基于單片機(jī)的智能紅外電子防盜鎖設(shè)計(jì)

(畢節(jié)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 貴州 畢節(jié) 551700)

基于單片機(jī)的智能紅外電子防盜鎖設(shè)計(jì)

孫叢亮

(畢節(jié)職業(yè)技術(shù)學(xué)院貴州畢節(jié)551700)

在日常生活中，安全性在智能控制這一領(lǐng)域越來(lái)越重要，越來(lái)越多的領(lǐng)域開始需要智能化、人性化，當(dāng)然，對(duì)于安全性能的要求也就越來(lái)越多。隨著這一趨勢(shì)，智能紅外電子防盜鎖將逐漸取代傳統(tǒng)的機(jī)械密碼鎖，傳統(tǒng)的機(jī)械式密碼鎖的密碼位數(shù)相對(duì)較少，相對(duì)余智能紅外電子防盜鎖來(lái)說(shuō)安全系數(shù)比較弱，但是電子密碼鎖就可以提高安全性等這些問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，集成電路，電子智能門鎖更多和更快的開發(fā)的智能電子鎖，現(xiàn)在，除了傳統(tǒng)的電子控制功能，還逐漸增加了智能化的管理功能和智能分析系統(tǒng)功能等等拓展功能，使得電子防盜鎖控制體系更加完善，社會(huì)應(yīng)用的可靠性得到提高，電子防盜鎖的使用也變得更加普遍。

紅外電子防盜鎖；安全性；可靠性；STC89C52單片機(jī)

一、緒論

(一)課題背景及發(fā)展前景

1.紅外遙控的背景及前景

由于紅外線遙控的紅外波不能夠穿越障礙物，不像無(wú)線電遙控的無(wú)線波能夠穿過(guò)障礙物達(dá)到對(duì)被控對(duì)象的控制，所以在設(shè)計(jì)這種家用的紅外報(bào)警鎖的紅外線遙控器時(shí)，由于不會(huì)隔墻干擾到附近的其它電器，所以就沒(méi)有必要像設(shè)計(jì)無(wú)線電遙控器那樣，每套發(fā)射和接收的器材都要設(shè)定不同的遙控編碼和選擇不同的遙控頻率。在這種方式中，對(duì)同一種產(chǎn)品，紅外遙控你可以用遙控器的編碼相同，也可以在相同的頻率選擇和控制，遠(yuǎn)程控制裝置不能和其他設(shè)備相互干擾。這使得在家用電器上普及和使用紅外遙控器的市場(chǎng)前景非常的好，而且非常方便且節(jié)約成本。從其他的方面來(lái)說(shuō)，由于紅外線，是屬于不可見光的范疇，因此對(duì)環(huán)境影響來(lái)說(shuō)，就相對(duì)很小。同時(shí)，波的波長(zhǎng)的紅外光比無(wú)線電波的波長(zhǎng)小得多，所以幾乎不影響其它電氣設(shè)備使用的紅外遙控設(shè)備，更不會(huì)影響無(wú)線電設(shè)備。

隨著科技的不斷進(jìn)步，人們對(duì)科技所能給我們生活帶來(lái)的便利的期待值會(huì)越來(lái)越高，這就需要更多的人性化的設(shè)計(jì)。

2.單片機(jī)的背景及前景

對(duì)于單片機(jī)領(lǐng)域的成長(zhǎng)，如今可以說(shuō)是百家爭(zhēng)鳴，姹紫嫣紅的時(shí)代。

世界各大芯片建造公司都在不斷的推出自己的微控制器，從一開始的8位，到16位，再到現(xiàn)在的32位等等，品種眾多，與主流的80C51、80C52等系列的單片機(jī)來(lái)說(shuō)，有與其相兼容的，也有與其不兼容的，不過(guò)，它們都會(huì)有本身各自獨(dú)特的一面，相互補(bǔ)充，這也就使得現(xiàn)在和未來(lái)單片機(jī)應(yīng)用出現(xiàn)了廣闊的遠(yuǎn)景。

縱觀整個(gè)單片機(jī)的發(fā)展歷程，可以大致預(yù)測(cè)微控制器的趨勢(shì)，如下：

(1)低功耗的CMOS化

在8031單片機(jī)MCS-51系列在市場(chǎng)上推出，它是一種定微控制器的消費(fèi)，但現(xiàn)在一般約為100兆瓦，單片機(jī)的低功耗的要求越來(lái)越高，每一個(gè)單片機(jī)設(shè)備的制造商，如今，基本上都選用了互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的工藝(即CMOS)。例如，系列單片機(jī)80C51和80C52單片機(jī)系列。

盡管，CMOS工藝是屬于低功耗的工藝。但是，它的物理特征還是決定了它的運(yùn)動(dòng)速率不足。是以，CHMOS工藝就同時(shí)具有了高速以及低功耗的這兩種特質(zhì)，對(duì)于這些特征來(lái)說(shuō)，相對(duì)于低功率來(lái)說(shuō)，是更適合于它的利用的，如電池供電。因此，這個(gè)工藝過(guò)程將是未來(lái)單片機(jī)開發(fā)的主要途徑。

(2)微型單片化

如今，通常情況下使用的正常的微控制器，它的CPU(注：即中央處理器英文簡(jiǎn)稱)，RAM(注：即隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱)，ROM(注：即只讀程序存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱)等都集成在同一個(gè)芯片上，微控制器電路包含了更多的，更強(qiáng)大的功能。縱然是一些SCM廠商，也是可以依據(jù)用戶的要求進(jìn)行符合客戶需求的量身定制，打造出具備用戶自己所需求特色的微控制器芯片。

此外，對(duì)于當(dāng)今市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，廣泛的趨勢(shì)是期望產(chǎn)品能夠達(dá)到體積要小，并且重量還要輕。這就對(duì)除了微控制器強(qiáng)大的功用的要求，以及低功耗的要求以外，還提出了產(chǎn)品的體積要小、重量要輕等等的要求。

而今，很多的微控制器都擁有多種封裝模式。這些包括如SMD(表面貼裝)是在市場(chǎng)上越來(lái)越受到歡迎，對(duì)這一形勢(shì)的發(fā)展使單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)形成小型化的發(fā)展方向。

(3)主流與多品種的共存

如今，雖然單片機(jī)的品種繁多，而且都擁有自己的特點(diǎn)，但是他們?nèi)匀皇且灾髁鞯?0C51，80C52等系列的單片機(jī)作為單片機(jī)的核心的產(chǎn)品品種。

與其布局以及指揮體系可以兼容有這些產(chǎn)品：據(jù)代表性的是PHILIPS公司的產(chǎn)品，還有屬于中國(guó)臺(tái)灣的華邦系列的單片機(jī)的品種，還有就是ATMEL等公司的眾多產(chǎn)品。

所以，以80C51系列單片機(jī)、還有80C52系列單片機(jī)，作為微控制器的核心，占有了單片機(jī)市場(chǎng)的半壁河山。微芯片的精簡(jiǎn)指令集(PIC精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī))也有發(fā)展的趨勢(shì)，而且趨勢(shì)比較的強(qiáng)勁和迅猛。中國(guó)的臺(tái)灣，近年來(lái)，越來(lái)越多的企業(yè)，越來(lái)越高的芯片產(chǎn)量，由于它的高質(zhì)量和低價(jià)格的優(yōu)勢(shì)——占有了一定的市場(chǎng)份額。此外，一些大型的公司，例如摩托羅拉的產(chǎn)品，致力于在日本的微控制器。在一段時(shí)間內(nèi)，這種情況能夠得到持續(xù)，就不會(huì)再有單片機(jī)市場(chǎng)的壟斷，單片機(jī)的市場(chǎng)將采取互補(bǔ)的相互依存，相互促進(jìn)的戰(zhàn)略，走共同發(fā)展的道路。

3.課題的發(fā)展前景

紅外(IR)遙控技術(shù)對(duì)人類生活的貢獻(xiàn)將會(huì)變得越來(lái)越大，會(huì)大大方便我們的生活，提高便捷的質(zhì)量；對(duì)于單片機(jī)所能夠進(jìn)行的智能控制的需求也會(huì)有越來(lái)越大的趨勢(shì)，使人類社會(huì)向著智能化前行。

因此，本著對(duì)方便性和安全性等的追求的設(shè)計(jì)要求和期望，我設(shè)計(jì)了這樣一款紅外遙控密碼鎖。

(二)課程的具體要求及任務(wù)

1.設(shè)計(jì)任務(wù)

采用紅外遙控，STC89C52單片機(jī)，紅外接收器，E2PROM存儲(chǔ)電路，蜂鳴器等的紅外遙控密碼鎖的設(shè)計(jì)。以單片機(jī)作為主要控制器，并且利用紅外接收與發(fā)送模塊，完成智能防盜密碼鎖的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

2.基本要求

(1)以單片機(jī)作為主控制器，利用紅外接收與發(fā)送模塊完成智能防盜密碼鎖，要求完成：

①設(shè)計(jì)單片機(jī)和鍵盤接口電路；完成系統(tǒng)密碼設(shè)置和修改工作。

②紅外線信號(hào)的發(fā)送、以及紅外線信號(hào)的接收信號(hào)的收集電路的設(shè)計(jì)；利用遙控器可以控制密碼鎖開啟與關(guān)閉，同時(shí)具有報(bào)警功能。

③顯示及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

(2)熟悉C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言在單片機(jī)的應(yīng)用及其優(yōu)缺點(diǎn)；熟悉Protel軟件操作應(yīng)用，繪制PCB圖紙，和PCB板的制作畢業(yè)設(shè)計(jì)；

(3)完成硬件及軟件設(shè)計(jì)，熟悉系統(tǒng)調(diào)試方法，并對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和性能分析，分析系統(tǒng)存在問(wèn)題，提出優(yōu)化方案。

3.部分功能

(1)當(dāng)密碼鎖(通過(guò)鍵盤或遠(yuǎn)程控制輸入)輸入正確的密碼，打開鎖(繼電保護(hù)仿真)；

(2)當(dāng)密碼鎖(通過(guò)鍵盤或遙控器輸入)連續(xù)輸入錯(cuò)誤密碼3次(密碼輸入次數(shù)可以通過(guò)后臺(tái)程序修改)，會(huì)觸發(fā)報(bào)警器(蜂鳴器)報(bào)警；

(4)可以使用鍵盤或者遙控器在控制前臺(tái)直接無(wú)限次更改密碼，更改密碼必須在解鎖狀態(tài)下方能進(jìn)行，更改密碼過(guò)程中需要連續(xù)輸入兩次新設(shè)密碼方能修改成功(前臺(tái)LCD顯示屏將會(huì)給予提示)；

(5)密碼鎖工作情況均會(huì)通過(guò)顯示屏進(jìn)行顯示。

二、紅外遙控鎖總體設(shè)計(jì)方案

(一)任務(wù)分析與實(shí)現(xiàn)

所需要達(dá)到設(shè)計(jì)的功能的原理是：用STC89C52單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)，紅外信號(hào)遙控發(fā)送和接收的紅外接收器，也可以用鍵盤方向鍵控制，紅外信號(hào)在經(jīng)過(guò)接收管的解調(diào)后，可以將紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換成為相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，并傳遞到單片微型計(jì)算機(jī)內(nèi)機(jī)進(jìn)行對(duì)信號(hào)的分析處理。解碼紅外波也是通過(guò)STC89C52單片機(jī)來(lái)對(duì)紅外接收頭所接收到的信號(hào)的脈寬進(jìn)行檢測(cè)，并以此來(lái)判斷出接收到的0和1信號(hào)的數(shù)量，并將這些信號(hào)合成為4個(gè)字節(jié)的8位代碼。通過(guò)該軟件代碼的過(guò)程，編制了相應(yīng)的紅外遙控器的初始化代碼，系統(tǒng)開始成為六的初始密碼更改密碼的任意值，通過(guò)單片機(jī)解碼以確定是否正確的密碼，如果在密碼輸入時(shí)，出現(xiàn)了輸入錯(cuò)誤的情況的話，鎖頭當(dāng)然不會(huì)被打開。顯示屏也會(huì)顯示ERROR的標(biāo)志，并且跳轉(zhuǎn)至密碼輸入界面。那么也就是說(shuō)還會(huì)被系統(tǒng)再次要求重新輸入密碼。如果再次輸入密碼錯(cuò)誤，系統(tǒng)過(guò)程如上再轉(zhuǎn)入初始的密碼輸入界面。當(dāng)連續(xù)輸入錯(cuò)誤，并且是第三次時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，持續(xù)60秒。并且報(bào)警不會(huì)中斷，只有切斷強(qiáng)制開關(guān)(電源)方能停止報(bào)警。

這個(gè)系統(tǒng)的總體思想如下：

根據(jù)遙控器的鍵碼值可以被編程為遠(yuǎn)程鎖定，解鎖從而設(shè)置初始化代碼。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，此時(shí)，如果用戶改變默認(rèn)的密碼，用戶輸入新的密碼，繼電器打開，從而解鎖。操作使用上面的初始密碼。如果密碼連續(xù)輸入三次錯(cuò)誤，蜂鳴器長(zhǎng)鳴60秒報(bào)警(報(bào)警時(shí)間可以通過(guò)軟件設(shè)置)。這款設(shè)計(jì)的顯示屏采用的是液晶顯示面板(英文縮寫LCD(或者稱為液晶顯示器))。LCD(Liquid Crystal Display)，是將液晶盒，安插放置在兩個(gè)，平行的玻璃基板中，并將TFT(薄膜晶體管)，設(shè)立在下基板的玻璃上，將彩色濾色器設(shè)置在上部的玻璃基板上，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換在TFT上的電壓信號(hào)，以達(dá)到能夠在結(jié)構(gòu)上控制液晶分子的旋轉(zhuǎn)偏向的目的，并且以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)個(gè)像素的發(fā)光的偏振的控制，并以此來(lái)最終達(dá)到顯示的目標(biāo)。現(xiàn)在的液晶顯示器已經(jīng)成為主流并替代了CRT，如今價(jià)格也便宜了很多，達(dá)到了相當(dāng)大的普及度。)

本次設(shè)計(jì)課題要求所要達(dá)到的目標(biāo)和其簡(jiǎn)要實(shí)施方法如下：

據(jù)測(cè)算，燃?xì)饫錈犭姺植际侥茉聪到y(tǒng)中，燃料的能量轉(zhuǎn)化為電能的比列僅占到約35%。剩余能量中，隨煙氣排出的約為30%，隨發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水帶走的約為25%，設(shè)備機(jī)身散發(fā)等途經(jīng)損失約為10%。總體來(lái)看，通過(guò)煙氣和換熱器損失的能量比做的有用功還要多。為了提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性，必須對(duì)這部分能量加以綜合利用，這便是能源梯級(jí)利用的由來(lái)。

1.紅外線接收器所接收的編碼的波形是從紅外遙控器發(fā)射出來(lái)，通過(guò)脈沖紅外接收機(jī)解調(diào)，然后放大到微控制器中進(jìn)行處理。

2.記錄脈沖信號(hào)的高和低持續(xù)時(shí)間，存儲(chǔ)并計(jì)數(shù)。

實(shí)現(xiàn)目的：通過(guò)軟件編程，用單片機(jī)的定時(shí)和計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)的高，低脈沖計(jì)數(shù)器。

3.數(shù)據(jù)分析和處理，并基于紅外脈沖編碼是0.565ms，間隔0.56ms，表現(xiàn)為兩個(gè)系統(tǒng)循環(huán)1.125ms“0”；與0.565ms的脈沖寬度，1.685ms的間隙，周期為2.25ms，綜上所述的所述組合物的二進(jìn)制“1”。前解碼的32的16位的用戶識(shí)別碼的二進(jìn)制代碼，以識(shí)別不同的電氣設(shè)備，經(jīng)過(guò)16到8的操作碼(功能碼)及其反函數(shù)。

實(shí)現(xiàn)：利用軟件對(duì)80C52單片機(jī)進(jìn)行編程，對(duì)應(yīng)的編碼值的數(shù)據(jù)處理對(duì)應(yīng)的按鈕。

最終目標(biāo)：通過(guò)單片機(jī)的識(shí)別、存儲(chǔ)和計(jì)算，實(shí)現(xiàn)按遙控器上的按鈕的值來(lái)進(jìn)行操作，然后設(shè)置開關(guān)鎖的密碼并對(duì)其進(jìn)行比較分析，以進(jìn)行識(shí)別和控制開關(guān)鎖(繼電器模擬)的密碼。

(二)紅外遙控鎖硬件方案設(shè)計(jì)

對(duì)于遙控鎖的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，最先要解決的問(wèn)題應(yīng)該是編碼和解碼。本設(shè)計(jì)編碼部分是通過(guò)芯片TC9012遙控板來(lái)進(jìn)行編碼的，通過(guò)按下不同的代碼鍵，紅外遙控器就會(huì)向紅外智能密碼鎖的紅外接收器發(fā)射出不同的遙控代碼。

這個(gè)遙控代碼有如下一些的特點(diǎn)：

從所生成的通過(guò)38kHz的第二載波頻率調(diào)制，以提高傳輸效率，減少對(duì)象的功耗。而后，經(jīng)過(guò)紅外發(fā)射二極管放射出的紅外線構(gòu)成的以上的的“0”和“1”的32位的二進(jìn)制碼。是由連續(xù)的32位二進(jìn)制碼組，16至所述第一用戶的標(biāo)識(shí)符，以區(qū)分不同的電氣設(shè)備產(chǎn)生的TC9012遠(yuǎn)程控制代碼，飛機(jī)的類型，以防止遙控器代碼之間的干擾。用戶ID芯片固定的十六進(jìn)制01H;經(jīng)過(guò)16到8碼(功能碼)及其反。UPD6121G構(gòu)成多達(dá)128個(gè)不同的編碼的組合。在解碼時(shí)，微控制器可以對(duì)脈沖信號(hào)的檢測(cè)產(chǎn)生的紅外接收器，以確定有多少接收的0和1，4字節(jié)的8位代碼的最終合成。接收部分，利用紅外接收器和SCM系統(tǒng)。紅外線接收器接收到的波形轉(zhuǎn)化成紅外輸入的微控制器的紅外脈沖，接收和處理微控制器讀取密鑰值之后。

研究了紅外接收裝置的設(shè)計(jì)采用，是紅外波段的紅外接收頭接收，放大，解調(diào)，紅外波紅外接收頭接收分析，只要能夠連接到微控制器的接收器的外部輸出引腳以及微控制器的中斷端口，我們就可以建立起一個(gè)相對(duì)比較簡(jiǎn)單的紅外接收電路。經(jīng)過(guò)紅外接收器所接收到的紅外波，紅外遙控器所輸出紅外編碼的紅外信號(hào)的負(fù)脈沖的定時(shí)和計(jì)數(shù)，單片機(jī)能夠通過(guò)計(jì)算達(dá)到分析出相應(yīng)的二進(jìn)制編碼的陣列，并得到其相應(yīng)的密鑰。通過(guò)數(shù)組獲取鍵值。電路相對(duì)比較簡(jiǎn)單，操作也比較容易，達(dá)到了減小硬件開銷的效果。

一個(gè)電路發(fā)送紅外信號(hào)的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)和接收系統(tǒng)，紅外接收器集成電路通常是一個(gè)組成部分。紅外二極管，所監(jiān)測(cè)的紅外遙控器，所發(fā)出來(lái)的是紅外信號(hào)，該信號(hào)在接下來(lái)的流程里，將會(huì)被提供給一個(gè)限幅放大器和限幅器，其作用是用來(lái)控制，脈沖的幅度，并有另外一個(gè)目的就是要將其幅度都維持在一個(gè)可控的水平之中。交流信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換以后，是可以進(jìn)入帶通濾波器的，接著，可以進(jìn)入到解調(diào)電路，當(dāng)進(jìn)入到積分電路和比較器，它的副載波的頻率，只要是符合不低于30KHZ，且低于60KHZ的情況時(shí)，比較器就會(huì)輸出的是高電平和低電平，從而這種情況下就會(huì)降低了發(fā)送出的信號(hào)的波形。在這里，請(qǐng)注意，所述發(fā)射機(jī)反轉(zhuǎn)，高電平和低電平的輸出，從而達(dá)到的目的是為了提高接收靈敏度。

對(duì)于許多類型的紅外線接收機(jī)來(lái)說(shuō)，管腳所定義的意義也是有許多種情況的，一般的有三個(gè)管腳，囊括了：一個(gè)管腳供電，一個(gè)管腳接地，還有一個(gè)管腳作為信號(hào)輸出端。這要依據(jù)所使用的紅外發(fā)射器，以及紅外接收器的不同，從而選擇和使用使用相應(yīng)的不同類別的解調(diào)頻率。

紅外接收頭的1838引腳示意說(shuō)明圖

如果放大器增益內(nèi)部紅外接收器過(guò)大，很容易就會(huì)造成干擾，所以，接收器電源濾波電容應(yīng)加入到引腳，一般在22UF以上。一些制造商建議，引腳和電源之間的電阻應(yīng)在330歐姆之間，以進(jìn)一步來(lái)降低電源干擾。

紅外遙控發(fā)射器可以從相應(yīng)的廠家定制。當(dāng)然，我們也是能夠通過(guò)我們自己的微控制器的PWM來(lái)生成，家用電器的遠(yuǎn)程控制，使用推薦的通常是紅外發(fā)射器(I5IR4-45)，它可以可以產(chǎn)生PWM37.91KHz的，PWM占空比為1/3，可以由簡(jiǎn)單的定時(shí)器中斷開關(guān)PWM，來(lái)生成發(fā)送波形。

(三)紅外遙控鎖軟件方案設(shè)計(jì)

通過(guò)軟件控制單片機(jī)的功能和微控制器的優(yōu)勢(shì)的主要特征，在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮和可讀性設(shè)計(jì)的合理性，遵循模塊化設(shè)計(jì)，使用和遵守自上向下設(shè)計(jì)方法的原理。模塊設(shè)計(jì)允許良好的可讀性，易于修改和完善。

軟件設(shè)計(jì)包括主程序，口令認(rèn)證例行子程序，定時(shí)器和外部中斷1，0的紅外解碼程序，初始化子程序，延時(shí)子程序，子程序等多個(gè)子程序。

密碼校驗(yàn)子程序用于密碼解碼陣列和設(shè)置密碼陣列的相互比較，從而判斷密碼不正確。

定時(shí)器0和外部中斷一用來(lái)對(duì)定時(shí)器0和外部中斷1進(jìn)行初始化。

紅外解碼程序，用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收紅外脈沖到數(shù)據(jù)的二進(jìn)制表示，然后再對(duì)密鑰進(jìn)行編碼值。

三、紅外遙控鎖硬件電路設(shè)計(jì)方法及原理

(一)紅外遙控系統(tǒng)

紅外遙控器概述：

在紅光光譜之外的紅外線光譜，它的波長(zhǎng)為0.76-1.5μm的，因此，紅外線的波長(zhǎng)，要比紅光波長(zhǎng)要長(zhǎng)。紅外遙控器是通過(guò)使用紅外光來(lái)傳遞信息，并以此來(lái)控制的形式來(lái)達(dá)到遙控的目的的，紅外遙控器選用的是抗干擾電路，這種電路相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，而且易于進(jìn)行編碼和解碼，低功耗，低成本。因此，紅外遙控，遠(yuǎn)程幾乎所有家電產(chǎn)品制造商優(yōu)先采納。

紅外線遙控體系的主要部分能夠分為一下三個(gè)部分：

即調(diào)制、發(fā)射和接收三個(gè)部分，

簡(jiǎn)要示例如圖所示：

圖1 紅外遙控系統(tǒng)

1.調(diào)制

對(duì)于紅外遙控的調(diào)制，可以通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)載體，以及一定的頻率，通過(guò)使用“與”操作，來(lái)進(jìn)行調(diào)制。如此這樣，既提升了發(fā)光效能，又能夠減少電力損耗。

通常，在正常的情況下，對(duì)于調(diào)制載波的頻率來(lái)說(shuō)，不會(huì)低于30kHz，也不會(huì)高于60KHZ。所以，38kHz的載波頻率、以及1/3的占空比。這樣的一個(gè)方波，是對(duì)于大部分調(diào)制載波來(lái)說(shuō)，都會(huì)采用的方波。

2.發(fā)射系統(tǒng)

對(duì)于各種不同的紅外發(fā)光芯片可以根據(jù)不同的編碼類型的選擇而發(fā)行。由于發(fā)射系統(tǒng)一般采用電池來(lái)作為供電驅(qū)動(dòng)，這就需要將芯片的功耗設(shè)計(jì)到非常低，芯片的設(shè)計(jì)是不工作時(shí)大多處于休眠狀態(tài)，只有當(dāng)按下按鈕的時(shí)候才進(jìn)入工作狀態(tài)，這樣就可以減少芯片所使用的功耗，晶體應(yīng)該有足夠的能力承受震動(dòng)，因此不能用普通的石英晶體，陶瓷諧振器是通常被選擇較為理想的材料，陶瓷石英晶體諧振器的精度并不是非常的高，但通常，這樣的一個(gè)小錯(cuò)誤，是可以被忽略不計(jì)的。

紅外光譜是由紅外發(fā)光二極管(LED)發(fā)射出來(lái)的。IR LED和普通的LED，在結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)基本上是相同的，正常的發(fā)光二極管，都是由不同質(zhì)地的材質(zhì)制成的，每當(dāng)將適量的電壓，施加到兩個(gè)紅外線發(fā)射器的頂端部位時(shí)，它就會(huì)放射出不能夠被看到的紅外線。

圖2 簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)電路 圖3 射擊輸出驅(qū)動(dòng)電路

圖2和圖3都是比較簡(jiǎn)單的LED驅(qū)動(dòng)電路，圖2是一個(gè)最簡(jiǎn)單電路圖，在電路元件的選用上，要注意晶體管的開關(guān)速度，選擇要快。此外，還需要被考慮的，是LED的正向電流，和反向漏電流之間的相互關(guān)系，當(dāng)通過(guò)LED的最大正向電流可以升高至100mA時(shí)，通過(guò)LED的電流愈大，其發(fā)射波形的強(qiáng)度也就愈大。

但是，對(duì)于圖2來(lái)說(shuō)，還是一個(gè)有一點(diǎn)小缺陷的電路，即當(dāng)電池的電壓在下降的時(shí)候，通過(guò)LED的電流就將會(huì)減少，減少了傳輸?shù)牟ㄐ蔚膹?qiáng)度，從而就會(huì)導(dǎo)致遙控距離變小。圖3所示發(fā)射器電路就是可以解決這個(gè)問(wèn)題的，三極管被兩個(gè)二極管鉗位在周圍的基極為1.2V電壓，因此三極發(fā)射極電壓固定為大約0.6V，發(fā)射極電流IE，幾乎是不發(fā)生轉(zhuǎn)變的，依據(jù)IE≈IC的約等式，可以判斷通過(guò)LED的電流基本上保持穩(wěn)定，從而可以保證，當(dāng)電池電壓出現(xiàn)降低的情況時(shí)，能夠使得紅外線遙控器可以保障一定的、有效的遙控間隔。

(二)單片機(jī)的原理及應(yīng)用

1.單片機(jī)原理簡(jiǎn)介

單片機(jī)雖然很小，但包括電腦所有功能部件，都集中在了一塊小芯片上。所有種類的單片機(jī)，都可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的基本功能。事實(shí)上，單片機(jī)就是一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)。

如圖4：

圖4 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局

2.單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)功能的介紹

對(duì)于STC89C52單片機(jī)來(lái)說(shuō)，是由兩個(gè)特殊功能寄存器來(lái)控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。另一種工作方式寄存器是用來(lái)設(shè)置工作方式：TCON用于控制啟動(dòng)和中斷請(qǐng)求。

(三)繼電器工作原理

電磁繼電器，通常都是由鐵芯，銜鐵，線圈，觸點(diǎn)和簧片等組件構(gòu)成。只須在線圈的兩頭，能夠加之充足的，電壓。就會(huì)使得，在線圈中，能夠產(chǎn)生適當(dāng)?shù)碾娏鳌亩鴮?dǎo)致的電磁效應(yīng)，在這個(gè)時(shí)候，電樞將由電磁力的吸引，通過(guò)抽吸作用，克服返回彈簧拉芯，以接觸傳播與靜觸頭的常開觸點(diǎn)拉電樞。

當(dāng)向線圈內(nèi)通入電流時(shí)，電磁吸力就會(huì)消失，這個(gè)時(shí)候銜鐵彈簧會(huì)因?yàn)榉醋饔昧Γ瑢⒎祷氐揭婚_始最初始的位置，使得原來(lái)的靜觸點(diǎn)，即常閉觸點(diǎn)，的可動(dòng)觸點(diǎn)釋放。這樣通過(guò)吸和、釋放的過(guò)程，從而就可以達(dá)到導(dǎo)通電路中的電流和切割的目的。

繼電器“常開，常閉”兩個(gè)觸點(diǎn)，它們可以分為以下方式：

繼電器線圈未通電時(shí)的靜態(tài)接觸形式，一般情況是也被稱為“常開觸點(diǎn)”；

在ON狀態(tài)，所述固定觸頭的是“常閉觸點(diǎn)”。

繼電器的電路，在一般情況下，會(huì)由兩股工作電路，分別為低電壓和高電壓的電壓來(lái)控制電路。

(四)E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路

E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)原理圖如圖5所示：

圖5 E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)原理圖

(五)蜂鳴器電路

蜂鳴器電路圖如圖6所示：

圖6 蜂鳴器電路圖

四、系統(tǒng)的調(diào)試與分析

(一)硬件調(diào)試

首先，經(jīng)過(guò)編程、繪制原理圖、封裝、繪制PCB圖、制版、打印PCB圖紙、轉(zhuǎn)印、釣魚等等一系列的工作流程后，對(duì)所有的元器件進(jìn)行必要的組件和分類。依照已經(jīng)繪制好的PCB圖紙和原理圖，把所有的元器件插入到電路板相對(duì)應(yīng)的焊盤中，以進(jìn)行固定以防止墜落，并對(duì)所有的元器件進(jìn)行焊接。焊接后所需的調(diào)試。調(diào)試和故障的原因如下。

1.接收不到紅外信號(hào)

原因分析：紅外接收頭插反。

調(diào)試過(guò)程：使用紅外遙控器對(duì)紅外接收頭按鍵，蜂鳴器沒(méi)有發(fā)出應(yīng)有的按鍵聲，顯示屏也沒(méi)有任何反饋信號(hào)產(chǎn)生，這說(shuō)明紅外接收管并沒(méi)有接收到紅外信號(hào)，或者是程序沒(méi)有正確的分析處理并反饋所接收到的紅外信號(hào)。

結(jié)論：紅外接收管的類型很多，但通常情況下只使用兩個(gè)或三個(gè)種類，這兩個(gè)或三個(gè)不同的輸出引腳，需要在使用的過(guò)程中進(jìn)行正確的識(shí)別。

2.蜂鳴器叫聲小

原因分析：跟蜂鳴器串聯(lián)的電阻過(guò)大

調(diào)試過(guò)程：將和蜂鳴器串聯(lián)電阻進(jìn)行合理的更換，該電阻應(yīng)當(dāng)選用電阻值較小的電阻

結(jié)論：正確識(shí)別和讀取色環(huán)電阻。

3.按鍵沒(méi)有反應(yīng)

原因分析：在對(duì)按鍵進(jìn)行焊接時(shí)產(chǎn)生了虛焊的情況，并因此導(dǎo)致按鍵的接觸不良。

調(diào)試過(guò)程：重新進(jìn)行焊接。

結(jié)論：焊接元器件的過(guò)程中必須注意不能夠發(fā)生虛焊或過(guò)度焊接等情況。

4.LCD屏不顯示或者顯示不清

原因分析：與LCD屏串聯(lián)的滑動(dòng)變阻器的電阻過(guò)大，導(dǎo)致通過(guò)LCD的電流不足。

調(diào)試過(guò)程：調(diào)節(jié)與LCD屏串聯(lián)的滑動(dòng)變阻器，知道LCD屏的亮度達(dá)到合適值。

結(jié)論：滑動(dòng)變阻器的電阻值應(yīng)在合適的電阻范圍內(nèi)，選擇滑動(dòng)變阻器的元器件時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意其電阻值變化范圍，選擇相適宜的電阻值。

(二)軟件調(diào)試

具體的說(shuō)這個(gè)應(yīng)該屬于是軟硬件聯(lián)合調(diào)試，在硬件調(diào)試好的情況下，調(diào)試軟件應(yīng)該還是比較容易的。調(diào)試故障及原因分析如下。

1.繼電器不工作

原因分析：部分三極管的引腳順序安裝時(shí)放反了。

調(diào)試過(guò)程：檢查三極管引腳放置情況，對(duì)放置錯(cuò)誤的三極管進(jìn)行更改。

結(jié)論：三極管的引腳順序放反了，就達(dá)不到繼電器工作的所需的電流，需要把三極管的引腳調(diào)正后，繼電器就可以正常工作了。

2.LCD1602不顯示

原因分析：沒(méi)有根據(jù)相關(guān)的定時(shí)操作規(guī)定操作LCD1602。

調(diào)試過(guò)程：重新學(xué)習(xí)LCD1602的相關(guān)規(guī)定，重新編程。

結(jié)論：操作LCD1602是要按照廠家規(guī)定的協(xié)議去編程，才能使LCD1602工作的

不能按照自己的想法去操作。

3.密碼更改過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤，無(wú)法順利更改密碼

原因分析：程序編寫有漏洞，導(dǎo)致輸入指令的過(guò)程中，單片機(jī)有了誤判。

調(diào)試過(guò)程：檢查相關(guān)的程序代碼，并進(jìn)行改寫。

結(jié)論：程序代碼的錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)整體或者部分的功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)或者不能很好的實(shí)現(xiàn)，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致程序的誤讀或者錯(cuò)誤執(zhí)行。

五、結(jié)論和展望

(一)結(jié)論

該紅外遙控智能鎖設(shè)計(jì)，其主要任務(wù)，是通過(guò)利用STC89C52單片機(jī)，作為整個(gè)體系的控制的核心，加上利用紅外遙控接收和發(fā)送模塊，來(lái)完成和實(shí)現(xiàn)對(duì)智能鎖的遙控。開發(fā)出一個(gè)紅外智能防盜報(bào)警密碼鎖。

本設(shè)計(jì)主要可以分為硬件部分和軟件部分兩個(gè)部分。在硬件部分，偏重考慮的是，硬件電路的簡(jiǎn)易性，故盡可能將硬件電路設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單，還要盡量節(jié)省電路板的空間，并以此來(lái)達(dá)到對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。在軟件部分，采用的是C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行程序的編寫，采納模塊化的設(shè)計(jì)理念，這樣設(shè)計(jì)出的程序，具有相對(duì)較強(qiáng)的可讀性，能夠達(dá)到滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的目標(biāo)，達(dá)成了使用紅外線遙控器遙控和使用鍵盤控制，這兩種控制方式來(lái)對(duì)開鎖、關(guān)鎖，啟動(dòng)系統(tǒng)，修改密碼，多次輸入錯(cuò)誤密碼會(huì)觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警等功能所進(jìn)行的控制。

(二)展望

本設(shè)計(jì)的操作相對(duì)來(lái)說(shuō)是較為簡(jiǎn)單的，而且再?zèng)]有增加拓展功能之前也比較容易實(shí)現(xiàn)。

在硬件的部分，本設(shè)計(jì)采用的元器件都是是應(yīng)用比較廣泛的元器件，而且價(jià)格也相對(duì)比較低廉，比如說(shuō)，如紅外遙控器、STC89C52單片機(jī)、S8550三極管、24C02存儲(chǔ)芯片、還有紅外接收管等等，類似這些元器件，價(jià)格都是相對(duì)比較低廉的，而且其應(yīng)用也比較廣泛。所以，本設(shè)計(jì)所采納的元器件的功能，相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較強(qiáng)大且穩(wěn)定的。尤其是，在本次紅外智能電子鎖的設(shè)計(jì)當(dāng)中，所采納的核心控制元件，是STC89C52單片機(jī)。相對(duì)于該種類型的單片微型計(jì)算機(jī)機(jī)來(lái)說(shuō)，它的技術(shù)實(shí)際上已經(jīng)達(dá)到了相對(duì)于相似類型單片機(jī)較為成熟的水平。這種類別的微處理器成本低廉，既可用來(lái)做數(shù)據(jù)處理，又適合作為控制器來(lái)使用。該設(shè)計(jì)的軟件采用的是模塊化設(shè)計(jì)，因此具有比較強(qiáng)的可讀性，而且可以方便的進(jìn)行二次開發(fā)。

總的來(lái)說(shuō)，該設(shè)計(jì)出的紅外遙控智能密碼鎖系統(tǒng)，設(shè)計(jì)電路比較簡(jiǎn)單，功能易于實(shí)現(xiàn)，成本相對(duì)較低，且具有比較穩(wěn)定的可靠性，開發(fā)遠(yuǎn)景比較好。

[1]朱月秀單片機(jī)原理與應(yīng)用(第二版).科學(xué)出版社，2004,2:24-50.

[2]時(shí)德剛,劉嘩.超聲波測(cè)距的研究.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2002,10:32-48.

[3]戴曰章.基于AT89C51單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng).電氣時(shí)代,2005,8:42-56.

孫叢亮(1991.3-)，男，漢族，安徽蚌埠，貴州省畢節(jié)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，碩士研究生，研究方向心理學(xué)。