res1pcb板圖（元件位置示意圖）：pcb制板圖：18紅外遙控門鎖（主機）電路原理圖：ds1led0ds2led01kr5res11kr6res1p1.0/t21p1.1/t2ex2p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78rst9p3.0/rxd10p3.1/txd11p3.2/int012p3.3/int113p3.4/t014p3.5/t115p3.6/wr16p3.7/rd17xtal218xtal119vss20p2.0

42、/a821p2.1/a922p2.2/a1023p2.3/a1124p2.4/a1225p2.5/a1326p2.6/a1427p2.7/a1528psen29ale/prog30ea/vpp31p0.7/ad732p0.6/ad633p0.5/ad534p0.4/ad435p0.3/ad336p0.2/ad237p0.1/ad138p0.0/ad039vcc40u1at89s52123p3一一 一一一vccvcc1kr4rpotq22n3906q12n3906vccvccds3led0s3sw-pb123456789p2respl2pl233pfc1cap33pfc4cap12y112mhz

43、200r2res1s2sw-pb22ufc5cap pol21kr1res1vccvccrxrxtxtx12345678161514131211109s1sw dip-812p1一一vcc12345678910p4header 5x2mosirstmisovccscksckmisomosirste01e12e23gnd4sda5scl6mode7vcc8u2st24c01rb5t02kr3res1vcct1t0t1100ufc2cap1234p5header 4txrxvcc10pfc3cap2kr7res11kr9res11kr8res110kr10res1pcb 板圖（元件位置示意圖）：1

44、9pcb 制板圖：3.7 電路的仿真3.7.1proteus isis 軟件簡介：proteus isis 是英國 labcenter 公司開發的電路分析與實物仿真軟件。它運行于windows 操作系統上，可以仿真、分析(spice)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點20是：實現了單片機仿真和 spice 電路仿真相結合。具有模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統的仿真、rs232 動態仿真、i2c 調試器、spi 調試器、鍵盤和 lcd 系統仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發生器等。支持主流單片機系統的仿真。目前支持的單片機類型有：68000 系列、

45、8051 系列、avr 系列、pic12 系列、pic16 系列、pic18 系列、z80 系列、hc11 系列以及各種外圍芯片。提供軟件調試功能。在硬件仿真系統中具有全速、單步、設置斷點等調試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態，因此在該軟件仿真系統中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調試環境，如 keil c51 uvision2 等軟件。具有強大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機和 spice 分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。本章介紹 proteus isis 軟件的工作環境和一些基本操作。3.7.2 紅外電子密碼鎖電路的仿真利用 proteus i

46、sis 和 keil c51 uvision2 互聯來實現電路的仿真（為了簡便，而且只是驗證方案的可實性，所以沒加上紅外模塊）：21第四章第四章 系統軟件設計系統軟件設計4.1 keil uvision 2 軟件簡介keil c51 是美國 keil software 公司出品的 51 系列兼容單片機 c 語言軟件開發系統，與匯編相比，c 語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用 c 來開發，體會更加深刻。keil c51 軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，全 windows 界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，

47、就能體會到 keil c51 生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢。c51 工具包的整體結構，其中 uvision 與 ishell 分別是 c51 for windows 和 for dos 的集成開發環境(ide)，可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發流程。開發人員可用 ide 本身或其它編輯器編輯 c 或匯編源文件。然后分別由 c51 及 a51 編譯器編譯生成目標文件(.obj)。目標文件可由 lib51 創建生成庫文件，也可以與庫文件一起經 l51 連接定位生成絕對目標文件(.abs)。abs 文件由 o

48、h51 轉換成標準的 hex 文件，以供調試器 dscope51 或 tscope51 使用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試，也可以直接寫入程序存貯器如 eprom 中。4.2 系統功能子程序4.2.1 數據讀寫模塊模塊名：24cxx,其讀取和寫入方框圖如 41、42 所示。224.2.2 紅外數據發射模塊設計將待發射數據緩沖區指定長度的數據以紅外線為載波發射出去。每次發送一幀數據。其模塊框圖如圖 43 所示。紅外遙控系統通信協議： 本系統制定了嚴格的紅外數據通信協議。 數據的發射和接收以數據包的形式進行，數據包的開始為起始標志 stx，隨后為數據塊的長度、和數據塊內容，

49、最后為校驗碼及數據包結束標志 ext。stx 和 etx 分別規定為 ascii 字符的 02h 和 03h，其余各項均用 ascii 字符表示。數據塊長度和校驗碼各占 2 個字節，數據塊最大長度為 32 個字節，數據塊的內容為發送者身份標識、指令、和數據，發送者身份標識和指令各占 1 個字節，用 ascii 字符表示，具體參見各個子系統的數據結構描述。 圖4-2 數據寫入模塊框圖圖4-1 數據讀取模塊框圖23圖4-3 紅外數據發射模塊框圖4.2.3 紅外數據接收模塊紅外數據接收原理： 接收部分由單片機 at89s52 的中斷 into、定時器 t0 及紅外數據接收模塊構成一個紅外遙控接收器。

50、定時器用于測量兩個脈沖串之間的時間間隔，設定工作于方式 1，定時常數為零，每次啟動測量前，定時器均清零。中斷 int0 由紅外接收電路輸出的負脈沖觸發，單片機響應中斷后啟動定時器 t0。考慮到發射器和接收器中斷響應的延遲以及24接收器信號接收延遲的影響，接收器允許脈沖的間隔最大誤差為 100us，即二進制數位“0”的脈沖串有效間隔范圍為 400us600us，即二進制數位“1”的脈沖串有效間隔范圍為 900us1100us，不在此范圍內的脈沖串被認為是干擾信號或誤碼。 接收器以幀為單位進行接收數據。當紅外接收電路收到頻帶內信號時輸出一個負脈沖并觸發 int0，單片機響應中斷，先清零定時器 t0

51、，啟動定時器 t0 定時，收到第二個脈沖時，讀出定時器 t0 的計數值并計算該脈沖信號與前一個脈沖信號之間的時間間隔，如為 500us，則收到一個二進制數“0” ，即起始位，否則繼續搜索起始位。起始位正確后開始接收數據位，在以后 8 個脈沖中，間隔為 500us 的脈沖是二進制數“0” ，間隔為1000us 的脈沖是二進制數“1” ，否則認為是幀錯誤。收到 8 個數據后接收第一個停止位（必須是二進制數“1” ，否則認為是幀錯誤） 。收完第一個停止位（第二個停止位是用來觸發中斷檢測前一脈沖是否為第一個停止位） ，如停止位正確且已成功接收 1 個起始位 8 個數據位、1 個停止位，則數據幀正確，保

52、存數據，準備接收下一個數據幀，否則接收錯誤，復位定時器，重新檢測起始位。 在數據接收過程中，如果發現相鄰的兩個脈沖的間隔不在允許的范圍內，則認為數據位有錯誤，此時將按接收幀錯誤處理紅外數據接收模塊框圖如圖 44 所示。25圖 44 紅外數據接收框圖4.2.4 紅外鑰匙（從機）子系統軟件結構設計根據紅外鑰匙（從機）子系統的功能需求分析，以及紅外鑰匙（從機）子系統的硬件電路，設計紅外鑰匙（從機）子系統的軟件結構圖，如圖 4-4 所示。 26紅外鑰匙（從機）子系統軟件看門狗遙控開鎖紅外發射紅外接收加密數據存儲注冊圖 4-5 紅外鑰匙（從機）子系統軟件結構圖4.2.5 紅外遙控門鎖（主機）子系統軟件結

53、構設計根據紅外遙控門鎖（主機）子系統的功能需求分析，以及紅外遙控門鎖子系統的硬件電路，設計紅外遙控門鎖子系統的軟件結構圖，如圖 4-5 所示。 紅外遙控門鎖（主機）子系統軟件看門狗紅外發射紅外接收數據校驗開鎖、注冊顯示隨機數產生解密圖 4-6 紅外遙控門鎖子系統軟件結構圖4.2.6 紅外鑰匙（從機）主程序框圖27nynnnyyy開始系統喚醒上電系統初始化循環記事器賦初紅外發射延時等待接收收到數據？信號加密紅外發射延時等待收到數據？信號加密紅外發射延時等待收到數據？信號加密紅外發射延時等待收到數據？結束系統掉電圖4-7紅外鑰匙（從機）主程序框圖284.2.7 紅外遙控門鎖（主機）主程序框圖nyy

54、nynynnnyyy開始系統喚醒上電系統初始化延時等待接收完畢收到數據？產生隨機碼紅外發射延時等待收到數據？解密、數據檢驗產生隨機碼 m1延時等待收到數據？紅外發射延時等待收到數據？結束系統掉電數據是否正確？紅外發射ny紅外發射延時等待收到數據？解密、數據檢驗數據是否正確？產生隨機碼 m2n解密、數據檢驗數據是否正確？開鎖圖48外遙控門鎖主程序框圖29第五章第五章 系統調試系統調試5.1 調試儀器調試使用的儀器設備如表 51 所示。表 51 調試使用的儀器設備序號名稱、型號、規格數量備注1組裝兼容計算機1帶 2 個 9 針串口2直流穩壓電源25v3萬用表1-4串口調試 usbisp 線1-5k

55、eil c51 單片機編譯軟件美國 keil software 公司6proteus isis 仿真軟件英國 labcenter 公司7示波器1-5.2 整體調試本裝置的調試主要分為硬件調試、軟件調試等兩大部分。 經過初步的分析設計后，在制作硬件電路的同時，調試也在穿插進行。這樣有利于問題的分析和解決，不會造成問題的積累，而且不會因為一個小問題而進行整體電路的檢查，從而可以節約大量的調試時間。軟件編程中，我是首先完成單元功能模塊的調試，然后進行系統調試，整體上與硬件調試的方法差不多。聯機調試是最重要的一部分，同時也是本裝置成功的關鍵。有許多新問題都不是很容易解決的。 5.3 硬件單元調試5.3

56、.1 紅外鑰匙（從機）調試當按鍵按下后，系統上電，確保單片機能夠自鎖電子開關，維持電子開關的導通，系統正常供電。在紅外遙控器（鑰匙）軟件尚未編寫的情況下，首先模擬單片機的自鎖操作，發現電子開關能自鎖，系統正常供電。考慮到按鍵操作時間一般為幾十毫秒到幾秒，單片機復位時間僅為 200ms 左右，一般來得及輸出自鎖高電平。后來軟件編好以后，30發現系統確實能正常上電工作。 5.3.2 紅外遙控門鎖（主機）調試 調試時使用串口 usb-isp 線一步步監控單片機的紅外反射和接收信號是否符合要求，來進一步地調整個別電路。紅外遙控門鎖的電路都是經典電路，無須過多調試。5.4 軟件調試對于本系統而言，軟件程

57、序所實現的功能比較多，所以軟件程序的調試顯得相當的煩瑣。整個程序是使用 c 語言。 用 51 系列單片機的下載線將程序下載到單片機內，用串口 usb 線來監測發送和接收的數據，對照著來修改程序。首先要保證每個模塊獨立能夠發送接收的數據均符合要求，再來直接用線來連接從機和主機來測試單片機之間的串口通信協議是否正確，之后再加上紅外發送和接收模塊來統一測試。 總結調試經驗，紅外通信只能工作于半雙工方式，同時，由于通信波特率比較低，編程時應注意等待時間。31第六章第六章 結論結論本系統以單片機 at89s52 芯片為核心部件，利用紅外通信技術、單片機串口通信技術并配合一套獨特的軟件算法實現了紅外信號傳

58、輸、密碼的隨機加密、序列號的檢測等功能，實驗和理論分析結果都表明，紅外遙控電子密碼鎖設計完成了設計的各項任務。在系統設計過程中，力求硬件線路簡單，充分發揮軟件片成方便靈活的特點，來滿足系統設計要求。紅外遙控電子密碼鎖操作簡單，給用戶提供了友好的操作界面，用戶不需專門學習，就能夠簡單、快捷地完成操作，做到即買即用。此產品還有其它優點：功耗低，價格適中，體積小；而且可以通過修改單片機程序，從而使其功能不斷地增強與更新。紅外遙控密碼鎖系統的成本與低、體積小，而且可以進行近距離遙控，低耗很低，可以使用普通堿性電池供電，使用十分方便。如經優化設計，成本可以進一步降低。紅外遙控密碼鎖鎖具有廣闊的市場前景。

59、 在畢業設計過程中，鞏固了在大學4年內學過的知識，尤其是單片機和模擬電子方面的知識，同時通過這次畢設提高了單片機編程的能力，尤其是獲得的軟件調試經驗，同時加強了我的實際編程能力，同時也讓自己更加的知道了自己知識領域里的不足和缺陷。 由于時間太倉促，經驗不足，理論方面也相應的存在不足，加上條件有限，仍存在著一些設計方面的問題，個人技能也有待提高。理論知識還要鞏固加強。 32致致 謝謝首先感謝我的父母親，他們的勤勞善良、執著以及對生活的態度使我終生受益。如果沒有他們從小到大對我的培養，就沒有這一切。感謝我的指導老師錢松老師，無論在論文的選題、課題的研究和論文的撰寫過程中，自始至終得到了老師的悉心指

60、導和熱情幫助，使我的畢業設計才得以順利完成。感謝學校。學校各位老師這四年來的教導，他們的教導使我受益匪淺。衷心感謝我的舍友謝利洪同學，感謝他給予我的幫助和支持。感謝學校圖書館和自修室為我提供了良好的學習環境，為我不斷吸取新知識提供了很好的源泉。33參參 考考 文文 獻獻1李魯群. 編寫 palm j2me 紅外線“聊天”程序 .2李朝青1998單片機原理及接口技術北京：北京航空航天大學出版社；3李朝青. 2000.pc 機及單片機數據通信技術.北京航空航天大學出版社；4李軍200451 系列單片機 高級實例開發指南北京航空航天大學出版社；5全國大學生電子設計競賽組委會2005全國大學生電子設計