1、电子密码锁 摘要 本文的电子密码 锁 利用数字逻辑电路，实现对门的电子控制，并且有各种附加电路保证电路能够安 工作，有极高的安全系数。 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，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呢。 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
2、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。
3、 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： C L K1J3K2CD15SD4Q5Q6I C 2 A C L K1J3K2CD15SD4Q5Q6I C 3 AC L K1J3K2CD15SD4Q5Q6I C 1 AR 26 R 25 R 24 R2R 20V C CC L K1J3K2CD15SD4Q5Q6I C 4 AK1 K2S1K3 K4S2K5 K6S3K7 K8S4S?T R I G2Q3R4CVolt5T H R6D I S7VCC8GND1
4、V3C 1320UC 12.T 10T 11D510C 140.01UC 150.01UC 160.01UC 170.01UC 180.01UC 190.01UC 200.01UC 210.01UTC131MR 213.3K电磁锁清零信号 RD12456I C 5A123I C 6A锁定信号 E11K X 4 清零信号 RD74LS112消除报警信号74ls0874ls22k974LS112 74LS113 74LS114555T 129018C 2547uR 2020kR 272.2k来自报警电路的清零信号C 24500u图 1 键盘输入、密码修改、密码检测、开锁、执行电路 开关 K1K9
5、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 T11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 74
6、LS112（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，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
7、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 R 112MR 12100R 141MC550UC70.1 uC90.1 uC847UT5 T7T6D3D4R33.3 KR 15100T
8、R I G2Q3R4CVolt5T H R6D I S7VCC8GND1I C 1 0T R I G2Q3R4CVolt5T H R6D I S7VCC8GND1I C 1 1T8蜂鸣器清零信号 RDTPC60.0 1UR 163.3 K报警次数进位 B13.3 K3.3 K9014901890189018vc cT 13接密码检测电路 消除报警信号去密码检测电路清零信号 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， T
9、5 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
10、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 T1
11、2（ 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IC13 不能开锁，到锁定的目的。电路图如下图 4 所示：
12、T R I G2Q3R4CVolt5T H R6D I S7VCC8GND1I C 1 2555P03P14P25P36Q014Q113Q212Q311TC15EP7ET10CP2LD9RCO1RD I C 974 L S 16 1T99018R1 93.3KC 1 068uC 1 10.1UR1 85.2M锁定键盘信号 E1来自报警电路的信号B1V C CV C C555123I C 8A74 A L S 00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
13、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： R850KR940KR730KR620KT39018R 105.1KT4901
14、4123I C 1 4741继电器蓄电池供电5 V 直流电源 A 1蓄电池 A 25V直流电源 A1蓄电池 A2VCC常闭常开图 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： R5470R23KR13KT19014D2D1C40.1U3C G 21R43K6V 蓄电池电源 A26V 充
15、 电电源蓄电池图 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
16、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 1 梁宗善 .新型集成块应用 M.武汉 :华中理工大出版社 ,2004
