毕业论文基于单片机红外遥控密码锁

学科代码：080714

学号：120802010051

贵州师范大学（本科）

毕业论文

题目：基于单片机红外遥控密码锁设计

学院：物理与电子科学学院

专业：电子信息科学与技术

年级：2012级

姓名：罗滨志

指导教师：曹晓龙

完成时间：2016年4月7日

贵州师范大学本科毕业论文(设计)开题报告

能好等优点。将红外线遥控技术用于电子密码锁系列，会使得电子密码锁的安全性、隐蔽性、操作性更高。因此，红外线遥控电子密码锁是一种非常理想的门禁系统密码锁。

4、选题思路

通过对单片机技术、红外线遥控技术等的认识。联系实际需求，将所学的知识应用到现实生活当中去，通过对所学的知识的不断实践改良，使得单片机红外遥控密码锁这个技术更加能符合现实需求。使得该技术具有更高的可操作性。

5、设计内容

利用单片机，设计红外遥控电子密码锁。密码为6位数字。当在5分钟内3次输入密码错误时，不再允许输入密码，并以声音和红灯报警。只有当2次输入密码都正确时，锁才能打开，同时点亮绿灯。具有密码修改(密码用“H”显示)、输入密码倒计时功能。

6、设计方法

①、电路模块设计

如图1所示。整个系统由：红外遥控模块、接收模块、控制模块、电源模块、报警模块、显示模块和电子锁模块组成。单片机AT89C51主要控制和处理各个模块的工作。各个模块工作如下：

红外遥控模块：遥控器按键按下，发出脉冲信号，接收器收到信号，经过处理送入CPU。进而控制电子锁的工作。

控制模块：主控电路电路模块采用AT89C51为核心的主控电路。接收器将接收到的信号送入单片机，再有单片机处理，最后控制电子锁的工作。

显示器模块：单片机向显示器发送数据，当显示模块收到信号后，会在显示屏上实现文字显示等操作。

报警模块：报警模块由蜂鸣器和LED灯组成。当输入的密码信号错误时，蜂鸣器会发声，且LED灯会闪烁报警。

电子锁模块：当密码输入正确时，单片机驱动信号，使电子锁开锁。

电源模块：给电路提供电源，使电路能够正常、稳定的工作。

图1原理

贵州师范大学本科毕业论文(设计)指导教师指导记录表

备注：1、此表由学生根据老师每次指导的内容填写，指导教师签字后学生保存，完成论文（设计）后与论文一并交学院。

2、此表可以续页。

贵州师范大学本科毕业论文(设计)答辩记录表

学院：物理与电子科学学院专业：电子信息科学与技术级别：2012 级

贵州师范大学本科毕业论文（设计）成绩表一、指导教师评价

二、同行教师评审

三、答辩委员会评定

基于单片机红外遥控密码锁设计

罗滨志

摘要：随着电子通信技术的快速发展,红外控制技术日益渗透到我们生活的各个领域,电子产品正向智能化和小型化不断变化,控制器选择中,单片机已成为电子产品的首选控制器的研究和开发。且在不断提高人们的生活水平,如何实现安全也是每个家庭的担忧,传统的机械锁的内部结构很简单,安全系数低,已经不能满足人们的需求，在这种情况下，人们通过结合电子技术的发展不断对电子进行研究开发，当然功夫不负有心人，在技术人员的不断研发之下，相对于传统机械锁较为安全的锁也应运而生，红外遥控密码锁的问世给家庭防盗方面带来巨大优势，也给人们生活带来诸多方便，本论文主要介绍红外遥控密码锁的工作原理、设计思路、工作流程及其所用到的主要元器件。

关键词：AT89C51；红外遥控；密码锁；自动；

Abstract:With the rapid development of electronic technology and communication technology, infrared technology is increasingly penetrated into all areas of our lives, electronics is moving toward intelligence and miniaturization constantly change, and in the controller to select, microcontroller has become electronic product research and development of the preferred controller. Constantly improve the living standards of people, how to implement the security also be concerns every family, the traditional mechanical lock its internal structure is simple, safety coefficient is low, already can't satisfy people's needs，Demand for convenience, security, and so on, all kinds of electronic combination lock also appeared. Such as acoustic control locks, fingerprint recognition, magnetic card lock, IC card, etc. But these electronic combination lock cost is higher, so to some extent, restricted the promotion and the popularization of the similar products. The paper is a kind of infrared remote electronic combination lock design scheme based on AT89C51, AT89C51 single-chip microcomputer as the core of this design in the design of components, combined with infrared remote control principle and function of single chip microcomputer serial transmitting and receiving, etc and designed with the machine and the infrared remote lock electronic combination lock. First, the paper introduces the design scheme and theoretical analysis, the basic function in detail the design and implementation, design and implementation of remote control, the working principle of hardware circuit.

Key word: AT89C51 ;infrared remote control;cipher lock;self-motion

1绪论

1.1概述

锁是我们生活不可缺少的生活电子产品，家中难免会有无人的时候，它给我们生活带来了许多的便利，也在一定程度上给我们家庭安全带来一定保证，但是随着科技的不断发展，盗窃的技术也越来越高明，所以传统机械锁已经不能满足人们的安全需求，在此基础上红外遥控密码锁就产生了，红外遥控开锁系统开锁主要是通过红外线的发送与接收。

我国的红外遥控技术正在发展基础阶段，而国外的红外遥控技术已趋于成熟，所以我国红外遥控技术还有待于发展，由于技术的不成熟，红外遥控技术还没有推广到大多数家庭，只有极少数家庭在使用红外遥控开锁技术，所以选择此论文的一个原因是希望更多家庭了解红外技术的使用，让他们的家庭安全有所保障。

1.1.1设计目的

锁是我们日常生活中必不可少的电子产品，但是锁的种类繁多，安全性也各不相同，此次设计的红外遥控开锁系统安全性能相对于来说比较可靠，但是对红外遥控开锁系统人们没有具体的了解，所以其使用并不广泛，只局限于一些大型企业或者机构，没有具体运用到我们现实生活中小到家庭的用户，通过此次红外遥控的设计，让人们对红外遥控技术有个具体的理解，也对红外遥控技术的原理有所了解，达到理论与实际相结合的效果。

1.1.2设计思想

此设计使用的核心元件是单片机系列的AT89C51单片机，红外遥控主要是在红外通信原理的基础上来实现的，通过二极管对红外线的接收与发送实现开锁，除此之外还配有密码报警系统，当用户输入的密码错误时，报警系统会驱动报警。

1.1.3设计功能

1.1.3.1选择密码

把密码程序放在EPROM里面,选择密码主要通过AT89C51单片机接口P1.5来完成。具体操作过程如下:按下P1.5按钮,按顺序输入密码,输入完以后按下确认键“#”即可选择密码。

1.1.3.2密码显示

直接输入密码容易被盗取，为了防止密码的外露，显示的时候并不是直接显示用户所按下的数字符号，而是以一个特殊的字母符号提示用户按键是否按下。在有按键按下的时候密码将以“H”形式在显示屏上显示出来，没按键按下则不会显示任何字符。此设计既保护了用户的密码又提示用户是否输入密码，此乃该设计的安全性与可靠性的优点。

1.1.3.3本机键开锁

用户按顺序输入密码，然后按下确认键“#”，如果输入的密码是正确的，按下“#”的瞬间会驱动开锁，但是用户输入密码时应注意:输入密码数字和数据之间的时间间隔为3秒,比如用户密码为875643，当输入第一个数字8后应该在3秒之内输入第二个数字7，如果超过该规定时间，则前面输入数字将被视为无效。

1.1.3.4遥控开锁

现在很多家庭都拥有自己私有的车库，如果用传统的机械锁，用户在进出的时候都得下车开锁，这样很麻烦，若将红外遥控锁用于此，则用户不用下车，只要手执遥控器，就可以开门或关门，给用户带来许多便利，但是如果输入的密码不匹配则会报警，该设计为本系统的比较优越的性能。

1.1.3.5密码错误报警

报警器会在输入密码错误时发出五秒报警声，以此来提醒用户密码错误或者提醒用户有人闯入。当连续输入密码错误三次时，扬声器系统会反复的发出报警声，此时必须按下复位键方可停止报警。

1.2红外线简介

1.2.1红外线定义

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，它是一种红外光，波长在1毫米到770纳米之内。

1.2.2红外线的特点

根据波长的大小顺序，眼睛可以看到的可见光依次（从长到短）为红光、橙光、黄光、绿光、青光、蓝光、紫光，如图1.1所示。

图 1.1

如图1.1所示。红光的波长取值大致为0.62um～0.76um，波长比红光长的电磁波一般称为红外线。

红外线的两大特点：

在传输过程中不干扰其他电子电器设备的正常工作；

不会影响到周边环境。

1.2.3红外线发射和接收

发射与接收两个部分共同组成红外遥控系统。红外发射端的发射元件主要选用能够发出红外线的红外发光二极管，由它发出的光是不可见的，如图 1.2所示。发射与接收如图 1.3所示。

图 1.2

图 1.1

1.2.4常见红外发光二极管引脚图

红外发光二极管引脚图如图4所示。

图 1.2

图1.4是常用的红外接收头，红外接收头一般有三只引脚：

VDD（电源正极）；

GND（电源负极）；

Out (数据输出)。

红外线一体化接收头的主要参数如下：

工作电压：4.8-5.3V；工作电流：1.7-2.7mA；接收频率：38kHz；峰值波长：980nm；静态输出：高电平；输出低电平：小于等于0.4V；输出高电平：接近工作电压。

1.3红外技术发展趋势

红外技术在1800年被发现以后，相关技术人员就在此基础上对它进行研发，在技术人员的不断努力下，许多红外技术产品也相继问世，它包含我们生活的方方面面，有医疗、国防、教育、安检等不同层面，随着技术的不断发展，人们对红外技术的研发也没有停止过，现在人们对红外遥控技术的研究与开发是远远不够的，红外遥控技术产业还有及其宽广的开发空间。如图1.5为红外技术的发展历程。

图 1.3

1.4电子密码锁简介

电子密码锁：通过输入密码来控制电路或者芯片的工作从而实现机械开关的闭合这样一类电子产品，现在运用比较广泛的电子密码锁是以芯片为核心器件，通过单片机的编程来实现的。它的安全性和性能已经极大超过传统机械锁。其特点如下所示：

（1）硬件成本较低，软件简单安全，易于大批量生产；

（2）通用性较强，可以根据不同的需要安装在不同的设备上；

（3）电子密码锁结构简单，发生故障概率低，输入密码操作简单方便；

（4）使用的灵活性强，不像传统机械锁必须要有相对应钥匙才能开锁；

（5）没有活动的零件，基本上不会磨损，寿命比较长；

（6）输入密码不匹配保护系统，当密码输入多次都与原始密码不匹配时，报警系统会自动启动，达到保护效果；

1.5电子密码锁的发展趋势

在我们日常的工作与生活中，部门和住宅的安全防护，单位的机密文件档案，财务报表及一些个人资料的保存大多都是用加锁的方法来解决的。通常人们需要带多把钥匙，使用特别不方便，而且钥匙丢失以后风险也会变大。由于科学技术的层层更替，安全保险的要求也越来越被人们重视，电子密码锁就在这种人们的需求下产生了，它具备了传统机械锁不具备的可靠性、安全性、功耗低、操作简单、成本低等优点。

红外遥控开锁系统在一定程度上替代了传统机械锁安全可靠性能差的缺点，使得密码锁不管在性能上还是在技术上都有很大的提升。伴随着大规模集成电路技术的快速发展，特别是单片机（MCU）技术的研制成功，带微处理器的全智能密码锁也随之问世，从而使得可靠性与安全性也大大提高，应用也日益发展。随着人们对科技的发展与安全的极度重视，许多电子智能锁（如IC卡辨认、指纹识别）已经在国内外相继问世。而且很多时候指纹识别器在公共场所使用容易被机械损坏，而IC卡不但制作成本极高，而且还容易损坏、丢失，所以在一定程度上限制了这类产品的推广与普及，鉴于当前的技术水平和被市场接受的程度考虑。

2红外设计理论的分析

2.1红外线的物理特性

红外辐射技术也简称为红外技术。红外辐射习惯于被人们称之为红外线。可以分为以下四个波段：

（1）近红外，波长位于0.75um到3um之间；

（2）中红外，波长位于3um到6um之间；

（3）远红外，波长位于6um到15um之间；

（4）极远红外，波长位于15um到1000um之间。

红外线还具有以下一些特性：

（1）大气传输特性；

（2）红外光电效应；

（3）红外辐射；

（4）红外反射。

2.2通信的基本原理

从传统的角度来定义通信，实现信息的传输与交换即为通信，而其最终的目的是能够有效并且可靠地获取、传输和交换信息。

通信传输的具体的对象是消息，其表现是将载荷信息从一方传输到另外一方。消息有符号、视频、数据、语音、文字、图像等各式各样的表达形式。

通信的实现方式也很多，但是使用比较广泛的是光通信和电通信。电通信是通过电信号

来携带传输消息，通过各种传输电信道进行传输，最后到达通信对方；而光通信则是用光信号来携带所需要传递的消息从而实现通信。当前使用最广泛的是电通信。

2.2.1通信的系统模型

传递或者交换信息所需要的一切技术设备的整体称之为通信系统。

通信系统发展到现在，网络通信占据着很大的市场，给人们的工作与日常生活带来了很大的方便和高效。

2.2.2通信的方式

2.2.2.1单工、半双工、全双工传输

点对点的通信方式根据消息传输的方向和时间的关系可以分为以下三种模式：

○1单工通信；

○2半双工通信；

○3全双工通信。

单工通信方式：消息只能够在单一方向上传递，对于相互通信的双方来讲，只能为一方发送，而另一方接收。

半双工通信方式：相互通信的双方都可以接收与发送消息，但是两者不能够同时进行。

全双工通信方式：相互通信的双方可以同时接收与发送消息而不产生影响。

2.2.2.2串行传输方式与并行传输方式

串行传输仅使用一条线路，在传输数据的时候，需要把多个比特组成的数据转化成串行的比特串，然后逐一传输每一个比特（一般有符号“b”表示）。

在很多条并行传输信道上同时传送一组比特数据，并行传输使用非常广泛，主要应用于短距离设备之间的数据传送。

2.2.2.3异步传输方式与同步传输方式

为了能够区分串行传送的“字符”，一般在字符代码前面加上“起”、而后面加上“止”，这也就实现了串行传输接收、发送双方字符或者码组的同步。

接收端建立准确的时钟信号，目的是为了能够从接收到的数据流中正确的区分出每一个信号码元，数据在发送时的单位一般是组（或帧），一组数据一般有多个字符，接收或者发送之间的码组或者帧的同步，是通过传送特定的同步序列或者传输控制字符来实现的，传输的效率较高。

2.3红外通信的基本原理

红外通信：通过红外技术来实现两点之间的近距离的信息转发与保密的通信。红外通信一般有以下两个部分组成：

●红外发射系统；

●红外接收系统。

发射的任何一个红外辐射源都得经过红外发射系统对其进行相对应调制后在发射出红外信号，而红外接收系统则用红外探测器和光学装置进行信息接收，这一过程就构成了红外通信系统。

红外线通信的基本原理：红外发送端把基带二进制信号调制成一系列的载波信号（脉冲串信号），红外信号通过红外线发射管来发射。经常使用如下两种方法：

PWM（脉宽调制），通过脉冲的宽度来实现信号的调制；

PPM（脉时调制），通过脉冲串之间的时间间隔来实现。

PPM（脉时调制）的使用范围较广，数据比特的传输与不带奇偶校验位的RS232通信有相似之处，首先都得产生一个同步头，然后后面接着八位数据比特，如图2.1所示。

图2.1

载波信号的载波周期T=26.32us，频率f=39KHz，该设计是由单片机软件来产生载波，取T=26us , 脉冲的宽度 t1 = 260us = 10T ，二进制数 0脉冲串的周期

t2=500us二进制数1脉冲串的周期t3=1000us。

面向指令的帧结构是红外线遥控所采用的一般结构，数据帧通常由三部分组成，分别为指令码、地址码和同步码，指令码的长度多数设置8-16个bit，在传输多个字节遥控协议的时候效率不高，每一帧都由一个二进制数0（起始位）、两个二进制数1（停止位）和八个数据位组成，如图2.2所示。

图2.2

3主要的元器件介绍

3.1主控芯片AT89C51

AT89C51是一种带有4K字节闪烁的可编程可擦除只读存储器（FPEROM-FALSH PROGRAMMABLE AND ERASABLE READ ONLY MEORY）的低电压，高性能的 CMOS8 位微处理器，

也称之为单片机（MCU）。AT89C51单片机（MCU）是一种可擦除只读存储器，可以反复地擦除一百次。

AT89C51单片机包含有以下几大单元：

中央处理器（CPU）；

数据存储器(RAM)；

程序存储器(ROM)；

定时/计数器；

中断系统；

串行接口。

AT89C51单片机三大总线：

●数据总线；

●地址总线；

●控制总线。

它的基本结构如图3.1所示。

图3.1

3.1.1AT89C51的主要特性

与MCS-51兼容；

32位可编程I/O口线；

4K字节的可编程的闪烁存储器；

两个16位定时器/计数器；

寿命：100写/擦循环；

五个中断源；

数据保留时间：10年；

可编程串行通道；

全静态工作：0HZ-24HZ；

低功耗的闲置和掉电模式；

三级程序存储器锁定；

片内振荡器和时钟电路；

128*8位内部RAM。

3.1.2AT89C51的主要引脚功能说明

AT89C51有三十八个引脚，芯片引脚图如图3.2所示。

图3.2

VCC：供电电源。

GND：接地。

P3口：标准输入输出 I/O 口，也是AT89C51的部分特殊的功能口，也称之为P3口的第二功能。

P3口的第二功能：

P3.0 RXD（串行输入口）；

P3.1 TXD（串行输出口）；

P3.2 /INT0（外部中断0）；

P3.3 /INT1（外部中断1）；

P3.4 T0（记时器0外部输入）；

P3.5 T1（记时器1外部输入）；

P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）；

P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）。

RST：复位输入。