紅外遙控電子密碼鎖的設(shè)計與開發(fā)

成都信息工程學(xué)院“天府軟件園”杯嵌入式創(chuàng)新技術(shù)大賽報告書項目名稱： 紅外遙控電子密碼鎖的設(shè)計與實現(xiàn)完成日期： 2011 年 5 月成 員： 李剛 張洋洋 唐明友摘 要 ：本設(shè)計是以 STC89C52 為主要芯片，以中斷、計數(shù)等基本工作方式來控制、判斷外部器件的工作、工作狀態(tài)，結(jié)合采用數(shù)字信號編碼的基本算法，用紅外遙控器遙控發(fā)送密碼、再用紅外接收管接收密碼，單片機根據(jù)紅外接收管導(dǎo)通與否和持續(xù)時間結(jié)合二次調(diào)制方式的基本算法還原遙控器發(fā)送的密碼，再與外部儲存器 AT24C02 儲存的密碼對比，判斷密碼是否正確，輔助以 LCD12864 顯示用戶的操作結(jié)果，以蜂鳴器提醒，再通過矩陣鍵盤實現(xiàn)輸入或修改密碼等基本功能實現(xiàn)紅外電子密碼鎖的設(shè)計。該設(shè)計運用了 c 語言編寫程序，簡單、明了，很好的實現(xiàn)了紅外通信的要求。在以往設(shè)計的基礎(chǔ)上，該設(shè)計添加了在線燒寫程序，極大的方便了用戶使用，特別是為工業(yè)生產(chǎn)帶來了極大的便利。紅外電子密碼鎖具有成本較低、操作方便、體積小、無污染、反應(yīng)速度快等優(yōu)勢，具有很好的市場價值。關(guān)鍵詞：編碼、解碼、密碼、紅外目錄1 總體設(shè)計思路 .11.1 題目要求 .11.2 本設(shè)計主要硬件功能部分 .11.3 本設(shè)計軟件的總體構(gòu)思 .12 系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn) .32.1 AT24C02 模塊 .32.1.1 器件及原理介紹 .32.1.2 電路實現(xiàn) .42.2 紅外通信模塊 .42.2.1 遙控發(fā)射器及其編碼 .42.2.2 電路實現(xiàn) .62.3 矩陣鍵盤模塊 .72.4 顯示模塊 .72.4.1 LCD12864 介紹 .72.4.2 LCD12864 電路圖： .82.5 蜂鳴器模塊 .82.6 單片機最小系統(tǒng)模塊 .92.6.1 單片機最小系統(tǒng)電路圖： .93 軟件設(shè)計 .103.1 程序流程圖 .103.1.1 主程序流程圖 .103.1.2 鍵值判斷流程圖 .113.1.3 開鎖流程圖 .123.1.4 密碼修改流程圖 .133.1.5 紅外接收流程圖 .143.1.6 按鍵掃瞄流程圖 .153.2 程序設(shè)計（見附錄二） .154 總結(jié)： .165 參考文獻(xiàn)： .176 附錄一 .186.1 整體電路結(jié)構(gòu)： .186.2 PCB 圖： .187 附錄二 .197.1 AT24C02 模塊 .197.2 紅外通信模塊 .227.3 矩陣鍵盤模塊 .247.4 LCD12864 顯示 .267.5 主程序 .291 總 體 設(shè) 計 思 路1.1 題目要求紅外遙控電子密碼鎖由紅外遙控發(fā)射板、紅外接收終端、帶控制的電子鎖構(gòu)成。當(dāng)紅外接收終端收到遙控板送來的開鎖密碼信號，并與保存在終端中的密碼對比。當(dāng)對比成功后終端向電子鎖發(fā)出開鎖命令，完成開鎖功能。此題目的重點、難點是實現(xiàn)紅外信號的接收、密碼儲存和正確識別按鍵并顯示操作結(jié)果。由于紅外遙控不影響周邊環(huán)境、不干擾其他電器設(shè)備，其無法穿透墻壁，因此，不同房間的家用電器可使用通用的遙控器而不會產(chǎn)生相互干擾;電路調(diào)試簡單，只要按給定電路連接無誤，一般不需任何調(diào)試即可投入工作 ;編解碼容易，可進(jìn)行多路遙控。而且紅外電子密碼所體積較小、操作方便等優(yōu)勢，具有很好的市場前景。1.2本設(shè)計主要硬件功能部分本系統(tǒng)主要由六大部分組成：1) 單片機最小系統(tǒng)模塊；2) LCD 顯示電路模塊；3) 陣列鍵盤模塊；4) 紅外接收模塊；5) AT24C02 模塊；6) 蜂鳴器模塊；1.3本設(shè)計軟件的總體構(gòu)思本設(shè)計是以 STC89C52 為核心控制器件。本設(shè)計是通過 STC89C52 與AT24C02 之間交換密碼后，再與用戶通過鍵盤或紅外遙控器發(fā)送過來的密碼作對比，再用 LCD12864 顯示操作結(jié)果，用蜂鳴器提示電子鎖是否打開，從而實現(xiàn)紅外遙控電子密碼鎖的設(shè)計，如下圖。 STC89C52單片機AT24C02 存儲器鍵盤輸入紅外二極管接收液晶 12864 顯示蜂鳴器提示圖表 1 主體結(jié)構(gòu)2 系 統(tǒng) 的 硬 件 設(shè) 計 與 實 現(xiàn)2.1 AT24C02 模塊2.1.1 器 件 及 原 理 介 紹AT24C02 串行 E2PROM 具有 I2C 總線接口功能，功耗低，寬電源電壓(根據(jù)不同型號 2.56.0V)，工作電流約為 3mA，靜態(tài)電流隨電源電壓不同為30A110A。圖表 2I2C 通信原理：I2C 總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時，時鐘信號為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時鐘線上的信號為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化，如圖 A。SCL 線為高電平期間，SDA 線由高電平向低電平的變化表示起始信號；SCL 線為高電平期間，SDA 線由低電平向高電平的變化表示終止信號，如圖 4。圖表 3圖表 42.1.2 電 路 實 現(xiàn)A0 、 A1 、 A2 作為地址線，因在此只有一個器件，故全都接 GND。SDA作串行數(shù)據(jù)讀寫端接 P1.2 口，SCL 作為時鐘信號接 P1.1 口。圖表 5 AT24C02 硬件結(jié)構(gòu)2.2 紅外通信模塊2.2.1 遙 控 發(fā) 射 器 及 其 編 碼 遙控發(fā)射器專用芯片很多，根據(jù)編碼格式可以分成兩大類，這里我們以運用比較廣泛，解碼比較容易的一類來加以說明，現(xiàn)以日本 NEC 的 uPD6121G 組成發(fā)射電路為例說明編碼原理， 我們使用的超薄型紅外線遙控器使用的就是6121 編碼。當(dāng)發(fā)射器按鍵按下后，即有遙控碼發(fā)出，所按的鍵不同遙控編碼也不同。這種遙控碼具有以下特征： 采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬為0.565ms、間隔 0.56ms、周期為 1.125ms 的組合表示二進(jìn)制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔 1.685ms、周期為 2.25ms 的組合表示二進(jìn)制的“1”， 其波形如圖 7 所示。 圖表 6上述“0”和“1”組成的 32 位二進(jìn)制碼經(jīng) 38kHz 的載頻進(jìn)行二次調(diào)制以提高發(fā)射效率，達(dá)到降低電源功耗的目的。然后再通過紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射。UPD6121G 產(chǎn)生的遙控編碼是連續(xù)的 32 位二進(jìn)制碼組，其中前 16 位為用戶識別碼，能區(qū)別不同的電器設(shè)備，防止不同機種遙控碼互相干擾，如我們可以同時使用電視機、機頂盒、功放等遙控器，但它們不會產(chǎn)生誤觸發(fā)。該芯片的用戶識別碼固定為十六進(jìn)制 01H；后 16 位為 8 位操作碼（功能碼）及其反碼。UPD6121G 最多額 128 種不同組合的編碼。 遙控器在按鍵按下后，周期性地發(fā)出同一種 32 位二進(jìn)制碼，周期約為108ms。一組碼本身的持續(xù)時間隨它包含的二進(jìn)制“0”和“1”的個數(shù)不同而不同，大約在 4563ms 之間， 圖表 7 發(fā)射波形圖當(dāng)一個鍵按下超過 36ms，振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組 108ms 的編碼脈沖,這 108ms 發(fā)射代碼由一個起始碼（9ms）,一個結(jié)果碼（4.5ms）,低8 位地址碼（9ms18ms）,高 8 位地址碼（9ms18ms）,8 位數(shù)據(jù)碼（9ms18ms）和這 8 位數(shù)據(jù)的反碼（9ms18ms）組成。如果鍵按下超過108ms 仍未松開，接下來發(fā)射的代碼（連發(fā)代碼）將僅由起始碼（9ms）和結(jié)束碼（2.5ms）組成。 代碼格式（以接收代碼為準(zhǔn)，接收代碼與發(fā)射代碼反向） 1) 位定義 圖表 82) 單發(fā)代碼格式 圖表 93) 連發(fā)代碼格式 圖表 102.2.2 電 路 實 現(xiàn)一體化的紅外接收裝置將遙控信號的接收、放大、檢波、整形集