电子密码锁 摘 要：本设计是通过判断输入密码正确与否从而控制相应电路工作，完成开锁、报警、锁定键盘等任务的电子密码锁。它具有预设密码功能，超时报警功能，键盘锁定功能，错误提示功能等。预设密码和输入密码是用两个八位的锁存器实现，密码判断是由数值比较器电路组成，超时报警功能是用NE555所构成的单稳态触发器实现电子锁键盘锁定报警电路This design is to control the corresponding circuit by judging the password correctly or not work, do lock, alarm, lock the keyboard and other electronic combination lock. It has default password function, timeout alarm function, and key lock function, error function, etc. Default password and enter the password is to use two of the eight latch, password is consist of numeric comparator circuit, timeout alarm function is formed by using NE555 monostable trigger, timeout number and password error number recorded by counting circuit, and key lock function is through the logical relationship of the circuit can control the output of the latch makes the server-side implementation. Keywords： Electronic lock , Combination lock, Keyboard lock, warning circuit. 目 录 1 前言 1 1.1 设计背景 1 1.2 设计概述 1 2 总体方案设计 3 2.1 程序框图 3 2.2 电路分析 3 3 单元模块设计 5 3.1 密码锁存电路 5 3.2 密码判断电路 7 3.3 计数器电路 8 3.4 计时器电路 9 3.5电路参数的计算及元器件的选择 12 3.6 各单元模块的联接 13 4 系统调试 14 4.1 仿线 5 系统功能、指标参数 23 5.1 系统实现的功能 23 5.2 系统指标参数测试 23 6 结论 24 7 设计总结 25 7.1 设计的收获体会 25 7.2 对设计的进一步完善提出意见或建议 25 8 致谢 26 9 参考文献 27 附录1：电子密码锁的仿线：电子密码锁的PCB图 29 1 前言 1.1 设计背景 随着人们生活水平的提高，对家庭防盗技术的要求也是越来越高，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的欢迎。现在市场上主要是基于单片机技术的电子密码锁，但可靠性较差。通常简单的数字电路就可实现密码不限次数重写，也就是说现在的硬件设计和软件设计一样灵活、方便。相对于基于单片机技术的电子密码锁，用简单门电路来来构成系统，可靠性提高、使用灵活性好、价格便宜等优点，因此受到了广大用户的青睐。 1.2 设计概述 电子密码锁的原理不复杂，设计的器件大多为较为常见的器件。电子密码锁实际上是一种装置，它的功能包括数据锁存 2 总体方案设计 要达到设计的要求，从输入密码开始，寄存密码并比较，然后根据比较结果输出从而控制报警电路或者开锁电路。 2.1 程序框图 系统框图如图2-1所示。 图2-1 系统框图 工作原理简述：用户从键盘输入密码，从按下任意一个键开始计时，若按下干扰键则需要重新输入密码，并且重新计时。按下密码修改键则可以修改密码，将输入的密码与预置密码比较，若相等则由开锁电路进行开锁并亮绿灯，如果密码连续错误三次将亮红灯。若用户输入密码时超时则由NE555构成的单稳态计时报警，同时报警一次，计数器加一，若计数达到3次则通过由NE555构成的单稳态电路将键盘将锁定5分钟，此时键盘输入无法开锁且无法进行密码修改。 2.2 电路分析 针对密码比较通过两个锁存器，一个用于预置密码，当预置开关打开时，从键盘输入密码并将之保存并输出，而预置开关关闭后将之前的密码锁存，键盘输入对输出无影响。之后用户输入密码后按下确认键输出密码与预置密码进行比较。干扰键则是通过键盘的特性进行复位。密码判断电路是通过两个四位的数值比较器片选组合成八位的数值比较进行密码的判断并输出相应的高低电平。开锁电路和执行电路则由继电器和绿色的发光二极管连接而成。计时电路由一个八位的与门连接键盘，构成有输入则输出高电平使NE555构成的单稳态电路触发计时后自动翻转。报警电路和键盘锁定电路都是通过NE555构成的单稳态延时功能，报警时间和延时锁定时间可以自行设定而改变。 3 单元模块设计 本节主要介绍系统各单元模块的具体功能、电路结构、工作原理、以及各个单元模块之间的联接关系；同时本节也会对相关电路中的参数计算、元器件选择、以及核心器件进行必要说明。 3.1 密码锁存电路 密码锁存电路由芯片74HC373和374构成374与373不同的是锁存使能 图3-1 74hc373（4）密码输入图 用HC373和374构成的密码输入和密码预置电路:打开左下角开关给的85片选构成74HC85有八个比较输入（A0-A3,B0-B3）,三个级联输入（AB,AB,A=B)和三个判断输出（QAQB,QAQB,QA=QB),该器件可对两个4位字进行比较，比较结果在QAQB,QAQB,QA=QB端以高电平呈现。只有当字A等于字B时，三个级联输入才可以决定输出状态，并且A=B端优先于AB和AB端。若将多个HC85级联，则可比较大于4位的两个字，此时低位级的判断输出（QAQB,QAQB,QA=QB）应分别接到下一级的级联输入（AB,A=B,AB)。 图3-2 8位数值比较器 两片74HC85通过片选连接一起构成八位的数值比较器其中U3的A口和U4的A口接374的八位输出B口接4的计数器电路161构成 图3-3 计数电路 两片161 U6为密码错误次数计数U5为密码输入超时次数计数U6和U5的D端口都接地两个芯片的5的输入脉冲为报警电路给出 计时器电路由NE555芯片构成的单稳态触发器构成 图3-4 键盘输入超时电路 键盘输入电路工作原理：其中输入由键盘连接的八输入与门输入，确保键盘输入后给U7的8引脚高电平从而开始计时。输出的信号作为报警计时电路的输入1=1.1R12C2=1.^^(-6)=30 s. 图 图3-6 报警计时电路 报警计时电路工作原理5 74LS161芯片的2引脚作为输入脉冲使其计数加一2=1.1R13C4=1.^^(-6) =80 s. 图3-7 计时电路波形 图3-8 键盘锁定延时电路 键盘锁定延时电路工作原理5的输出作为该电路的输入，当计数达到3次时启动延时锁定键盘，其输出取反后与输入通过同或门连接后接入芯片74HC373和HC374的三态允许控制端，使锁存器输出高阻状态，从而达到键盘锁定功能。计时时间 Tw3=1.1R14C6=1.^^(-6) =300 s. 图-9 计时电路波形373（74HC374）为低电平，开关闭合时为高电平。而预置密码电路的两个电阻R9为90k，R10为11为 定时电路需要三个NE555芯片，三个电阻，三个电解电容，三个普通电容，键盘输入电路电阻为272k，报警计时电路k，键盘锁定延时电路电阻为k。三个电解电容均为100uF，三个普通电容均为0.01uF。 3.6 各单元模块的联接 详见附录1所示。 4 系统调试 4.1 仿线系统仿真参数设置 在系统调试之前，我们需要对系统进行参数设置，如表4-1，4-2,4-3,4-4,4-5所示。 表4-1 电阻参数表1 10k 8 R8 10k 2 R2 10k 9 R9 90k 3 R3 10k 10 R10 10k 4 R4 10k 11 R11 10k 5 R5 10k 12 R12 272k 6 R6 10k 13 R13 727k 7 R7 10k 14 R14 2720k 表4-2 电容参数表 序号C1 0.01uF 2 C2 100uF 3 C3 0.01uF 4 C4 100uF 5 C5 0.01uF 6 C6 100uF 表4-3 LED 二极管参数表 序号 编号 型号 1 D1 1N4148 2 D2 1N4148 3 D3 1N4148 4 D4 LED-GREEN 5 D5 LED-RED 表4-4 芯片参数表 序号 编号 型号 序号 编号 型号 1 U1 74HC374 6 U6 74LS161 2 U2 74HC373 7 U7 NE555 3 U3 74HC85 8 U8 NE555 4 U4 74HC85 9 U9 NE555 5 U5 74LS161 10 U10 D触发器 图4-1 密码预置电路 4.3.1.3 调试结果，如图4-2所示。 图 4-2 预置开关打开（置入密码） 4.3.2 输出效果 4.3.2.1 调试目的 调试输入正确密码能否开锁以及绿灯亮，输入错误密码3次红灯亮。 4.3.2.2 调试电路，如图4-3所示。 图4-3 密码比较电路 4.3.2.3 调试结果，如图4-4，4-5所示 图4-4 密码正确电路开锁（绿色灯亮） 图4-5 密码输入错误3次（红色灯亮） 4.3.3 超时报警及键盘锁定 4.3.3.1 测试目的 测试键盘输入超时能否报警以及报警三次电路能否锁定键盘5分钟。 4.3.3.2 测试电路，如图4-6所示。 图4-6 超时报警电路 4.3.3.3 测试结果，如图4-8所示。 图4-8 键盘锁定（超时3次） 4.4 调试结果分析 4.4.1 调试电路已实现的功能 通过先分步调试后整体调试的方法，本设计实现了电子密码锁要求的主要几个功能，如密码预置，开锁灯亮，超时报警，键盘锁定等。 4.4.2 调试中遇到的问题和此电路的不足 在调试的过程中遇到了许多的问题，主要是遇到了电路各个芯片和电路整体功能之间的逻辑关系问题。由于在设计各个功能模块时序电路的缺陷，造成了整体电路不能合理的协调在一起正确的实现所有功能。 5 系统功能、指标参数 5.1 系统实现的功能 用户通过密码预置键预置密码 6 结论 课程设计是对我们知识掌握程度的一种检测。这次用数字电子技术和模拟电子技术来设计电子密码锁相对来说还是有一定的难度，关键是对芯片的功能与引脚的掌握和了解以及对整个电路的逻辑关系的把握。该设计用仿真软件proteus的验证了理论分析结果的正确性。此次课程设计经过为期2周的不懈努力，目前基本达到了预期的要求，通过对整个系统的调试，可得到如下结论：本设计是电子密码锁，通过用户预置密码和输入密码，达到密码锁开锁，警示灯亮，延时报警及键盘锁定等功能。 理解了由NE555单稳态作为定时器应用的场合，采用不同的逻辑门来实现电子线路的时序控制，对八位D型锁存器74HC373，数值比较器74HC85，计数器74LS161，D触发器以及各种逻辑门电路的认识更加深入明确。 不过，这个设计还是有它的不足之处。首先就是电路设计有些复杂，元器件种类有点多，它们会耗费掉一定的电力，另外就是密码的所有组合方式不够复杂，应用于实际生活中还是有一定的欠缺。鉴于是采用仿真软件仿真的，在理论上是虽然可行，但是在实际工程上需要接受检验，由于时间条件的限制就没有做出实物。 7 设计总结 7.1 设计的收获体会 在确定课程设计题目之后，通过上网和查阅相关图书，参考了许多相关的资料。在设计中又参考了以前学过的数字电子表设计的原理图，有了基本的思路。但着手设计时，又出现了许多未预料到的问题，例如控制时序电路的设计，这部分比较关键，会影响到芯片的正常工作，经过和同学的努力思考尝试以及老师的帮助，基本上解决了这个问题。此外，就是对于八位D型触发器74HC374的认识，这个芯片是没有学过的，但是经过自己的上网查找，掌握了这个芯片的逻辑功能和应用范围，主要参数等，体会到了自学的味道。另外就是对仿真软件的认识和熟练操作，通过仿真解决了不少工程上的问题，同时也发现了不少问题，在后来的设计中一次次被解决，深切感受到最为设计者必需的严谨细致的治学态度。总之，这次实验过程中我受益匪浅，培养了我的设计思维，增加了动手操作的能力，更让我体会到实现电路功能的成就感。 7.2 对设计的进一步完善提出意见或建议 本次设计还是有许多的不足之处,比如说本次设计的电子密码锁中的键盘输入只能输入八位的二进制数，使得密码的多样性得不到保证，对于密码的安全性还是有一定的缺失。还有就是当按下键盘开始倒计时30s时，只有按下键盘的复位键才能使得电路停止计时，而如果我们密码输入结束后按下确认键（或者密码修改键）后是不能结束计时的，意思是输入密码后若不按下复位键电路还是会超时报警的。这让我深深明白要想在设计方面有所成就，就必须掌握各个方面的知识，融会贯通，充分了解项目的使用功能，确保其可靠性，安全性。 8 致谢 在这里，我要对指导我们课程设计的老师表示衷心的感谢。老师不厌其烦的为我们讲解实际设计中遇到的问题，并且指出了我们在设计当中存在的错误和过失，积极引导我们，使得我们不畏失败，敢于思考，打破常规，勇于创新，可以说康老师的指导对于我此次课程设计的成功取到了举足轻重的作用。 老师积极负责，严谨细致。在比较忙的时候，还积极安排，指导我们进行课程设计，让我深切体会到了老师的无私奉献的精神，也使我更加熟悉了课程设计的主要流程，这可能对于我在大四的毕业设计具有重要的意义。同时，通过与康老师的交流学习，我从他那也学到一些注意事项和经验教训，这些往往是在书本上学不到的，最主要的是，通过师生之间的沟通，我深切感悟到了专业知识的重要性，以及思考尝试的为学态度。 同时，感谢学校学院给我们提供了一个这么好的机会，让我能够经过这个课程设计来检验自己在专业知识方面的运用能力，明确自己的差距，找准自己的不足。此外，还得感谢两个星期课程设计以来，给予我珍贵意见和建议的小组同学，使得我能够顺利的完成这个设计。 9 参考文献 [1］康华光.电子技术基础-数字部分（第5版）[M]．北京：高等教育出版社，2005 [2] 陈明义.电子技术课程设计实用教程（第3版）[M]. 长沙.中南大学出版社，2009 [3] 陈有卿.实用 [8] 张宪电子电路制作[M]. 北京化学工业出版社6 附录1：电子密码锁的仿线：电子密码锁的PCB图 I III 第27页 第 29 页 重新输入 超时 计时电路 报警电路 锁定 修改 键 正确 错误 锁定5分钟 键盘输入 电路 密码判断 等于 图3-4 图 3-6 30s 80s 5min ××大学课程设计说明书 ××大学课程设计说明书
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