基于純模數電路的家居密碼鎖設計

王林

摘要：現如今關于家居門密碼鎖的使用，幾乎達到全覆蓋。那么關于傳統鑰匙鎖這方面，很容易因鑰匙丟失從而使換鎖的悲劇發生，又或如今市面上基于單片機語音智能密碼鎖也會出現程序漏洞會死機等重大問題。基于此類問題，我設計了這一款完全數字化智能密碼鎖，不但完美避開上述缺點，而且還能實現聲光報警、重置密碼、復雜密碼設計、低功耗及超時鎖定等功能。

關鍵詞：數字化智能密碼鎖;聲光報警;低功耗;重置密碼

1.整體設計及功能

本文設計一個全數字化的智能語音密碼鎖，以4位2進制密碼鎖設計為例。若有更多位數與十進制數的設計要求只需要進行稍微改動就能實現復雜全數字智能化密碼鎖，并對解鎖時間與密碼輸入次數進行了要求：若超過30s解鎖時間或連續五次輸錯密碼，則會觸發聲光報警模塊，并鎖住按鍵不能繼續輸入，從而達到防盜的功能。相比于市面上的傳統鎖芯鑰匙類與智能程序控制類的優點：不僅功耗低、價格便宜、而且忘記密碼之后只需要進行重置密碼，不需像上面兩者一樣，耗時耗力耗錢。

（1）解鎖成功綠燈亮，倒計時鎖定，方便后續操作。若在規定時間輸錯密碼，則紅燈亮，同時蜂鳴器報警，鎖住時間倒計時;若在規定時間未完成輸入密碼，密碼鎖被鎖定，不管密碼是否正確，都會觸發蜂鳴器報警。

（2）當我們在輸入密碼的時，不小心輸入錯誤，我們可以采用清除按鈕。

（3）設置完密碼之后，倒計時30s開始計時，輸入密碼，只有當我們按下確認鍵之后，再進行開鎖，進而判斷解鎖是否成功。

（4）同時我們對本次設計中主要采用的芯片進行了充分利用，以及對按鍵進行了消抖處理，保證輸出脈沖高，低電平不被干擾。

（5）采用外接5v電源，電源要求不高，可操作性增強。

2.主要部分電路設計

2.1? 30秒倒計時電路

本部分電路由74LS192、75LS47D與555芯片構成。計數器中的秒脈沖發生電路由555振蕩電路來完成，用兩個數碼管顯示倒計時，將兩個數碼管與47D芯片連接好，然后47D 芯片與74LS192之間連接按照要求來連接好，最后將秒脈沖的脈沖接到低位的減法計數器的B0端口，來一個脈沖開始從30秒開始倒計時，對于這個秒脈沖產生之后開始計時的條件必須與后面我們輸入密碼打開確認開關之后，才使脈沖能夠起到減數計數的功能。

2.2 密碼存儲電路

采用74LS164D與74LS173D芯片完成信號的寫入與存儲功能，74LS164D 芯片是一個8位邊沿觸發式、串行輸入的移位寄存器，利用該芯片對我們按鍵產生的高低電平，當按鍵被按下與彈起過程中，產生的脈沖信號變化，然后利用74LS164D的觸發條件為上升沿，來一個高電平進行移位，來一個移位，我們在這個里面只需要用到四個移位寄存器，就實現了對密碼的輸入與存儲功能。

最后，利用芯片74LS173D里面的四個D觸發器，將移位寄存器存儲的密碼作為輸入D1，D2，D3，D4，然后各自對應的四個Q1，Q2，Q3，Q4。在輸入端口對于設計的四位二進制密碼用四個發光二極管的亮滅來代表1或0，同樣方法在經過D觸發器后的輸出端Q1～Q4也分別接一個發光二極管。

2.3 密碼比較電路

在該部分電路中，我們通過對D觸發器的輸入輸出的二極管的亮滅依次進行比較，從而判斷出密碼是否正確。

利用74LS86D中的與非門，分別對四個輸入輸出進行比較，若每一個輸入對應的輸出均相同，則四個輸入輸出經過與非門之后為0，再過非門對結果變換為1，最后利用一個四輸入與非門74LS20D對結果與非之后，又變換為0，再將這個輸出作為輸入接到非門上，實現了0到1的轉換，則出來結果為高電平。

總的來說，當四位輸入輸出分別對應相等經過我們與非門的轉換比較之后，結果為高電平，此時我們就可以進行后續操作，讓代表開鎖成功的發光二極管點亮，代表開鎖成功;否則，只要在四位輸入輸出當中，只要有一個輸入輸出對應不相等，都會使得最終經過與非門的信號變化為低電平，再對低電平進行控制變換處理，讓代表解鎖失敗的發光二極管被點亮同時啟動蜂鳴器報警。

2.4 對減法計數進行控制

我們將前面通過密碼鎖比較電路出來的高電平信號給到二輸入與門芯片74LS08D的一個輸入引腳3B，3A是來自減法倒計時的高位74LS192的BO13引腳，此時兩個均為高電平，再將其輸出3Y接到4A，然后給一個確認開關接到4B，這兩個的輸出4Y為高電平，作為解鎖成功的發光二極管的信號，從而使發光二極管被點亮，同時將其4Y的輸出也作為控制計數器停止計數的一個輸入，經過一個雙輸入四異或門作為其的輸入1A，然后將控制確認開關的信號作為另一個輸入信號1B，此時在密碼正確以及確認開關打開的情況下，兩個輸入信號均為高電平，則經過與非門之后的輸出1Y為低電平，對應接入的解鎖失敗與蜂鳴器不能點亮與發出聲響，則代表解鎖成功;否則，解鎖失敗。

對于到了30秒計時之后，密碼鎖鎖定，我們輸入正確密碼，也不能正常解鎖成功。這里我們已經將高位74LS192芯片的13引腳接到了與門的1A，1B接到2Y，輸出1Y給到低位減法計數引腳口，從而控制了在確認開關被打開或者30倒計時結束，都會使得最終異或門的輸出結果為低電平，從而密碼鎖鎖定。

2.5 按鍵消抖電路

按鍵消抖通常的按鍵所用開關為機械彈性開關，當機械觸點斷開、閉合時，由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關在閉合時不會馬上穩定地接通，在斷開時也不會一下子斷開。因而在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，為了不產生這種現象而作的措施就是按鍵消抖。

3.結論

基于全數字化智能家居密碼鎖的優點。我堅信，在未來一定會有其立足之地的。不但能夠實現防盜報警與密碼錯誤鎖定與重置，而且低功耗、價格便宜等特點。設計過程中，對于鎖定與重置等方面查詢了很多相關資料，才得以完成，將全數字化密碼鎖的帶入人們的視野。

參考文獻：

[1]康華光.模擬電子技術基礎（第五版）[M].北京.高等教育出版社.2006.

[2]彭華林.數字電子技術[M].長沙.湖南大學出版社.2004.