1、数电课程设计电子密码锁 电子技术课 程 设 计 光 控 报 警 电 路 系 、 部： 机电工程学院 学生姓名： 吴盼盼 朱峰 学 号：0414110118 0414110126指导教师： 闫栋梁 侯桂成 专 业： 电子信息工程 班 级： 电子1101班 完成时间： 2013年7月4日 摘要 电子电路设计常用的方法是实验设计法，一般都包括设计法案提出、方案验证、方案修改3个阶段。传统的实验设计法通常采用手工接实验电路来完成，往往需要经过试验和修改的反复过程，直到设计出正确的电路。随着电子和计算机技术的发展，生产了在计算机平台上的EDA（电子设计自动化）技术，这种技术除了具有强大的设计功能外，还具
2、有测试、仿真分析、管理等功能。在“EDA桌面设计环境”下用计算机来完成电路的系统综合设计和仿真。用VHDL可以更加快速、灵活地设计出符合各种要求的密码锁,优于其他设计方法。VHDL是一种符合IEEE标准的硬件描述语言,其最大的特点是借鉴高级程序设计语言的功能特性,对电路的行为与结构进行高度抽象化、规范化的形式描述,并对设计的不同层次、不领域的模拟验证与综合优化等处理,使设计过程廷到高度自动化。关键词 电子密码锁 电压比较器 555单稳态电路 计数器 JK触发器 UPS电源。1 引言随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜
3、，电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的亲睐。设计本课题时构思了两种方案：一种是用以AT89C2051为核心的单片机控制方案；另一种是用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路控制方案。考虑到单片机方案原理复杂，而且调试较为繁琐，所以本文采用后一种方案。2 总体方案设计2.1设计思路共设了9个用户输入键，其中只有4个是有效的密码按键，其它的都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入的密码无效，需要重新输入；如果用户输入密码的时间超过40秒（一般情况下，用户不会超过40秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警80秒，若电路连续报警三次，电路将锁定
4、键盘5分钟，防止他人的非法操作。2.2总体方框图 3 设计原理分析电路由两大部分组成：密码锁电路和备用电源(UPS)，其中设置UPS电源是为了防止因为停电造成的密码锁电路失效，使用户免遭麻烦。密码锁电路包含：键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输入次数锁定电路。3.1 键盘输入、密码修改、密码检测、开锁及执行电路 . 其电路如下图1所示： 图1 键盘输入、密码修改、密码检测、开锁、执行电路开关K1K9是用户的输入密码的键盘，用户可以通过开关输入密码，开关两端的电容是为了提高开关速度，电路先自动将IC1IC4清零，由报警电路送来的清零信号经C25送到T11基极，使T1
5、1导通，其集电极输出低电平，送往IC1IC4，实现清零。 密码修改电路由双刀双掷开关S1S4组成（如图2所示）, 它是利用开关切换的原理实现密码的修改。例如要设定密码为1458，可以拨动开关S1向左，S2向右，S3向左，S4向右，即可实现密码的修改，由于输入的密码要经过S1S4的选择，也就实现了密码的校验。本电路有16组的密码可供修改。 图2 密码修改电路 由两块74LS112（双JK触发器，包含IC1IC4）组成密码检测电路。由于IC1处于计数状态，当用户按下第一个正确的密码后，CLK端出现了一个负的下降沿，IC1计数，Q端输出为高电平，用户依次按下有效的密码，IC2IC3也依次输出高电平，
6、送入与门IC5，使其输出开锁的高电平信号送往IC13的2脚，执行电路动作，实现开锁。执行电路是由一块555单稳态电路（IC13），以及由T10、 T11组成的达林顿管构成。若IC13的2脚输入一高电平，则3脚输出高电平，使T10导通，T11导通，电磁阀开启，实现开门，同时T10集电极上接的D5（绿色发光二极管）发亮，表示开门，20秒后，555电路状态翻转，电磁阀停止工作，以节电。其中电磁阀并联的电容C24使为了提高电磁阀的力矩。3.2 报警电路报警电路实现的功能是：当输入密码的时间超过40秒（一般情况下用户输入不会超过），电路报警80秒，防止他人恶意开锁。电路包含两大部分，2分钟延时和40秒延
7、时电路。其工作原理是当用户开始输入密码时，电路开始2分钟计时，超出40秒，电路开始80秒的报警。如图3所示 图3 报警电路 有人走近门时，触摸了TP端(TP端固定在键盘上，其灵敏度非常高，保证电路可靠的触发)，由于人体自身带的电，使IC10的2脚出现低电平，使IC10的状态发生翻转，其3脚输出高电平，T5导通(可以通过R12控制T1的基极电流)，其集电极接的黄色发光二极管D3发光，表示现在电子锁处于待命状态,T6截止，C4开始通过R14充电(充电时间是40秒,此时为用户输入密码的时间，即用户输入密码的时间不能超过40秒，否则电路就开始报警, 由于用户经常输入密码，而且知道密码，一般输入密码的时
8、间不会超过40秒)，IC2开始进入延时40秒的状态。 开始报警:当用户输入的密码不正确或输入密码的时间超过40秒，IC11的2脚电位随着C4的充电而下降,当电位下降到1/3Vcc时(即40秒延时结束时候),3脚变成高电位(延时时是低电平),通过R15使(R15的作用是为了限制T7的导通电流防止电流过大烧毁三极管)T7导通,其集电极上面接的红色发光二极管D4发亮,表示当前处于报警状态,T8也随之而导通,使蜂鸣器发声,令贼人生怯,实现报警.停止报警:当达到了80秒的报警时间，IC10的6,7脚接的电容C5放电结束,IC10的3脚变成低电平,T5截止,T6导通,强制使强制电路处于稳态，IC11的3脚
9、输出低电平,使T7,T8截止,蜂鸣器停止报警；或者用户输入的密码正确，则有开锁电路中的T10集电极输出清除报警信号，送至T12（PNP），T12导通，强制使T7基极至低电位，解除报警信号。3.3 报警次数检测及锁定电路若用户操作连续失误超过3次，电路将锁定5分钟。其工作原理如下：当电路报警的次数超过3次，由IC9（74161）构成的3位计数器将产生进位，通过IC7，输出清零信号送往74161的清零端，以实现重新计数。经过IC8（与门），送到IC12（555）的2脚，使3脚产生5分钟的高电平锁定脉冲（其脉冲可由公式T=1.1RC计算得出），经T9倒相，送IC6输入端，使IC6输出低电平，使IC1
10、3不能开锁，到锁定的目的。电路图如下图4所示： 图4 报警次数检测及锁定电路3.4 备用电源电路为了防止停电情况的发生，本电路后备了UPS电源，它包括市电供电电路，停电检测电路，电子开关切换电路，蓄电池充电电路和蓄电池组成。其电路图如下图5所示：220V市电通过变压器B降压成12V的交流电,再经过整流桥整流,7805稳压到5V送往电子切换电路，由于本电路功耗较少，所以选用10W的小型变压器。 图5 电源电路由R8，R9，R6，R7及IC14构成电压比较器，正常情况下，V+V- IC14输出高电平，由T3，T4构成的达林顿管使继电器J开启，将其常开触电将蓄电池和电路相连，实现市电和蓄电池供电的切
11、换，保证电子密码锁的正常工作（视电池容量而定持续时间）。其电路图如下图6所示： 图6 停电检测及电子开关切换电路T1，T2构成的蓄电池自动充电电路，它在电池充满后自动停止充电，其中D1亮为正在充电，D2为工作指示。由R4，R5，T1构成电压检测电路，蓄电池电压低，则T1，T2导通，实现对其充电；充满后，T1，T2截止，停止充电，同时D1熄灭，电路中C4的作用是滤除干扰信号。其电路图如图7所示： 图7 蓄电池自动充电电路 4 总结与体会以上为实习期间所设计的电子密码锁电路，它经过多次修改和整理，以是一个比较不错的设计，可以满足人们的基本要求，但因为水平有限，此电路中也存在一定的问题，譬如说电路的
12、密码不能遗忘，一旦遗忘，就很难打开，这可以通过增加电路解决，但过于复杂，本次设计未其中；用开关作74LS112的CLK脉冲，不是很稳定，可以调换其它高速开关或计数脉冲；电路密码只有16种可供修改，但由于他人不知道密码的位数，而且还要求在规定的时间内按一定的顺序开锁，所以他人开锁的几率很小；电路中未加显示电路，但可通过其它数字模块实现这一功能。这需要一段时间的进一步改进，如果有好的意见，希望老师给以支持。通过这三周的学习，我感觉有很大的收获：首先，通过学习使自己对课本上的知识可以应用于实际，使的理论与实际相结合，加深自己对课本知识的更好理解，同时实习也段练了我个人的动手能力：能够充分利用图书馆去
13、查阅资料，增加了许多课本以外的知识。能对protel 99、和EWB等仿真软件操作，能达到学以致用。对我们学生来说，理论与实际同样重要，这是我们以后在工作中说明自己能力的一个重要标准。在实习中，我感受到了老师对学生的那种悔人不卷的精神，每天的固定时间，老师都来给我们指导，使我们少走弯路，顺利完成实习任务，请允许我向你们致意崇高的敬意，感谢你们，老师！ 参考文献1 康华光.电子技术基础（第四版）M.北京:高等教育出版社,1998 2 梁宗善.新型集成块应用M.武汉:华中理工大出版社,2004 3 潘新民王燕芳. 微型计算机控制技术. 电子工业出版社. 2003年致 谢经过为期一个多月的课程设计，我们顺利完成课程设计，感谢各位老师的指导以及我们团队的默契配合。本文是在指导老师侯老师的悉心指导下完成的。从课程设计的选题、具体设计到说明书的最后完稿所取得的每一点成绩都倾注了老师的心血。指导老师严谨治学的态度、渊博的学识、对事业执着追求的精神以及对本人在学习、生活等各方面无微不至的关怀和帮助，都将使我终生受益。值此说明书完成之际，谨向指导老师致以最崇高的敬意和最衷心的感谢！也感谢小组成员密切的配合。感谢河北科技师范学院在实验仪器及器材上，为我们提供了最贴心的帮助，开放的实验室环境对我们顺利完成课题有莫大的帮助。过程是艰辛的，成功是大家有目共睹的。谢谢资料仅供参考!
