课程设计(论文)基于单片机的电子密码锁.doc
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1、摘 要红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点,因而,继彩电、录像机之后,在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。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。红外线遥控电子密码锁是一种新型的现代化安全管理系统,它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体,它涉及电子,机械,光学,计算机技术,通讯技术等诸多新技术。它是解决重要部门出入口实现安全防范管理的有效措施,适用各种场合,如银行、宾馆、机房、军械库、机要室、办公间、智能化小区、工厂、
2、家庭等。在数字技术网络技术飞速发展的今天,红外遥控电子密码锁技术得到了飞速的发展。它早已超越了单纯的门道及钥匙管理,逐渐发展成为一套完整的出入管理系统。它在工作环境安全、人事考勤管理等行政管理工作中发挥着巨大的作用。在该系统的基础上增加相应的辅助设备可以进行电梯控制、车辆进出控制,物业消防监控、餐饮收费、私家车库管理等,真正实现区域内一卡智能管理。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
3、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。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最广泛的一种通信和遥控手段。目 录绪论1第一章 红外电子密码锁概述21.1 红外线概念21.2 红外通讯原理
4、21.3 红外遥控系统结构41.4 红外遥控基本原理4第二章 8051单片机简介52.1单片机概述52.2 8051单片机引脚及功能5第三章 系统的结构设计和主要芯片介绍83.1系统总体设计83.2主要器件介绍83.2.1 74HC57383.2.2 SM42036K 数码管93.2.3 74HC138 译码器103.2.4 HS0038红外接收头11第四章 硬件设计134.1 电源输入部分134.2 红外输入部分134.3 复位部分144.4 晶振部分154.5 显示部分16第五章 系统的软件设计1751 软件总体设计175.1.1 红外接收解码软件设计185.1.2 数码管显示软件设计19
5、总结20文献21附录一22绪论红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点,因而,继彩电、录像机之后,在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。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。红外线遥控电子密码锁是一种新型的现代化安全管理系统,它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体,它涉及电子,机械,光学,计算机技术,通讯技术等诸多新技术。它是解决重要部门出入口实现安全防范管理的有效措施,适用各种场合,如银行、宾馆、机房、军械库、机要室、办
6、公间、智能化小区、工厂、家庭等。在数字技术网络技术飞速发展的今天,红外遥控电子密码锁技术得到了飞速的发展。它早已超越了单纯的门道及钥匙管理,逐渐发展成为一套完整的出入管理系统。它在工作环境安全、人事考勤管理等行政管理工作中发挥着巨大的作用。在该系统的基础上增加相应的辅助设备可以进行电梯控制、车辆进出控制,物业消防监控、餐饮收费、私家车库管理等,真正实现区域内一卡智能管理。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
7、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。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最广泛的一种通信和遥控手段。第一章 红外电子密码锁概述1.1红外线概念红外线是太阳光
8、线中众多不可见光线中的一种,由英国科学家霍胥尔于1800年发现,又称为红外热辐射,他将太阳光用三棱镜分解开,在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计,试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现,位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论:太阳光谱中,红光的外侧必定存在看不见的光线,这就是红外线。也可以当作传输之媒界。太阳光谱上红外线的波长大于可见光线,波长为0.751000m。红外线可分为三部分,即近红外线,波长为0.751.50m之间;中红外线,波长为1.506.0m之间;远红外线,波长为6.0l000m 之间。1.2 红外通讯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。
9、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最佳的通信效果,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
10、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 8通信,首先产生一个同步头,然后接着 8 位数据比特。如图 1.1.2a所示。图1.1.2a PPM 调制波形图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 816 个比特,传送多字节遥控协议时效率偏
11、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 1.1.2b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。图1.1.2b 数据帧结构示意图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。1. 3 红外遥控系统结构 红外遥控系统主要分为发射和接收两部分,发送端采用单片机将待发送的二进制信号编码调制为
12、一系列的脉冲信号,通过红外发射管发射红外信号(本设计我们可简单的用遥控器来完成)。红外接收采用性能可靠的一体化红外接收头接收红外信号,它同时对信号进行放大、检波、整形,得到TTL电平的编码信号,再送给单片机,经单片机解码并进行相关操作,如图1.1.3a所示:图1.1.3a由上所述可知,遥控系统分为编码、调制、解调和解码如图1.1.3b所示四大部分:图1.1.3b1.4 红外遥控基本原理红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波;红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成,它们将红外发射器发射雕红外光转换为相应的电信号,再送后置放大器。发射机一般由指令键(或操作杆)、
13、指令编码系统、调制电路、驱动电路、发射电路等几部分组成。当按下指令键或推动操作杆时,指令编码电路产生所需的指令编码信号,指令编码信号对载体进行调制,再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经调制定指令编码信号。接收电路一般由接收电路、放大电路、调制电路、指令译码电路、驱动电路、执行电路(机构)等几部分组成。接收电路将发射器发出的已调制的编码指令信号接收下来,并进行放大后送解调电路,解调电路将已调制的指令编码信号解调出来,即还原为编码信号。指令译码器将编码指令信号进行译码,最后由驱动电路来驱动执行电路实现各种指令的操作控制(机构)。第二章 8051单片机简介2.1单片机概述单片微型计算机(S
14、ingle-chip Microcomputer)简称单片机,它是把中央处理单元CPU、随机存储存储器RAM、定时器/计数器和I/O接口电路等主要的几个计算机部件集中在一块集成电路芯片上的微型计算机。MCS51是指由美国INTEL公司(对了,就是大名鼎鼎的INTEL)生产的一系列单片机的总称,这一系列单片机包括了好些品种,如8031,8051,8751,8032,8052,8752等,其中8051是最早最典型的产品,该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的,所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机,而8031是前些年在我国最流行的单片机,所以很多场合会看到8
15、031的名称。INTEL公司将MCS51的核心技术授权给了很多其它公司,所以有很多公司在做以8051为核心的单片机,当然,功能或多或少有些改变,以满足不同的需求,其中89C51就是这几年在我国非常流行的单片机,它是由美国ATMEL公司开发生产的。2.2 8051单片机引脚及功能 图2.1 8051芯片引脚图 8051系列单片机型号很多,但各种型号芯片的引脚相互兼容,40个引脚按引脚功能大致可分为4个种类:电源、时钟、控制和I/O引脚,如图2.1所示。1. 电源 VCC (40脚)芯片电源,接+5V; VSS - (20脚)接地端;注:用万用表测试单片机引脚电流一般为0v或者5v,这是标准的TT
16、L电平,但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介于0v-5v之间,其实这之是万用表反映没这么快而已,在某一个瞬间单片机引脚电流还是保持在0v或者5v的。 时钟 XTAL1(19脚)、XTAL2(18脚) - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 控制线:控制线共有4根 ALE/PROG(30脚):地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能:用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能:片内有EPROM的芯片,在EPROM编程期间,此引脚输入编程脉冲。 PSEN(29脚):外ROM读选通信号。 RST/VPD(9脚):复位/备用电源。 RST(Reset)功能:复位信号输入端
17、。 VPD功能:在Vcc掉电情况下,接备用电源。 EA/Vpp(31脚):内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功能:内外ROM选择端。 Vpp功能:片内有EPROM的芯片,在EPROM编程期间,施加编程电源Vpp。 I/O线8051共有4个8位并行I/O端口:P0、P1、P2、P3口,共32个引脚。P0口(39脚至32脚):是双向8位三态I/O口,在外接存储器时,与地址总线的低8位及数据总线复用,能以吸收电流的方式驱动8个LS型的TTL负载。 P1口(1脚至8脚):是准双向8位I/O口。由于这种接口输出没有高阻状态,输入也不能锁存,故不是真正的双向I/O口。P1口能驱动(吸收或输出电
18、流)4个LS型的TTL负载。对8052、8032,P1.0引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入,P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发,即T2的外部控制端。对EPROM编程和程序验证时,它接收低8位地址。 P2口(21脚至28脚):是准双向8位I/O口。在访问外部存储器时,它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。在对EPROM编程和程序验证期间,它接收高8位地址。P2可以驱动(吸收或输出电流)4个LS型的TTL负载。 P3口(10脚至17脚):是准双向8位I/O口,在MCS-51中,这8个引脚还用于专门功能,是复用双功能口。P3能驱动(吸收或输出电流)4个LS型的TTL负
19、载。 作为第一功能使用时,就作为普通I/O口用,功能和操作方法与P1口相同。P3口还具有第二功能,用于特殊信号输入输出和控制信号(属控制总线)。P3口第二功能:第三章 系统的结构设计和主要芯片介绍3.1系统总体设计本设计主要由单片机、数码管、红外接收等部分组成,其中红外接收用于实现数字密码的输入。由用户通过单片机上的红外接收头接收数字,后经过单片机和数码管对用户密码进行正确显示,用以实现遥控器键盘的按键识别。本系统共由两个部分构成,即硬件部分和软件部分,其中硬件部分由电源输入部分、遥控输入部分、红外接收部分、复位部分、晶振部分、显示部分组成,如图3.1所示。软件部分对应由主程序,初始化程序、L
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