一种简易红外遥控密码锁设计与实现

O 引言
    随着科学技术的进步和社会经济的发展，电子密码锁取代传统的机械锁已成为一种必然的趋势。以往基于单片机的密码锁系统，直接将编好的密码程序存储在片内EPROM中，但不易实现密码的修改；如要完成修改密码功能，多采用片外串行E2PROM实现。本文研究并设计的一种基于单片机的红外遥控电子密码锁，不但具有普通密码锁智能控制上锁、开锁、报警等特点，而且在不扩展E2PROM的情况下，可以实现8位密码任意修改的功能，节省了硬件资源，减小了系统体积，这是本设计的一个创新点。另外还增加了遥控开锁的特点。所以该系统不但成本低、保密性强，更适用于那些正常人体不宜接近的特殊场合，比如高辐射区、高传染区等。

1 系统硬件设计方案
1．1 系统总体设计
    系统主要由红外发射模块和本机处理接收模块两部分构成，系统总体设计框图如图1所示。发射模块和本机处理接收模块的核心分别采用AT89C2051和AT89S52单片机。红外信号的收发通过串口进行通信，两部分的串口工作方式及通信波特率的设置相同。

    AT89C2051单片机是AT89C51的一种精简版本，只有20个引脚，体积小；具有2．7～6 V的宽电压工作范围；具备低功耗空闲和掉电模式。该单片机满足本系统低电压供电、低功耗、方便随身携带的要求。
    在本机处理接收模块中，采用了AT89S52单片机，该单片机有3个定时器。设置密码和按键开锁时，均设计了按键间隔超过3s自动复位的功能，分别采用定时器T0和T1定时实现；定时器T2设置串口通信波特率。
1．2 红外发射模块的设计
    红外发射模块仅仅是一手持遥控器，由AT89C2051单片机及键盘电路、按键K及红外发光二极管组成。发射电路原理图如图2所示。

    发射模块设置的密码必须与本机接收模块相同(设置密码方法见2．2．1节)，所设密码保存在RAM存储器的31H～38H单元。在待机状态下，系统工作在空闲方式，当按键K按下时，系统上电工作，依次发送密码信号。这样做的优点是，密码不但能跟随主机任意改动，而且遥控开锁时，仅按一键就可完成开锁，方便了用户。
1．3 本机处理接收电路的设计
    本机处理接收电路的控制核心是AT89S52单片机。外接键盘电路、红外接收电路、开锁电路、报警电路和按键指示电路等，电路原理图如图3所示。

1．3．1 红外接收电路的设计
    红外接收电路中使用一体化红外接收头TLl838接收红外信号。TLl838集红外接收和放大于一体，不需任何外接元件，就能完成从红外接收到输出与TTL电平兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样。TL1838的输出波形如图4所示。当接收到频带内的红外信号时，TLl838会输出低电平，否则数据高电平，从而将“时断时续”的红外信号解调成原来的连续方波信号。

1．3．2 报警电路的设计
    报警电路采用了蜂鸣器发声模拟报警，蜂鸣器接在CPU的引脚P2．1上，通过NPN型三极管做电流放大，通过单片机控制蜂鸣器的频率及蜂鸣时间。当输入错误的密码进行开锁时，由P2．1口输出高电平使得NPN型三极管9014导通，蜂鸣器两端加电，由蜂鸣器发出3 s的报警声，当连续三次出现密码错误时，系统将长时间报警，有效起到了防盗作用。
1．3．3 电源电路的设计
    电源部分使用LM7805芯片进行稳压后提供单片机5 V的电压，其电路如图5所示。主要采用家用交流电，同时采用9 V电池作为备用电源。这样做的优点是，即使断电也不至于无法开锁。

1．3. 4 其他外围电路的设计
    由于AT89S52单片机有4个并行输入输出口，硬件资源比较充足，键盘电路采用了相对简单的独立式按键；电路中用一继电器控制一绿色发光二极管代替具体的锁，当密码正确时，开锁5 s，然后自动上锁；P2．O口接一红色发光二极管，用其亮与灭来提醒用户按键是否按下。这样既巧妙地提醒了用户又有效地保护了密码。

2 系统软件设计及实现
    软件部分的设计基于汇编语言，采用模块化设计思想，以主程序为核心设置了多个功能模块子程序。主程序主要起到一个导向和决策功能，决定什么时候系统该做什么，系统的各种功能主要是通过调用具体的子程序来实现。
2．1 红外发射模块程序的设计
    发射模块的编码与调制工作是由软件编程实现的。当按键K按下时，密码信号依次送往数据缓冲器SBUF，然后利用“0”电平调制、“1”电平不调制的方法，将二进制信号调制成频率为38．5 kHz的间断脉冲串信号，通过P3．O口输出，驱动红外发光二极管，最后以波长940 nm的红外光发出红外遥控信号。红外发射模块程序流程图如图6所示。

38．5 kHz已调波的实现是依据汇编语言具有严格的指令周期来实现的，低电平与高电平均持续13个机器周期，这里采用的时钟晶振是12 MHz，所以产生的调制波的精确频率为38．46 kHz。
2．2 本机接收处理模块程序的设计
    本机处理部分可以实现密码设置和修改、本机按键开锁、按键提示、密码错误报警、超次提示、遥控开锁和按键之间超过3 s自动复位等所有的功能。本机处理的主程序流程图如图7所示。

2．2．1 密码设置子程序的设计
    系统只有内部上电复位的时候才能设置或者修改密码。当系统复位时，即进入了等待用户按键设置新密码状态，用户输入的8位密码依次保存在RAM存储单元的41H～48H单元。当8位密码设置完成后，蜂鸣器鸣响1 s提示密码已成功设置。当按键开锁时，输入的密码依次和RAM存储器中41H～48H单元的数相比较，只要有1位不相同，门锁不但不能打开，而且还发出报警信号。
2．2．2 按键间隔超时的判断及复位
    前文提到了当按键间隔超过3 s有自动复位的功能，设置密码和按键开锁时分别采用定时器T0和T1来实现。两定时器均设为50 ms定时中断，连续产生60次中断的时间是3 s。当确实有键按下并弹起时，打开相应定时器中断并允许其计数。假如在下一按键按下时，发生定时中断还不到60次，则定时器停止计数并重设计数初值及定时中断次数；如果在下一按键按下之前，定时器已发生60次中断，表示3 s已到，则系统自动进行软件复位。设置密码时按键间隔超时的复位程序代码如下：
   
    以上程序当执行完RETI指令后，PC指针指向0000H，程序从地址0000H处开始执行，即实现了软件复位。
    当键盘开锁时，如果按键间隔超过3 s，这时的程序“复位”并不是从地址0000H处执行，而是回到“密码设置结束提示音”后的那一条指令处开始执行，利用单步执行指令的方法得到了此条指令的地址：0FC00H。

3 结语
    该设计的亮点在于没有扩展任何E2PROM的情况下，实现了任意修改密码的功能，且采用软件复位的方法取消无效按键。通过对本系统设置密码、键盘开锁、红外遥控开锁等各方面的情况进行试验测试，验证了系统的精确性和安全性。实验证明该系统成本低、可靠性高，值得推广与应用。