電子密碼鎖課程設(shè)計--基于數(shù)字電路的電子密碼鎖

1、<p>　　《微機原理與接口技術(shù)》</p><p><b>　　課程設(shè)計報告書</b></p><p>　　設(shè)計題目： 基于數(shù)字電路的電子密碼鎖 </p><p>　　專 業(yè)： 自動化 </p><p>　　2015年6月15日</p&

2、gt;<p>　　物理與電子工程學院課程設(shè)計任務(wù)書</p><p>　　專業(yè)： 自動化 班級： 14級接本1班 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　采用邏輯門電路設(shè)計電子密碼鎖，闡述了其工作原理，給出了具體的電路原理圖。

3、 該密碼鎖具有密碼預置功能，保密性強，誤碼報警，并且報警時間可以設(shè)定，同時用數(shù)碼管顯示出報警時間。密碼正確時驅(qū)動繼電器控制開鎖指示燈，誤碼時報警信號由蜂鳴器發(fā)出，聲音為間歇式鳴笛。采用自行設(shè)計的5V穩(wěn)壓電源供電，具有耗電省等特點。使用時用戶必須按下確認按鈕后方可知用戶輸入的密碼是否與預置密碼一致，當密碼正確時密碼鎖可以被打開，點亮綠色二極管亮代表密碼正確，鎖可以打開。密碼不正確時按下確認按鈕，紅色二極管被點亮，同時蜂鳴器鳴笛十秒，數(shù)碼管

4、顯示十秒倒計時；倒計時結(jié)束時，數(shù)碼管顯示00，對其產(chǎn)生的編碼信號經(jīng)門電路處理后轉(zhuǎn)化為低電平信號，傳給秒脈沖電路控制端，使其停止工作，從而脈沖驅(qū)動的蜂鳴器也停止報警。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 電子密碼鎖；數(shù)字電路； 預置密碼；誤碼報警</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 課程設(shè)計的定義和目的1</p&

5、gt;<p>　　1.1背景及其發(fā)展前景1</p><p>　　1.2研究目的和意義2</p><p><b>　　1.3技術(shù)要求2</b></p><p>　　1.3.1基本要求2</p><p>　　1.3.2發(fā)揮部分要求2</p><p>　　1.4基本設(shè)計原理2&

6、lt;/p><p>　　2 設(shè)計方案簡述3</p><p><b>　　2.1設(shè)計思路3</b></p><p>　　2.2設(shè)計原理框圖3</p><p>　　2.3　設(shè)計原理分析4</p><p><b>　　3 詳細設(shè)計5</b></p><p&

7、gt;　　3.1密碼鎖單元電路設(shè)計5</p><p>　　3.1.1密碼識別電路5</p><p>　　3.1.2秒脈沖產(chǎn)生電路6</p><p>　　3.1.3倒計時電路7</p><p>　　3.1.4驅(qū)動蜂鳴器電路8</p><p>　　3.1.5驅(qū)動繼電器電路9</p><p&g

8、t;　　3.2密碼鎖總體電路設(shè)計10</p><p>　　4 設(shè)計結(jié)果及分析11</p><p>　　4.1總體性能指標與完善措施分析11</p><p>　　4.1.1性能指標11</p><p>　　4.1.2不足之處11</p><p>　　4.1.3性能改進方案11</p><p

9、><b>　　總結(jié)12</b></p><p><b>　　參考文獻13</b></p><p>　　1 課程設(shè)計的定義和目的</p><p>　　1.1背景及其發(fā)展前景</p><p>　　隨著人們生活水平的提高和安全意識的加強，對安全的要求也就越來越高。鎖自古以來就是把守護門的鐵將軍，

10、人們對它要求甚高，既要安全可靠的防盜，又要使用方便，這也是制鎖者長期以來研制的主題。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各類電子產(chǎn)品應(yīng)運而生，電子密碼鎖就是其中之一。據(jù)有關(guān)資料介紹，電子密碼鎖的研究從20世紀30年代就開始了，在一些特殊場所早就有所應(yīng)用。這種鎖是通過鍵盤輸入一組密碼完成開鎖過程。研究這種鎖的初衷，就是為提高鎖的安全性。由于電子鎖的密鑰量（密碼量）極大，可以與機械鎖配合使用，并且可以避免因鑰匙被仿制而留下安全隱患。電子鎖只需記住一組密碼，

11、無需攜帶金屬鑰匙，免除了人們攜帶金屬鑰匙的煩惱，而被越來越多的人所欣賞。電子鎖的種類繁多，例如數(shù)碼鎖，指紋鎖，磁卡鎖，IC卡鎖，生物鎖等。但較實用的還是按鍵式電子密碼鎖。</p><p>　　20世紀80年代后，隨著電子鎖專用集成電路的出現(xiàn)，電子鎖的體積縮小，可靠性提高，成本較高，是適合使用在安全性要求較高的場合，且需要有電源提供能量，使用還局限在一定范圍，難以普及，所以對它的研究一直沒有明顯進展。</p&

12、gt;<p>　　目前，在西方發(fā)達國家，電子密碼鎖技術(shù)相對先進，種類齊全，電子密碼鎖已被廣泛應(yīng)用于智能門禁系統(tǒng)中，通過多種更加安全，更加可靠的技術(shù)實現(xiàn)大門的管理。在我國電子鎖整體水平尚處于國際上70年代左右，電子密碼鎖的成本還很高，市場上仍以按鍵電子鎖為主，按鍵式和卡片鑰匙式電子鎖已引進國際先進水平，現(xiàn)國內(nèi)有幾個廠生產(chǎn)供應(yīng)市場。但國內(nèi)自行研制開發(fā)的電子鎖，其市場結(jié)構(gòu)尚未形成，應(yīng)用還不廣泛。國內(nèi)的不少企業(yè)也引進了世界上先進的

13、技術(shù)，發(fā)展前景非?？捎^。希望通過不斷的努力，使電子密碼鎖在我國也能得到廣泛應(yīng)用[1]。</p><p>　　目前使用的電子密碼鎖大部分是基于單片機技術(shù)，以單片機為主要器件，其編碼器與解碼器的生成為軟件方式[2]。在實際應(yīng)用中，由于程序容易跑飛，系統(tǒng)的可靠性能較差?；诂F(xiàn)場可編程邏輯門陣列器件的電子密碼鎖，用門電路構(gòu)造系統(tǒng)，所有算法完全由硬件電路來實現(xiàn)，使得系統(tǒng)的工作可靠性大為提高。由于門電路也具有現(xiàn)場可編程功能，

14、當設(shè)計需要更改時，只需更改門電路中的控制和接口電路，無需更改外部電路的設(shè)計，大大提高了設(shè)計的效率</p><p>　　1.2研究目的和意義</p><p>　　隨著人們生活水平的提高，對家庭防盜技術(shù)的要求也是越來越高，傳統(tǒng)的機械鎖由于其構(gòu)造的簡單，被撬的事件屢見不鮮，電子鎖由于其保密性高，使用靈活性好，安全系數(shù)高，受到了廣大用戶的歡迎。現(xiàn)在市場上主要是基于單片機技術(shù)的電子密碼鎖，但可靠性較

15、差。通常簡單的數(shù)字電路就可實現(xiàn)密碼不限次數(shù)重寫，也就是說現(xiàn)在的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計一樣靈活、方便。相對于基于單片機技術(shù)的電子密碼鎖，用簡單門電路來來構(gòu)成系統(tǒng)，可靠性提高，并且價格便宜。</p><p>　　通過本次設(shè)計掌握數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計的方法，熟悉電子密碼鎖設(shè)計相關(guān)硬件的使用，了解電子密碼鎖的系統(tǒng)構(gòu)成，利用數(shù)字門電路實現(xiàn)電子密碼鎖的設(shè)計與實現(xiàn)，可以加深自己對所學專業(yè)的認識，關(guān)聯(lián)知識，增強自己的動手能力，積累實踐經(jīng)

16、驗，為以后的工作打好基礎(chǔ)。</p><p><b>　　1.3技術(shù)要求</b></p><p><b>　　1.3.1基本要求</b></p><p>　　1.當輸入代碼正確時綠燈亮表示開鎖狀態(tài)；</p><p>　　2.當輸入代碼錯誤時紅燈亮表示報警狀態(tài)，報警聲音持續(xù)10秒。</p>

17、<p>　　1.3.2發(fā)揮部分要求</p><p><b>　　1.密碼修改方便；</b></p><p>　　2.開鎖信號可以推動機械執(zhí)行構(gòu)件（例如：利用繼電器使電磁鐵吸合拉動物件）產(chǎn)生動作； </p><p><b>　　1.4基本設(shè)計原理</b></p><p>　　密碼鎖電路包含

18、 :撥碼設(shè)密、撥碼輸入 、密碼檢測 、脈沖電路 、開鎖示意電路 、報警電路以及倒計時顯示電路 。特別說明的是 ,倒計時顯示電路在密碼鎖的應(yīng)用當中看似不合理 ,但在該設(shè)計電路中 ,主要是方便實現(xiàn)對電路報警時間的控制 ,實際應(yīng)用中可以將顯示部分去掉或是采用適當電路隱藏 。本電路用一個 4位撥碼式按鍵輸入開關(guān) ,一個4位撥碼式按鍵密碼預設(shè)開關(guān)。用戶必須按下按下事確認按鈕后方可知用戶輸入的密碼是否與預置密碼一致。將輸入信號與預設(shè)密碼信號經(jīng)過一定

19、的門電路轉(zhuǎn)化為高低電平后信號輸出。一致時輸出低電平 ,做為開鎖信號；不一致時輸出高電平，做為報警信號。利用芯片555多諧震蕩器產(chǎn)生1Hz的周期秒脈沖，做為倒計時和蜂鳴器報警信號。</p><p>　　總體電路是在單元電路的基礎(chǔ)上整合得到的，主要邏輯關(guān)系如下：</p><p>　　密碼識別電路信號與倒計時電路顯示00時的編碼信號經(jīng)過邏輯整合后做為控制555是否工作的信號。555的工作與否又反

20、作用于倒計時電路，做為倒計時電路的脈沖輸入源，同時555秒脈沖信號也是蜂鳴器的工作信號。</p><p><b>　　2 設(shè)計方案簡述</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計思路</b></p><p>　　打開一把電子密碼鎖的關(guān)鍵在于正確的輸入密碼 ,本設(shè)計提供了一個 4位撥碼式按鍵輸入開關(guān) ,一個4位撥碼式按鍵

21、密碼預設(shè)開關(guān)。用戶必須按下按下事確認按鈕后方可知用戶輸入的密碼是否與預置密碼一致,一致時密碼鎖可打開 ,本設(shè)計由綠色二極管亮代表密碼正確 ,鎖可以打開。密碼不正確時，紅色二極管亮同時蜂鳴器響十秒，顯示十秒倒計時。</p><p><b>　　2.2設(shè)計原理框圖</b></p><p>　　設(shè)計原理方框圖如圖2-1所示 。</p><p>　　圖

22、 2-1　設(shè)計原理方框圖</p><p>　　2.3　設(shè)計原理分析</p><p>　　密碼鎖電路包含 :撥碼設(shè)密、撥碼輸入 、密碼檢測 、脈沖電路 、開鎖示意電路 、報警電路以及倒計時顯示電路 。特別說明的是 ,倒計時顯示電路在密碼鎖的應(yīng)用當中看似不合理 ,但在該設(shè)計電路中 ,主要是方便實現(xiàn)對電路報警時間的控制 ,實際應(yīng)用中可以將顯示部分去掉或是采用適當電路隱藏 。</p>

23、<p><b>　　2.4 模擬仿真</b></p><p>　　圖2-2 仿真電路圖</p><p>　　經(jīng)過軟件仿真，效果很好。基本要求和發(fā)揮部分的功能全部實現(xiàn)。</p><p><b>　　3 詳細設(shè)計</b></p><p>　　3.1密碼鎖單元電路設(shè)計</p>&

24、lt;p>　　3.1.1密碼識別電路</p><p>　　本電路用一個 4位撥碼式按鍵輸入開關(guān) ,一個4位撥碼式按鍵密碼預設(shè)開關(guān)。用戶必須按下按下事確認按鈕后方可知用戶輸入的密碼是否與預置密碼一致。將輸入信號與預設(shè)密碼信號經(jīng)過一定的門電路轉(zhuǎn)化為高低電平后信號輸出。一致時輸出低電平 ,做為開鎖信號；不一致時輸出高電平，做為報警信號。</p><p>　　圖3-1-1 密碼識別電路<

25、;/p><p>　　3.1.2秒脈沖產(chǎn)生電路</p><p>　　利用芯片555[3]多諧震蕩器產(chǎn)生1Hz的周期秒脈沖，做為倒計時和蜂鳴器報警信號。周期計算公式：</p><p>　　圖3-2 秒脈沖產(chǎn)生電路</p><p>　　3.1.3倒計時電路</p><p>　　74LS192為可預置的十進制同步加/減計數(shù)器。Q0

26、～Q3 輸出端 ,本電路只用到它的4引腳，實現(xiàn)減計數(shù)動能。用譯碼器74LS48、數(shù)碼管顯示動態(tài)顯示Q0～Q3 輸出的動態(tài)信號。</p><p>　　圖3-1-3 倒計時電路</p><p>　　3.1.4驅(qū)動蜂鳴器電路</p><p>　　用NPN型三極管9013對555脈沖信號放大，從而驅(qū)動蜂鳴器報警。</p><p>　　圖3-1-4 驅(qū)

27、動蜂鳴器電路</p><p>　　3.1.5驅(qū)動繼電器電路</p><p>　　用NPN型三極管9013對門電路信號放大，從而驅(qū)動繼電器工作。</p><p>　　圖3-1-5驅(qū)動繼電器電路</p><p>　　3.2密碼鎖總體電路設(shè)計</p><p>　　總體電路是在單元電路的基礎(chǔ)上整合得到的，主要邏輯關(guān)系如下：&l

28、t;/p><p>　　密碼識別電路信號與倒計時電路顯示00時的編碼信號經(jīng)過邏輯整合后做為控制555是否工作的信號。555的工作與否又反作用于倒計時電路，做為倒計時電路的脈沖輸入源，同時555秒脈沖信號也是蜂鳴器的工作信號。</p><p>　　圖3-2總體設(shè)計電路圖</p><p><b>　　4 設(shè)計結(jié)果及分析</b></p>&l

29、t;p>　　4.1總體性能指標與完善措施分析</p><p><b>　　4.1.1性能指標</b></p><p>　　實現(xiàn)了所有基本功能和一些自由發(fā)揮功能，密碼為4位二進制數(shù)。</p><p><b>　　4.1.2不足之處</b></p><p><b>　　1．密碼位數(shù)較少&

30、lt;/b></p><p>　　2．倒計時部分實際應(yīng)用中并不需要</p><p><b>　　3．沒有設(shè)置滅零</b></p><p>　　4.1.3性能改進方案</p><p>　　1．可以將撥碼開關(guān)增加到8位</p><p>　　2．設(shè)置滅零信號，較少耗能</p><

31、;p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　電子密碼鎖的設(shè)計是基于數(shù)字電路、模擬電路課程的設(shè)計，提高自己對實際問題進行設(shè)計、制作的綜合能力；為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計和在今后工作崗位上獨立開展科學研究打下良好基礎(chǔ)。</p><p>　　身為自動化的學生，設(shè)計是將來我們必須的技能，是生存立業(yè)的根本，而此次的課程設(shè)計恰恰給我們提供了一個充分應(yīng)用自己所學知識的平臺，讓我

32、們學到的書本上的知識不在局限于大腦而和實踐相結(jié)合。</p><p>　　設(shè)計和制作完成后寫出總結(jié)還是必要的。我想我在設(shè)計和制作過程中一定會遇到不少的麻煩，它正是我們進行設(shè)計的一個主要原因。把它寫下來，可以提高我們解決問題的能力。做好本次試驗的前提就是對于書本知識掌握熟練，這樣才能對出現(xiàn)的問題做出一定的分析和解決。</p><p>　　此次課程設(shè)計離不開*老師的耐心指導，辛勤指教，陳老師在百

33、忙之中抽出時間來對我們進行指導，很感謝陳老師！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]．閻石 數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社,2005</p><p>　　[2]．許琦.基于FPGA的電子密碼鎖的設(shè)計[J].科技信息,2006</p><p>　　[3]．李連華.基于FPGA的電