基于单片机红外遥控防盗密码锁的设计

摘要

本文主要是围绕红外线遥控防盗密码锁控制系统的相关的理论和实践应用进行了研究。本文主要包括以下内容:根据项目要求提出了以单片机为处理器，短距离无线遥控技术和电子密码锁技术相结合的系统解决方案，给出了硬件设计电路和软件结构，详细叙述了系统硬件线路的设计要点和结构,以及软件的设计要点，同时给出了各个重要子程序的流程图。文中提出了一种用4个数据位编码解码芯片来完成12个数据传送的设计方法，给出了该设计方法详细的原理说明和具体的设计电路。同时文中提出了一种独特的硬件复位电路，给出了详细的系统抗干扰措施和系统节能措施。文中设计的电路和控制方法适用于一般的单片机系统设计，硬件和软件也有一定的实用性和通用性。

关键词:密码锁；单片机；无线遥控。

I

Abstract

This paper is on the infrared remote control system security password lock the relevant theoretical and practical application of the research The artilce principally includes next contents.The article describle a solution project in which the microcontroller is CPU and the remote technology is complex with the technology of electronic code lock. The hardware structure and software design of system is explained. The article describle the pith of design and structure of hardware and software in detail and the flowchart of important subroutine is shown.A design way by which the remote control encoder and decoder with four data pins can transmit twelve datas is given in the artcle. The detailed principle and specific circuit of the design way is shown. Aindividual hardware reset circuit is given in the artcle. The detailed methods of resistance to intrusions and economy of power are shown. The designed circuit and control mothod in the artcle suit commonly other design of microprocessor system. The hardware and software is practicable.

Keywords:Password lock,Microcontroller,Remote control.

II

目 录

摘要 .................................................... I Abstract ............................................... II 1 绪论 .................................................. 1 1.1 序言 ................................................ 1 1.2 密码锁的发展现状 .................................... 1 1.3 市场前景 ............................................ 4 2 系统设计 .............................................. 5 2.1 设计理论分析 ........................................ 5 2.1.1 红外通信基本原理 .................................. 5 2.1.2 红外通信标准 ...................................... 7 2.1.3 红外线遥控原理 .................................... 8 2.2 总体方案的设计 ...................................... 8 2.2.1 总体设计 .......................................... 8 2.2.2 主要模块设计 ...................................... 8 3 系统硬件设计与实现 ................................... 11 3.1 硬件结构图 ......................................... 11 3.2 遥控发射电路设计 ................................... 11 3.3 本机键开锁部分 ..................................... 12 3.4 电源部分设计 ....................................... 14 3.5 编码解码电路 ....................................... 15 3.6 密码存储部分的电路设计 ............................. 18 3.7 报警电路设计 ....................................... 20 3.8 本机处理与遥控处理功能选择 ......................... 21 4 系统软件设计 ......................................... 22 4.1 应用软件设计原则 ................................... 23 4.2 遥控接收程序 ....................................... 23

III

4.3 I2C通讯子程序 ...................................... 24 4.4 系统程序 ........................................... 26 4.4.1 遥控密码系统的操作方法 ........................... 26 4.4.2实现上述操作方法的程序流程图 ..................... 27 5 技术难点及解决方案 ................................... 30 5.1 系统抗干扰措施 ..................................... 30 5.2 系统节电措施 ....................................... 33 6 系统调试 ............................................. 35 6．1 整体调试 .......................................... 35 6．2 硬件单元电路调试 .................................. 35 6．2．1 红外遥控器（钥匙）调试 ......................... 35 6．2．2 红外遥控门锁调试 ............................... 36 6．3 软件调试 .......................................... 36 6．3．1 红外数据接收模块调试 ........................... 36 6．3．2 开锁记录模块下载模块调试 ....................... 36 7 结论与展望 ........................................... 38 致谢 ................................................... 40 参考文献 ............................................... 41 附录 ................................................... 42

IV

1 绪论

1.1 序言

随着计算机的普及和信息技术的迅猛发展，人们已不满足于传统的居住环境，对家庭及住宅小区提出了更高的要求，智能化被引入家庭及住宅小区，并迅速在世界各地发展起来。人们对居住环境要求的日见增高，体现在希望住宅不仅更便利、舒适而且更安全。

电子技术的飞速发展，给古老的锁具生产带来了巨大的变革，现代的电子技术与机械技术相结合，产生了一大批如声控锁、磁控锁、密码锁、遥控锁，指纹锁等先进的锁具。

目前国内外密码锁系统的主要方向的发展是：接触式密码锁系统，非接触式密码锁系统，智能识别密码锁系统，但是他们都相应的存在着不同的缺点。例如：接触式密码锁系统成本较低，体积小，卡片本身无须电源，但使用不太方便，而且有接触磨损。相比之下，红外遥控密码锁系统的成本与接触式密码锁系统相当，而且可以进行近距离遥控，使用十分方便。而且它已经与PC机的数据库相结合，可以组成一套酒店房间的门禁管理系统。

由于红外遥控具有许多优点，例如红外线发射装置采用红外发光二极管，遥控发射器易于小型化且价格低廉；采用数字信号编码和二次调制方式，不仅可以实现多路信息的控制，增加遥控功能，提高信号传输的抗干扰性，减少误动作，而且功率消耗低；红外线不会向室外泄露，不会产生信号串扰；反应速度快、传输效率高、工作稳定可靠等。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。所以红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。

在本设计中，红外遥控密码锁和PC机、数据库相结合，能够实现适时的、强大的管理，使得整个红外遥控系统得到更好的完善。

1.2 密码锁的发展现状

1 普通密码锁

日常生活中，锁具被广泛使用，锁具的发展大致可分为五个阶段: （1）古代的木质锁； （2）古代的机械锁；

1

（3）近代的机械锁；

（4）普通的电子密码锁、磁片锁、EP卡锁；

（5）未来的家用电子锁、遥控电子锁、以及用于特定场合的安全密码锁。

目前最常用的锁是五十年代意大利人设计的机械锁，这种锁结构简单、使用方便、价格便宜，但在使用中暴露了很多缺点:（1）机械锁是靠金属制成的，通过钥匙上的不同齿形与锁芯的配合来工作的，据统计每四千把锁中就有两把锁的钥匙齿牙相同或类似，安全性较低;（2）钥匙一旦丢失，无论谁捡到钥匙都可将门打开;（3）机械锁的材料多为黄铜，质地较软，容易损坏。

密码锁采用密码代替钥匙，省去了佩带钥匙的烦恼，也从根本上解决了普通门锁保密性差的缺点，比如采用五位密码，则密码组合可高达105 个。密码锁根据设计、制作原理的差异，可分为机械密码锁、电磁产卡片式密码锁、指纹密码锁、电子密码锁等类型。

2 机械密码锁

该型锁将解锁密码以机械装定的形式存储在装置的鉴别机构上，在装置的外围设立密码操作键。密码的输入，产生相应的鉴别动作，即正确的密码输入，鉴别机构产生开锁动作;错误的密码输入，鉴别机构的部件将发生错位或不做出响应。机械密码锁采用机械加工(如精密机械加工/微细加工)制作，皮实、耐用，电磁干扰、外界的异常信号很难启动鉴别机构。但机械密码锁通常包含多个较复杂的机、电功能组件，装置微小型化需借助先进的制造技术与装配工艺，制造周期长、成本高，机电接口及测试也有一定难度。

3 电磁/卡片式密码锁

该型锁类似于机械锁，利用光电藕8合或电磁感应的原理，将密钥信息预先置于卡片充当钥匙，开锁时将卡片插入锁内或近距离感应就能将锁打开。该锁的优点是:成本较低；授权用户一人一卡，可联微机，有开门记录。缺点是:卡片设备有磨损，寿命较短；卡片容易复制，不易双向控制:磁卡内存储的信息容易因外界磁场干扰而错乱，以致卡片(钥匙)无效。

4 指纹密码锁

该类锁通过检验人员生物特征(如指纹)等方式来识别开锁。管理员利

2

用采样控制软件，通过指纹采集仪采集、保存指纹；识别软件依赖指纹库识别开锁者的身份，通过外围设备显示、打印和存储。指纹具有唯一性和终身不变性的特点，一直被当作身份鉴定的可靠手段，从是否允许非法开启角度来说，安全性极好；但从使用是否方便的角度看，对安装环境和使用者的要求很高(比如虹膜识别型和面部识别型)，安装位置与使用者身高之间必须满足一定的关系；同一个人，在指纹划伤，眼睛红肿充血，或任何被用于开锁的识别部位有损伤的情况下，可能产生错误识别而无法开锁。

5 电子密码锁

到了80年代，在日本产生了最早的电子密码锁。随着日本经济复苏，电子行业的快速发展，一些利用简单的门电路设计的密码锁出现了。这类电路安全性差，容易破解。

到了90年代，美国、意大利、德国、日本、加拿大、韩国以及我国的、等地的微电子技术的进步和通信技术的发展为密码锁提供了技术上的基础，从而推动密码锁走向实际应用的阶段。

我国于90年代初开始对密码锁进行初步的探索。到目前为止，在此领域虽已有较大的发展，采用各种电路进行设计的比较多，技术也相当先进，但是，我们必须正视的一个事实是，出口产品中高档产品只占15%-20%，而我国高档产品在发达国家也只能算是中档产品，价格低是普遍现象。此外，我国目前的出口产品，与国外产品相比，无论是品牌知名度还是产品售价，我国产品有着非常大的差距。

电子技术发展至今已达到相当高的水平，电子密码锁技术己十分成熟。家庭、宾馆已开始使用电子门，贵重物品、机密文件的保管也用到了电子密码锁，电子密码锁控制器在现场与传感器及执行机构相连，进行状态监视和完成控制功能。小型便携的新型装置，可广泛应用在各种场合，其结构简单、造价低廉、安全性好。通常电子密码锁系统由电路部分和机械执行部分组成。电路部分有利用密码锁ASIC(专用集成电路)芯片控制、利用单片机控制以及逻辑门电路构成等多种方式。在现有的电子密码锁中，基本上是用户由键盘通过接口电路将意图解锁码输入到控制器(主要由CPLD组成)中，控制器将输入的密码与电子锁内预置的开锁密码进行比较、鉴别，当确认完全一致时，送出一个信号给功率放大器，然后由继电

3

器带动机械执行部件开锁。输入的密码将被与电子锁内预置的开锁密码进行比较。 1.3 市场前景

目前，市场上比较先进的智能锁有IC卡密码锁、射频卡密码锁、红外遥控密码锁、指纹识别密码锁和瞳孔识别密码锁等。

IC卡密码锁成本低，体积小，卡片本身无须电源等优点占领了一定的市场份额，但是由于有机械接触，会产生接触磨损，而且使用不太方便，一定程度上了它的应用；射频卡密码锁是非接触式密码锁，成本也不太高，体积跟IC卡密码锁相当，卡片使用感应电源，重量很轻，技术成熟，受到了广泛的欢迎，但是与IC卡密码锁相比，成本偏高；指纹识别密码锁和瞳孔识别密码锁统可靠性很高性、安全性是目前门禁系统中最高的，但是成本高昂，还没进入大众化使用阶段红外遥控密码锁系统的成本与接触式密码锁系统相当，而且可以进行近距离遥控，遥控距离远大于射频卡密码锁的遥控距离，低耗很低，可以使用普通碱性电池供电，使用十分方便。本设计的红外遥控密码锁系统成本低廉，其造价约100元/每套（每套包含一把钥匙、一个锁体、一个抄锁器，不包含PC机），如经优化设计，成本可以进一步降低。红外遥控密码锁锁具有广阔的市场前景。

4

2 系统设计

对红外遥控进行系统设计，必须先了解一些有关的原理和标准，如：红外通信基本原理，红外数据协会标准，红外线遥控原理等；还要对设计的有一个比较清楚的方案。

2.1 设计理论分析

2.1.1 红外通信基本原理

红外遥控是单工的红外通信方式，本设计的红外遥控采用以通信方式为基础的红外遥控，而且本设计也使用了红外通信技术，故着重分析红外通信的基本原理。

红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。它一般由红外发射和接收系统两部分组成。发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。

红外线是波长在750nm至1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人眼看不到的光线。红外通信一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75um至25um之间。红外数据协会（IRDA）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通信效果，红外通信协议将红外数据通信所采用的光波波长的范围限定在850至900nm之内。

红外通信的基本原理是发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号（载波信号），通过红外发射管发射红外信号。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法。脉时调制（PPM）是红外数据协会（IRDA）和国际电子电工委员会（IEEE）都推荐的调制方式，本设计采用脉时调制方法，即用两个脉冲串之间的时间间隔来表示二进制信息，数据比特的传送仿照不带奇偶校验的RS232通信，首先产生一个同步头，然后接着8位数据比特，如图2-1所示。

载波信号的频率ƒ=38kHz，载波周期T=26.32us

5

---------------- 起始位 ----------------- ------ 数据帖 数据位（8位） ---------------- ------- t1 t2 t1

t3 二进制0 二进制1

图2-1 PPM调制波形

载波信号的频率ƒ=38kHz，载波周期T=26.32us，本设计使用单片机软件产生载波，取T=26us，脉冲宽度t1=10T=260us，二进制数0的脉冲串周期t2=500us，二进制数1的脉冲串周期t3=1000us。

普通的红外遥控采用面向指令的帧结构，数据帧由同步码，地址码和指令码组成，指令码长度多为8～16个比特，传送多字节遥控协议时效率偏低，而增加指令码的长度不利于接收器同步，为此本设计选用一种面向字节的帧结构，采用类似于异步串行通信的帧结构，每帧由一个起始位（二进制数0）、8个数据位和2个停止位（二进制数1）构成，如图2-2所示。每帧传送1个字节的数据，帧与帧间隔大于2ms，帧结构不含地址信息，寻址问题由高层协议解决。

帖间隔 停止位 停止位 …… 图2-2 数据帧结构示意图

由于红外光存在反射，因此，红外通信应采用异步半双在全双工的方式下发送的信号也可能会被本身接收工方式，即通信的某一方发送和接收

6

是交替进行的。

2.1.2红外通信标准

1993年，由HP、COMPAQ、INTEL等二十多家公司发起成立了红外数据协会（Infrared Data Association,简称IRDA），1993年6月28日，来自50多家企业的120多位代表出席了红外数据协会的首次会议，并就建立统一的红外通讯标准问题达成了一致。

IRDA1.0简称为SIR（Serial InfraRed），它是基于HP-SIR开发出来的一种异步的、半双工的红外通讯方式。SIR以系统的异步通讯收发器（UART）为依托，通过对串行数据脉冲的波形压缩和对所接收的光信号电脉冲的波形扩展这一编码解码过程（3/16 EnDec）实现红外数据传输。由于受到UART通讯速率的，SIR的最高通讯速率只有115.2kbps，也就是大家熟知的电脑串行端口的最高速率。

IRDA标准包括三个基本的规范和协议：物理层规范（Physical Layer Link Specification）链接建立协议（ink Access Protocol:IRLAP）链接管理协议（Link Management Protocol:IRLMP）。

IrBus PHY 图2-3 IRBUS红外线通信协议层 IrBus MAC HID device Application HID-IrBus LLC Home Appliance Application Future device Application 1st step 2nd step Future

HA LLC Future device LLC 物理层规范制定了红外通信硬件设计上的目标和要求，IRLAP和IRLMP为两个软件层，负责对链接进行设置、管理和维护。在IRLAP和IRLMP基础上，针对一些特定的红外通信应用领域，IRDA还陆续发布了一些更高级别的红外协议，如TINYTP、IROBEX、IRCOMM、IRLAN和IRBUS等（见图2-3）。

7

2.1.3 红外线遥控原理

红处线发射/接收控制电路均采用8051单片机来实现，电路简单，输出控制方式可选择，实用性强。体工作过程如下：

发射时：如图2-4，首先，将从串行发射口P3.1送出的数据反馈到P1.1口时行内部调制,再从P1.2口送出,再经过红外发射二极管发射出去,发射距离为10m。

接收时:如图2-5，采用与发射部分配套的红外接收头,将发射出的数据接收后送到串行口P3.0中,再由系统进行确认接收数据是否与发送数据是否相符,相符则开锁,以发光二极管D2亮来表示，不相符则放弃，以发光二极管灭来表示。

2.2 总体方案的设计

2.2.1 总体设计

根据设计任务要求，本设计的系统结构框图如图2-6 红外接收头 复位 晶振 红 外 发 射器 8051CPU 键盘 报警器 电磁锁 图2-6系统结构框图

2.2.2 主要模块设计

系统主要由发射块和接收模块两部分组成。其中发射模块是由MCS-51单片机、载波发生器、调制放大电路以及红外发射电路组成；接收模块则由红外接收电路、MCS-51单片机、继电器和机械锁构成。如图2-7所示。

单 片机 调制发射 红外 发射 8 红外 接收 单片机继电器 机械锁

图2-7 红外遥控密码锁的组成框图

为了尽可能地减小系统的体积，该系统中使用的单片机均为8051。发射模块中使用的载波发生器是由4060分频器和晶振组成，红外发射电路则主要由红外线发射二极管所组成；接收模块中的红外接收部分是一种专用芯片0038B。

0038B的管脚分布如图2-8所示，2脚、3脚分别为地电源和地，1脚是解调信号输出，其电平与TTL兼容。0038B系列特性如下：

频率范围：32.75kHz、36.7kHz、38kHz、40kHz 电源电压范围：4.7V～5.3V

工作电流：3mA 最大遥控距离：>8m

图

2-8 0038B引脚图

工作温度：-10～+60℃

0038B是黑色环氧聚光透镜，滤除了可见光的干扰。内含红外线PIN接收管、选频放大器和解调器。

当红外线发射器发出的信号经空间传送到0038B时，它内部的PIN红外线接收管将红外线转换为电信号，该信号经选频放大、解调后由1脚输出与TTL电平兼容的电信号，该信号可以直接送入微处理器进行处理。

0038B的输出波形如图2-9所示。当接收到频带内的红外信号时，0038B接收器会输出低电平，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。

载波 0V 5V

----------- ----------- 低电平

---------- 9

----------- 高电平

已调制红外信号 0038B输出信号

图2-9 0038B的输出波形

0038B的优点是稳定性好，抗干扰能力很强，外围电路非常简洁，成本又不高，适用于各种红外遥控和红外数据传输，是替代其它红外接收放大器的理想元件。唯一的缺点是电源供电需5V左右，用两节电池供电。

该芯片内部集成了前置放大、限幅放大、带通滤波、检波、积分，及施密特比较器等单元电路，输出端输出标准的TTL电平信号。同时，0038B环氧树脂封装提供一个特殊的红外滤光器，可防止自然光的干扰，具有极好的抗自然光干扰的性能，可防止无用脉冲输出。

该系统的工作过程是：首先由发射模块中的单片机在外部命令的控制下按一定的时间间隔连续产生20次同一数码。然后该信号经过调制电路被调制到载波信号上，调制信号经过放大后驱动红外线发射二极管发射红外线信号。

接收端的红外接收装置0038B对发射过来的红外调制信号进行前置放大、限幅滤波、检波等一系列过程后逐一解调出原数码指令信号，再将解调出的信号与发射模块中的原数码指令信号相比较。如果是15次以上比较果是相同的，则认为接收成功，并用该数码信号驱动继电器工作、最后由继电器控制密码锁的闭合和开启。

10

3 系统硬件设计与实现

3.1 硬件结构图

系统以单片机8051为核心。系统结构框图如图3-1所示。本系统的功能设计目标应该包括以下几个方面：红外发射功能模块，红外线接收转换模块、单片机模块、蜂鸣器报警功能模块、密码存储功能模块，开锁功能模块等。下面详细介绍一下各单元的硬件电路和实现的功能。

图3-1红外遥控密码锁硬件结构图

红外发射模块 红外接收8051 单片机系统 报警模块 3.2 遥控发射电路设计

遥控发射电路利用通用的红外发射管，如图2-5所示;从图中可以看出，遥控发射装置是利用8051单片机作为控制部分，控制图中的发光二极光发射出红外线，从而使本机中的红外接收部分感应，然后解码，对照接收到的信号是否正确，如果正确就正常开锁，完成遥控开锁任务。

遥控开锁部分的具体操作如下：

AT24C04 电磁锁

11

VCCQ12N2906S1SW-PBU1R1011301234567813121514311918C1920PY1CRYSTALC21716P10P11P12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETRDWR8051RXDTXDALE/PPSEN10113029P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P2739383736353433322122232425262728VD1PH303C3+20μFR102R10310K10K20P图2-4 遥控发射电路 当选择遥控开锁时，本机键便会.这时,用户手执遥控器按下图2-4 805上的P1.0口上的按键时,便有数字从8051的P1.2口发出，发送的过程如下： 先将从P3.0送出5FH，然后将5FH反馈到P1.1口进行内部调制，调制的规则是“0”电平调制,“1”电平不调制，最后将调好的数据从P1.2口通过红外发光二极管以波长为940mm的红外光发出红外遥控信号。然后，在本机控制电路中的8051的P3.0口接有与红外发光二极管配套的接收头,将接收的光信号转换成电信号数据。最后，通过系统与内部原先设置的数据进行比较确认，如果一致便可开锁，如果不一致放弃开锁。 3.3 本机键开锁部分 本机键开锁电路如图2-5所示，8051作为本电路的核心，P0口与P1.0，34

12

P1.1，P1.2外接本机键盘，P3.0口外接爱控接收头，P1.3口外接报警信号放大器，用来放大报警信号，驱动扬声器，P1.7口外接开锁电磁驱动电路，P1.5外接密码选择键，EPROM内存有两密码，P2.0口用发光二极管显示按键是否按下，本电路由遥控发射击队器、接收器、键盘组成，本机采用了10个按键，作为密码输入键，同时也采用了遥控器开锁。有以下功能：

1.当没有接收到遥控信号时，这时由键盘输入密码，当5位有效密码输入正确时按“#”号确认，P1.7口输出高电平使电磁锁动作，完成开锁,同时,电路进入延时状态，延时5秒钟后,电路将自动恢复到初始闭锁状态。

2.当5位有效密码输入正确,但没有按”#”号键确认时，这时电路将自动放弃,恢复到初始和闭锁状态。

3.在输入5位有效密码时,必须按照先后序输入，如顺序错误或密码不对时，这时若不按”#”号确认，将无法开锁,并同时发出5秒钟的报警信号,用以提醒用户。

4.若连续3次输入错误，系统会长时间报警，这时必须按复位键恢复到初始化状态。

5.输入密码时,首位密码正确输入后，电路将开始自动计时，每位密码数之间的输入间隔应在3秒内。否则将输入超时处理,系统自动放弃，恢复到初始状态。

13

2345 图2-5本机键开锁电路 VCCR15R16R17R18R19R20R21R22R23R24R255K5K5K5K5K5K5K5K5K470R26K1VCCU1123456781312151431P10P11P12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETRDWRRXDTXDALE/PPSEN10113029D2LED8051P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P2739383736353433322122232425262728S18SW-PB#0957618234S13SW-PBS14SW-PBS15SW-PBS16SW-PBS17SW-PBS20SW-PBS21SW-PBS22SW-PBS23D1LEDRELAY-SPSTQ12N930R28VCCLS1SPEAKER3KR29300Q22N131911716C3SW-PBS24SW-PBY112MVCCC5R311K1μF20PFC420PFR27470S19SW-PBC7R3010KVCC20μF3GND2VCCU21838OUT13.4 电源部分设计 本系统的电源部分使用LM7805芯片进行稳压后提供单片机5V的电Title压。其电源部分电路的设计如图3-2所示。 该电源部分电路，使用四个1N4004二极管构成整流桥，可以输入直流或是交流9V电源，然后再通过7805稳定到5V供单片机工作。固定式三端稳压电源7805是由输出脚Vo，输入脚Vi和接地脚GND组成，它的稳压值为+5V，它属于LM78XX系列的稳压器，输入端接电容可以进一步的滤波，输出端也要接电容可以改善负载的瞬间影响，电路的稳定性也比较好。

2345SizeBDate:File:

14

图3-2 红外遥控密码电源部分的电路原理图

3.5 编码解码电路

PT2262和PT2272是普城公司生产的一对COMS专用编码解码芯片。本系统采用这对芯片来实现键值的编码与解码。PT2262和PT2272的振荡频率都是通过一个外接电阻进行调节。 3.5.1 PT2262介绍

PT2262最大可以具有12个地址位，它的数据位最大可以有6个。每一个地址位可以有接地，接电源，悬空三种状态。每个数据位可以有接地，接高两种状态。PT2262就是将地址位和数据位的状态进行编码然后输出相应的编码信号。PT2262能够满足两种工作方式:射频工作方式(RF)和红外线工作方式(IR)。由于在整个系统的遥控方式上我选用的射频的工作方式，下面详细介绍PT2262的射频工作方式。编码芯片PT2262发出的编码信号由:地址码，数据码，同步码组成一个完整的码字。

位码是编码波形的基本单位，可以分为AD位(地址，数据)和SYNC位(同步)。根据相应端子电平的低，高，或者悬空状态，AD位可分别置为“0”，“l”或“f”，每位波形由两个脉冲周期构成，每个脉冲周期含16个时钟周期。

15

PT2262芯片引脚如图3－3

A0 A1 A2A3 A4 A5 A6/D5 A7/D4 Vss Vcc DOUT OSC2 OSC1 T\\1\\ A11/D0 A10/D1 A9/D2 A8/D3 图3-3 PT2262引脚

说明：AO-A5：三态地址位；A6/D5--All/DO：三态地；址位或二态数据位；T\\1\\：发射使能位；OSC1-OSC2：内部振荡外接位；DOUT:数据输出位；Vcc：电源正极；Vss：电源负极。 3.5.2 单电阻振荡器

PT2262,PT2272都内置的振荡回路。通过在OSCI和OSC2端外接一个振荡电阻可构成一个精确的振荡器。为了确保PT2272能正确地对接收到的波形解码，要求PT2272的振荡频率必须是PT2262的发射频率的2.5至8倍。常用的振荡电阻配对如3-4表：

表3-4 振荡电阻配对表

PT2262 4.7MΩ 3.3MΩ 1.2MΩ

PT2272 820kΩ* β80kΩ* 200kΩ**

说明：*一表示PT2272的电源电压为5V-15V

16

**一表示PT2272的电源电压为3V-15V

这就意味着当PT2272的工作电压低于5V时，只能选用较小的振荡电阻值。在本系统中，由于用4节5号干电池供电，4节电池标准电压只为6V，在系统工作一段时间后整个系统的工作电压就会低于5V，所以我选用PT2272为200K和PT2262为1.2M的配对，用以保证系统在电压低于5V时，系统依然能够工作。 3.5.3 PT2272介绍

PT2272是与PT2262配对使用的一块遥控解码专用集成电路。采用COMS工艺制造，它最大拥有12位的三状态地址管脚，可支持多大531441(即罗)个地址的编码。因此极大地减少了码的冲突和非法对编码进行扫描以使匹配的可能性。

PT2272芯片引脚如图3-5：

A0 A1 A21 A3 A4 A5 A6 A7 Vss Vcc VT OSC2 OSC1 DIN D0 D1 D2 D3 图3-5 PT2272-L4引脚

说明：AO--A7:三态地址位；DO--D3:三态地址位或二态数据位；DIN:解码信号输入；OSC1-osc2:内部振荡外接位；VT：有效传输确认；VCC:电源正极；Vss:电源负极；

由于PT2262必须与解码芯片PT2272配对使用，而市场上大量的PT2272都是4个数据位的，所以我们选用4个数据位的设计。 PT2272的操作流程：

17

图3-6 PT2272上电工作流程图

上电后PT2272进入待机模式，检查是否有接收信号，如无接收信号，仍停留在待机状态。否则在收到信号后，进行接收，码地址与设置的码地址进行比较。当接收地址与设置地址相互匹配时，数据存于寄存器中。当检查到连续两帧的码地址都匹配，且数据都一致时，相应的数据输出端有输出，并且驱动VT输出。当联系两帧的码地址不匹配时，VT不会被驱动，对于瞬态输出型来说，输出数据复位，而对锁存型的输出，则输出数据维持。

3.6 密码存储部分的电路设计

为了保存用户设置的密码，该系统使用AT24C04用来保存用户设置的

18

密码，电路原理图如图3-7所示。单片机8051的P3.4接AT24C04的SCLK口作为它的串行移位时，8051的P3.5接AT24C04的SDA口作为它的串行数据或地址输入输出。该电路要注意的是SCL、SDA必须加上一上拉电阻，阻值为10k。

R10VCC-R10KR1110KA0SDAA1SCLA3WPAT24C023-7 AT24C04电路原理图

图

红外遥控器（钥匙）的用户名（钥匙身份）和密码存放在AT24C02中，当需要更改或读取用户名和密码时，只需对AT24C02里的数据更改或读取。

AT24C02芯片介绍：

(1)在介绍AT24C02前，先介绍一下I2C总线。

I2C总线使用两根信号线来进行数据传输，一根是串行数据线(SDA)，另一根是串行时钟线(SCL)。它允许若干兼容器件共享总线。总线上所有器件要依靠SDA发送的地址信号寻址，不需要片选线。任何时刻总线只能由一个主器件控制，各从器件在总线空闲时启动数据传送，由I2C总线仲裁来决定哪个主器件控制总线。

I2C总线数据传输的最高速率为400kbps，标准速率为100kbps。SDA与SCL为双向I/O线，都是开漏极端(输出1时，为高阻抗状态)。因此I2C总线上的所有设备的SDA、SCL引脚都要外接上拉电阻。

I2C总线的协议如下：

a) 只有在总线非忙时才被允许进行数据传送。

b) 在数据传送时，当时钟线为高电平，数据线必须为固定状态，不允

19

许有跳变。时钟线为高电平时，数据线的任何电平变化将被当作总线的启动或停止条件。

（2）AT24C02芯片介绍。

AT24C02是美国ATMEL公司生产的I2C串行E2PROM。它为可用电擦除、可编程只读存储器，自定时写周期，包括自动擦除时间不超过10ms，典型时间为5ms。芯片2.7V至6V的工作电压，可擦写100万次，数据保存可长达100年，提供8脚DIP和SOIC封装。AT24C02允许在一个写周期内同时对1字节到1页的若干字节进行编程写入，一页的大小取决于芯片内寄存器的大小。

a.管脚介绍：

WP：写保护。将该管脚接VCC，E2PROM就实现写保护（只读）。将该管脚接地或悬空，可以对器件进行读写操作。

SCL：串行时钟脚串行输入输出数据时，该脚用于输入时钟。 SDA：串行数据/地址输入脚双向串行数据/地址脚，用来输入输出数据。该脚为射（漏）极开路输出，需接上拉电阻。

A0A1A2：片选或页选地址输入。用于芯片寻址。AT24C02内部无连接。

b.器件地址的约定：

主器件在发送启动命令后开始传送，主器件发送相应的从器件的地址，8位从器件地址的高4位固定为1010。接下来的3位（见图3-8）用来定义存储器的地址，对于AT24C02位无意义。最后一位为读写控制位。“1”表示读操作，“0”表示写操作。

1 0 1 0 X X X R/W 图3-8 AT24C02从器件寻址

c.应答信号

每次数据传送成功后，接收器件发送一个应答信号。当第九个时钟信号产生时，接收器件将SDA下拉为低，通知已经接收到8位数据。

3.7 报警电路设计

本系统设计时考虑到防盗而设计了报警电路，由蜂鸣器发声进行报警，蜂鸣器接在CPU的引脚P1.3上，通过PNP型三极管做电流放大，因

20

此可以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，系统会报警，由P1.3口输出低电平使得PNP型三极管导通，蜂鸣器两端加电，由蜂鸣器发出1秒的报警声，当连续三次出现密码错误时，则系统会长时间报警，此举为了防止别人非法试探开锁。

3.8 本机处理与遥控处理功能选择

本系统设计了一个自锁按键用来选择本机处理或者遥控处理，在设置密码时一定要处于本机处理状态下，而开锁则可以选择遥控开锁也可以选择本机开锁，当此按键按下时，红灯亮表示选择了本机处理，此时可以设置密码，修改密码，也可以本机开锁，而不能遥控开锁；当此开关没按下时，红灯灭选择遥控开锁，此时可以通过遥控器输入密码进行开锁，在遥控开锁时不能进行本机开锁以及设置密码。

21

4 系统软件设计

软件是整个控制系统设计的核心，它具有充分的灵活性，可以根据系统的要求而变化。在硬件结构一定的情况下，只要改变软件就能实现一些不同的功能。单片机所具有的智能功能要由软件来完成。在本系统中，软件结构采用模块化设计方法，将遥控接收器所要完成的功能分别编写和调试。所有模块调试成功以后，将各个模块连接构成单片机软件系统。这样的设计有利于程序代码的优化，而且便于设计、调试和维护。对于51系列单片机，现有四种语言支持，即汇编、PL/M,C和BASIC。BASIC通常附在PC机上，是初学编程的第一种语言。一个新变量名定义之后可在程序中作变量使用，非常易学，根据解释的行可以找到错误而不是当程序执行完才能显现出来。BASIC由于逐行解释自然很慢，每一行必须在执行时转换成机器代码，需要花费许多时间不能做到实时性。BASIC为简化使用变量，所有变量都用浮点值。BASIC是用于要求编程简单而对编程效率和运行速度要求不高的场合。当前已经很少用到此语言了。PL/M是Intel从8080微处理器开始为其系列产品开发的编程语言。它很像PASCAL，是一种结构化语言，但它使用关键字去定义结构。PL/M编译器好像汇编器一样可产生紧凑代码。PL/M总的来说是高级汇编语言可详细控制着代码的生成。但对51系列，PL/M不支持复杂的算术运算、浮点变量而无丰富的库函数支持。C语言是一种源于编写UNIX操作系统的语言，它是一种结构化语言，可产生压缩代码。C可以进行许多机器级函数控制而不用汇编语言。与汇编相比，有如下优点:对单片机的指令系统不要求了解，仅要求对51的存储器结构有初步了解，寄存器分配、不同存储器的寻址及数据类型等细节可由编译器管理程序有规范的结构，可分为不同的函数。这种方式可使程序结构化将可变的选择与特殊操作组合在一起的能力，改善了程序的可读性编程及程序调试时间显著缩短，从而提高效率。提供的库包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能将己编好程序可容易的植入新程序，因为它具有方便的模块化编程技术C语言作为一种非常方便的语言而得到广泛的支持，C语言程序本身并不依赖于机器硬件系统，基本上不做修改就可根据单片机的不同较快地移植过来。51的汇编语台非常像其他汇编语台，简单实用。指令系统比第一代微处理器要强些。51的不同存储区域使得其复杂一些。但是利用汇编语言指令就可以充分利用片内RAM

22

资源，充分利用单片机内部的一些特殊规定，充分利用单片机的一切资源，因而单片机资源的利用效率高。同时汇编语言是最接近机器语言的，因而代码的执行效率高。在本系统中，由于单片机内部的运算量不大，而汇编语言简单，执行效率高，己经能够满足系统需求，所以选择汇编语来编写相应代码。

4.1 应用软件设计原则

应用系统中的应用软件是根据系统功能要求设计的，应可靠实现系统的各种功能。在本系统中，软件设计要力求做到以下几点:

1) 软件结构清晰，简捷，流程合理。

2) 各功能程序实现模块化，子程序化。这样，即便于调试，链接，又便于移植，修改。

3) 程序存储区，数据存储区要合理规划，既能节约内存容量，又使操作方便。

4) 运行状态实现标志化管理。各个功能程序运行状态，运行结果以及运行要 求都要设置状态标志以便查询，程序的转移，运行，控制都可通过状态标志条件来控制。

5) 经过调试修改后的程序应进行规范化，除去修改的痕迹，以便于交流和借鉴，也为以后的软件模块化，标准化打下基础。

6) 实现全面软件抗干扰设计。软件抗干扰是单片机应用系统提高可靠性的 有利措施。具体的软件抗干扰方法，将在第四章中介绍。

下面几节将详细介绍各个模块要实现的功能以及实现方法。

4.2 遥控接收程序

遥控接收子程序要完成的功能就是不断地扫描解码芯片的地址位，接收解码芯片的数据位和有效传输确认位，判断出遥控器上发射过来的相应键值。由于解码芯片的地址位在默认情况下是接地的，对于遥控器上连接在编码芯片的数据位上的键值，只要置高，那么相应的解码芯片对应的数据位也会为高，遥控接收子程序可以直接接收判断，不需要再对地址位置位。本系统中值为3,6,9,#的键值就是直接接收。对于余下的8个连接在编码芯片地址位的键值，当遥控器上的键按下后，遥控接收子程序就不断地循环置地址位为高，然后通过解码芯片的有效传输确认位来确认是不是相应编码芯片的地址位也为高。有效传输确认位输出高电平则编码芯片的相

23

应地址位为高，记下相应地址位，推出遥控器上的键值。地址位与单片机之间加入三极管PNP8550进行隔离和驱动。有效传输确认位与单片机之间加入三极管NPN8050进行隔离和驱动。所以当单片机的控制脚RA-1,RA-2,⋯⋯，RA-8为低时，解码芯片相应地址位为高。当到来，所以单片机读取数据位数据可以延迟一定的时间。因而遥控接收子程序中可以先处理地址位然后处理数据位数据，不会出现数据丢失。一位地址位最多需要等待30ms以确定是否有值，8位最多等待8x30ms＝240ms，即0.24秒，然后接收数据位数据，不会给用户造成反应迟钝的感觉，符合用户要求。

4.3 I2C通讯子程序

如前说述，本系统中由单片机8051的P3.4和P3.5来分别模拟SCL（串行时钟线)和SDA（串行数据线）来实现与EEPROM 24WC02IT通讯。EEPROM 24WC02的器件地址为AOH。

1．写操作

（1）节写

在字节写模式下，主器件发送起始命令和从器件地址信息(R/W位置零)给从器件，在从器件产生应答信号后，主器件发送AT24WC02的字节地址，主器件在收到从器件的另一个应答信号后，再发送数据到被寻址的存储单元。AT24WC02再次应答。并在主器件产生停止信号后开始内部数据的擦写，在内部擦写过程中，AT24WC02不再应答主器件的任何请求。

（2）页写

用页写AT24WC02可以一次写入16个字节的数据。页写操作的启动和字节写一样。不同在于传送了一字节数据后并不产生停止信号。主器件被允许发送15个额外的字节。每发送一个字节数据后AT24WC02产生一个应答位并将字节地址低位加1，高位保持不变。如果在发送停止信号之前主器件发送超过16个字节，地址计数器将自动翻转，先前写入的数据被覆盖。接收到16字节数据和主器件发送的停止信号后，AT24WC02启动内部写周期将数据写到数据区。所有接收的数据在一个写周期内写入AT24WC02。

（3）应答查询

可以利用内部写周期时禁止数据输入这一特性。一旦主器件发送停止位指示主器件操作结束时，AT24WC02启动内部写周期，应答查询立即启

24

动，包括发送一个起始信号和进行写操作的从器件地址。如果AT24WC02正在进行内部写操作，不会发送应答信号。如果A'T24WC02己经完成了内部自写周期，将发送一个应答信号主器件可以继续进行下一次读写操作。

（4）写保护

写保护操作特性可使用户避免由于不当操作而造成对存储区域内部数据的改写。当WP管脚接高时，整个寄存器区全部被保护起来而变为只可读取。AT24WC02可以接收从器件地址和字节地址。但是装置在接收到第一个数据字节后不发送应答信号从而避免寄存器区域被编程改写。

2.读操作

对AT24WC02读操作的初始化方式和写操作时一样，仅把R/W位置为1，有三种不同的读操作方式:立即地址读，选择读和连续读。

（1）立即地址读

AT24WC02的地址计数器内容为最后操作字节的地址加1。也就是说，如果上次读/写的操作地址为N，则立即读的地址从地址N+1开始。如果N=E（对24WC02E=255）则计数器将翻转到0且继续输出数据AT24WC02接收到从器件地址信号后（R/W位置1），它首先发送一个应答信号，然后发送一个8位字节数据。主器件不需发送一个应答信号，但要产生一个停止信号。

（2）选择性读

选择性读操作允许主器件对寄存器的任意字节进行读操作。主器件首先通过发送起始信号，从器件地址和它想读取的字节数据的地址执行一个伪写操作。在AT24WC02应答之后，主器件重新发送起始信号和从器件地址，此时R/W位置1,AT24WC02响应并发送应答信号，然后输出所要求的一个8位字节数据，主器件不发送应答信号但产生一个停止信号。

（3）连续读操作

连续读操作可通过立即读或选择性读操作启动。在AT24WC02发送完一个8位字节数据后，主器件产生一个应答信号来响应，告知AT24WC02主器件要求更多的数据，对应每个主机产生的应答信号AT24WC02将发送一个8位数据字节。当主器件不发送应答信号而发送停止位时结束此操作。AT24WC02输出的数据按顺序由N到N+l输出。读操作时地址计数器在

25

AT24WC02整个地址内增加。这样整个寄存器区域在可在一个读操作内全部读出。当读取的字节超255，计数器将翻转到零并继续输出数据字节。

4.4 系统程序

系统上电后首先完成初始化工作，然后按照事先设定好的程序执行。本系统程序是基于单任务机制的。这种机制的应用程序是一个无限的循环，在这循环的过程中调用相应的子程序函数来完成相应的操作。这种机制具有简单直观，易于控制的优点。程序中有以下一些设定:设定用户输入的密码一律存于发射缓冲区中。在密码修改时从发射缓冲区取出，写入AT24WC02。密码比对时将AT24WC02中的密码取出来存于接受缓冲区中，然后将发射缓冲区中的密码与接受缓冲区的密码进行比对。固定键盘处理程序的操作，包括:密码的设定和密码的比对。遥控器的操作包括:密码的比对。

4.4.1 遥控密码系统的操作方法

(一) 密码设置

(说明:密码设置必须在固定键盘上操作) A) 第一套密码设置

1) 先按一下门内侧的密码设定按钮，此时黄灯闪亮。

2) 在固定键盘的0-9键上输入你喜欢的密码，每按一键黄灯闪烁一次并发出“哗”的一声。

3) 然后按“*”键，密码设定完成。 B) 第二套密码设置

1) 在固定键盘上按两次“0”键，然后再按一下门内侧的密码设定按钮，此时黄灯闪亮。

2) 在固定键盘的0-9键上输入你喜欢的密码，每按一键黄灯闪烁一次并发出“哗”的一声。

3) 然后按“*”键，密码设定完成。 (二) 开启操作

（说明：开启操作既可以在固定键盘上也可以在遥控器上操作） A) 固定键盘上的开启操作

1) 依次输入你设定的密码，每按一键黄灯闪烁一次并发出“哗”的一声。

26

2) 然后按“#”键，绿灯亮即可开启。注意:输完密码3秒后绿灯灭，密码锁自动关闭，需重新输入密码才能开启。输入三次错码，固定键盘和遥控器都被锁定，黄灯将连续闪烁，并持续报警。待报警停止后可重新输入密码，再行开启。如果门被开启时，红灯同时点亮表示电池电压不足，应及时更换电池。

B) 遥控器上的开启操作

1) 先按“#”键，黄灯闪烁一次并发出“哗”的一声。

2) 依次输入你设定的密码，每按一键黄灯闪烁一次并发出“哗”的一声。

4.4.2实现上述操作方法的程序流程图

27

图4-1主流程图

软件工作流程包括6个部分：系统的初始化、AT24C04的读写操作、校对开锁、出错报警处理、对接收的信号进行译码。初始化主要包括：MAX7219芯片、中断和定时器的初始化，以及系统参数等的初始化；对AT24C04的读写操作主要完成对原先密码进行更改或相关设置的目的，然后将更新后的密码保存到其中。校对开锁是要对输入的密码和保存在存储器中的密码相比较，相同着通过，否则要进入出错报警阶段。出错报警主要处理输入的密码和保存在AT24C04中密码不同时要进行报警1秒钟，如果报警后再次输入密码后再次报警达到3次，即3次都输入的是错误密码，那么系统将长时间报警并自锁一个小时。译码部分主要完成在遥控处理状态下对遥控器所发出的信号进行解码，以得到相应到完成相应功能的码值。

该系统的发射和接收主程序流程框图，如图4-2所示。

28

开始 开始 串行口初始化 串行口初始化 发射键按下 是 送数据到CPU串行口 否 接收数据 数据是否 接完 是 否 否 数据送完 接收数据 正解 是 否 不处理返回是 返回 进入开锁程序 遥控发射程序框图 遥控接收程序框图

图4-2 发射和接收主程序流程框图

是

29

5 技术难点及解决方案

本系统是一个数字和模拟相结合的系统。无线射频的发射和接收是属于模拟电路部分，单片机及其外围器件有属于数字电路部分。因而防止数字和模拟信号相互干扰就显得尤为重要。

5.1 系统抗干扰措施

在本系统设计中，由于有无线信号的发射和接收，因而必须减少元器件之间的干扰和采取措施提高系统的抗千扰能力。为了少走弯路和节省时间，本系统在设计时就充分考虑并满足抗干扰性的要求，避免在设计完成后再去进行抗干扰的补救措施。形成千扰的基本要素有三个:

(1) 干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号。用数学语言描述如下:du/dt, di/dt大的地方就是干扰源。如:雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。在本系统中电磁铁，6MHZ的晶振就是干扰源。

(2) 传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。空间的辐射干扰必将影响到无线射频信号的传播。

(3) 敏感器件，指容易被干扰的对象。如:A/D,D/A变换器，单片机，数字IC，弱信号放大器等。

本无线电系统的基本任务就是传递用户按下的键值信息。理想的本系统所接收到的信息应该和原来发送的信息完全一样。是这种理想情况实际上是很难实现的，信息在传递过程中总要伴随着一定程度的信号失真(接收端重现的信息总是和发射端的原始信息有些差异称为失真)。在无线电系统中，产生失真的原因大致可以分为两类。一类是由于通信设备本身不完善，如发射器和接收器中的部分器件性能不好，产生失真。这种失真可以通过反复试验比较，找出问题，更换元器件就能实现。另一种失真是干扰和噪声引起的，这种失真在很多情况下是不能完全克服的。对于无线电系统，常见的干扰有:电台干扰，工业干扰，天电干扰和宇宙干扰，此外还有设备内部所产生的噪声。

电台干扰是指其它无线电发射设备所产生的干扰。由于无线电技术的迅猛发展，当前在无线电波的各个波段中工作的电台日益增多，因此空中的电波非常拥挤。在接受天线上除了我们想要接收的信号之外，还有许许

30

多多其它各种无线电台的信号。这些电台的信号就可能进入接收机中，成为有害的干扰。电台干扰在无线电波的各个波段中都存在。在目前，短波波段内电台间的习月互干扰已比较严重，所以本系统中就采用超短波超高频波段315MHZ.

工业干扰是由各种各样的电气设备所产生的。如电灯，电动机及汽车的点火系统所产生的电火花等，都是工业干扰的来源。工业干扰信号的频谱很宽，它从极低频率开始，一直延伸到几十，甚至几百兆赫的超高频波段。由于保险箱一般在室内工作，所以受工业干扰的影响较小，同时也采取了后面介绍的万法进行抑制。

天电干扰是指大气中的各种电磁现象所引起的干扰。雷电所产生的强大电磁波辐射是我们所熟悉的天电干扰。打雷时，收音机也可以发出很大的“咙啦”声。天电千扰的频谱主要在波长较长的波段，在超短波范围内，这种干扰实际上很微弱。因而本系统基本上不受天电干扰的影响。

宇宙干扰是指来自于宇宙间各种天体的电磁辐射。太阳就是一个强大的具有很宽频谱的辐射源，它的频谱从米波，分米波一直延伸到可见光以外的波段此外银河系中的一些恒星以及许多远离地球的星体也都辐射各种频率的电磁波，这种辐射对某些无线电设备有时也是有害的。但对于本系统，这种影响微乎其微。

在本系统中，针对干扰形成的三要素，具体采取了下列的抗干扰设计。整个抗干扰设计的基本原则是:抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能。

(一) 抑制干扰源

抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt.di/dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。

抑制干扰源的常用措施如下:

(1) 给电磁铁两端增加续流二极管，消除断开线圈时产生的瞬时反电动势干扰。

(2) 电路板上每个IC的电源与地之间，都并接一个0.1vF高频电容或100uF的电解电容作为去藕电容，以减小IC对电源的影响。注意高频

31

电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果。

(3) 电源输入端垮接了100pF的电解电容和一个0.IuF的陶瓷电容作为去藕电容，这将有效地减少电源对与之相连的IC的影响。

(4) 布线时避免90度折线，减少高频噪声发射。 (二) 按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。 所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和有用信号的频带不同，可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播，有时也可加隔离光祸来解决。电源噪声的危害最大，要特别注意处理。所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。一般的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离，用地线把它们隔离和在敏感器件上加蔽罩。

本系统中采取的切断干扰传播路径的措施如下:

(1) 充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好，整个电路的抗干扰就解决了一大半。单片机对电源噪声很敏感，要给单片机电源加滤波电路，减小电源噪声对单片机的干扰。设计中利用电感和电容组成LC滤波电路，使各个TC之间都用滤波电路相隔离，这样使它们的相互干扰降到最低。这里不能用电阻和电容组成RC滤波电路，因为电阻上有大的压降，电源电压为6V，在经过电阻的分压后在TC上的电源电压将很难满足IC工作需要。由于电感的内阻很小，与IC的内阻相比，电源电压的在电感上的压降微不足道，不会影响IC的电源电压。

设计原理如图5-1：

32

图5-1 LC滤波电路在系统中的应用

(2) 注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。此措施可解决许多疑难问题。

(3) 电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号。尽可能把干扰源(如电磁铁)与敏感元件(如单片机)远离。

(4) 用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分离，最后一点接于电源地。

(5) 单片机和大功率器件电磁铁的地线单独接地，以减小相互干扰。电磁铁尽可能放在电路板边缘。

(二) 提高敏感器件的抗干扰性能

提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声的拾取，以及从不正常状态尽快恢复的法。本系统中采取的提高敏感器件抗干扰性能的措施如下:

(1) 布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声。

(2) 布线时，电源线和地线要尽量粗。除减小压降外，更重要的是降低祸合噪声。

(3) 对于单片机闲置的I/0口，不要悬空，都接地或接电源。其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。

(4) 在单片机8051运算速度满足要求的前提下，选用6MHZ的晶振。 (5) IC器件尽量直接焊在电路板上，少用IC座。

通过采取上面的一系列措施，本系统的抗干扰能力得到明显的提高，系统的稳定性显著增强。

5.2 系统节电措施

系统的遥控发射器采用了默认状态下切断电源的方式，只有当按钮按下时系统才上电工作，所以遥控发射器的静态功耗为OMA。系统的遥控接收部分由4节5号电池供电，一般输出电压大约为6V。它的电容量为500mA/h。要保证系统应用于保险箱上，就必须保证系统在4节5号电池供电的情况下接收部分有足够长的工作时间，所以在设计系统时就充分考虑到系统的功耗问题，采取了下面的措施来降低系统功耗:尽量选用CMOs工艺元器件。本系统中主要元器件

的工作电流和静态电流如下表:

33

表5-2 主要元器件的工作电流

器件名称 8051 24WC02 PT2272-L4 MICRF002

正常模式 25mA 1mA 3mA 240uA

掉电模式 60uA 1uA 1uA 2.4uA

在遥控发射器没有信号输出的情况下，8051,24WC02,PT2272-L4都处于掉电工作模式，以便随时接收遥控器发射的信号。当接收到有效信号后，输入给PT2272-1,PT2272-L4接收到该信号后，立即从掉电模式中唤醒，转入正常工作模式，如果信号有效则有效确认位输出高电平，该高电平通过电平转换后唤醒CPUC52使其转入正常模式下卜作。正如第二章所述，当不使用遥控发射器时，只要按下固定键盘上的任意键或密码设定键时，CPUC52也将从掉电模式中唤醒过来转入正常工作模式。所以遥控接收部分的静态功耗为:60+1+1+240=302uA。在未加LED显示灯和电磁铁的情况下，接收部分的动为:25+1+3+0.24=29.24mA。

34

6 系统调试

6．1 整体调试

整体调试所使用的测试仪器仪表和工具：

1、组装兼容计算机一台，主频：733MHz，有2个9针串行接口； 2、伟福 E51单片机仿真机2台； 3、DT9202万用表一个； 4、计算机5V稳压电源一个； 5、SR8双踪示波器； 6、ASM51单片机编译软件； 7、金星9012遥控器；

本装置的调试主要分为硬件调试、软件调试等两大部分。

经过初步的分析设计后，在制作硬件电路的同时，调试也在穿插进行。这样有利于问题的分析和解决，不会造成问题的积累，而且不会因为一个小问题而进行整体电路的检查，从而可以节约大量的调试时间。软件编程中，我是首先完成单元功能模块的调试，然后进行系统调试，整体上与硬件调试的方法差不多。联机调试是最重要的一部分，同时也是本装置成功的关键。有许多新问题都不是很容易解决的。

6．2 硬件单元电路调试

6．2．1 红外遥控器（钥匙）调试

红外遥控器（钥匙）的低功耗控制电路的调试比较重要。首先当按键按下后，系统上电，确保单片机能够自锁电子开关，维持电子开关的导通，系统正常供电。在红外遥控器（钥匙）软件尚未编写的情况下，首先模拟单片机的自锁操作，发现电子开关能自锁，系统正常供电。考虑到按键操作时间一般为几十毫秒到几秒，单片机复位时间仅为200ms左右，一般来得及输出自锁高电平。后来软件编好以后，发现系统确实能正常上电工作。

欠压报警电路的调试。

欠压报警电路调试关键是使欠压报警电路在电压低于2.75V时能翻转产生下降沿脉冲，触发单片机中断INT0。首先用一精密可调电阻代替R5，调节精密可调电阻，使欠压报警电路在电压低于2.75V时能翻转为低电平，调试成功后，发现精密可调电阻阻值为3.3K，用一标称值为3.3K的五色环电阻换换下精密可调电阻。欠压报警电路完毕。

35

红外遥控器（钥匙）其它部分电路都是经典电路，无需过多调试。至此，红外遥控器（钥匙）硬件调试完毕。

6．2．2 红外遥控门锁调试

红外遥控门锁低功耗控制电路调试。

调试时使用了成品遥控器金星9012，用金星9012发射红外线，使得红外开关电路能驱动打开电子开关，给系统加电。首先用示波器逐级检测红外脉冲信号的幅度，仔细调整各级的放大倍数，使检波输出的信号能驱动电子开关。在放大倍数足够的情况下，尽可能增大电阻R17、R19的阻值，降低放大电路的静态功耗。

红外遥控门锁其它部分的电路都是经典电路，无需过多调试。至此，红外遥控门锁硬件电路调试完毕。

6．3 软件调试

对于本系统而言，软件程序所实现的功能比较多，所以软件程序的调试显得相当的烦琐。整个程序是使用汇编语言。

首先将计算机联接伟福E51仿真机，计算机的主频为733MHz，能正常下载程序。到此为止整个软件程序调试环境就已经配好了。

6．3．1 红外数据接收模块调试

一开始把整个模块的程序编写完，下载到STUDIO51仿真机，用红外遥控器（钥匙）发射数据，发现无法接收数据。重新编一个红外数据位接收程序，调试发现红外遥控器（钥匙）的发射程序也存在问题，只好重新修改红外发射程序，直至红外发射程序能正常工作。然后再调试红外数据接收模块，发现已经能接收数据位，这是成功的开始，接下来调试接收一个字节数据、接收多字节数据，均一一调试成功。

至此红外数据接收模块调试完毕。

6．3．2 开锁记录模块下载模块调试

开锁记录模块下载模块涉及到红外双工通信，是调试的难点。一开始，抄锁器发射开锁记录下载命令时，没有把抄锁器的红外接收关闭，发现红外遥控门锁能准确无误接收到开锁记录下载命令，但是抄锁器却无法接收到数据，即使偶尔接收到，也是抄锁器发射的开锁记录下载命令，调试一整天，毫无进展，抄锁器就是无法接收到数据。没办法，只好向学兄请教，学兄仔细研究了我的源程序，尝试发送红外数据前关闭红外接收中断，延

36

时后再开中断，发现红外数据接收中断服务程序里已经接收到数据，但是开锁记录模块下载模块依然认为没有接收到数据，后来发现开锁记录模块下载模块里延时等待接收数据部分进等待100ms，猜测等待时间太短，加长等待时间至1秒，发现已经能接收到开锁记录，但还是不太稳定，再加长等待时间至1.5秒，发现已经很稳定地接收开锁记录。

总结调试经验，红外通信只能工作于半双工方式，同时，由于通信波特率比较低，编程时应注意等待时间。至此开锁记录模块下载模块调试结束。

37

7 结论与展望

通过上面软硬件的分析和设计，本系统完全是可行的。在设计和实验的基础上，做出了该项目的样品，该样品的技术指标如下表所示:

表7-1 样品的技术指标

项目 遥控距离 响应时间 遥控器动态功耗 接受器动态功耗 遥控器静态功耗 接受器静态功耗 遥控器电源 接受器电源 遥控器电池寿命* 接收器电池寿命** 工作温度 工作温度 说明:

*测试遥控器采用的是12v电池。由于遥控器的静态功耗为零， 所以从理论上说，如果遥控器不被使用，遥控器可以放置若干年。 **测验接受器的电源采用4节1.5伏的5号干电池。

表可以看出，该系统已经能够满足在保险箱上的工作需要。该系统除了用于保险箱上外也完全可以应用于仓库门，金库门等一切原来一般电子密码锁应用场合。同时对于那些仍然使用机械密码锁的场合也将是一个很好的换代产品。特别是对于那些由220v电源或者UPS电源供电，对于系统功率可以不考虑的产品，本系统同样完全可以很稳定的工作。本系统具有成本低，性能可靠，使用方便的特点，能够满足用户需要。适合于大规模生产，对于提高生产厂家的市场竞争力有很大的推动作用。

任何个项目都不是十全十美的，本系统项目也可以进一步完善。由于在系统开始时就考虑了系统以后的扩展问题，因而可以从以下几个方面进行改进：

38

数值 〈=10米 0．1-1．0秒 10．00-33．00毫安 10．00-330．00毫安 0．00毫安 0．30毫安 Dc 12伏 Dc 6伏 1年 两个月 20%-80% 0-70℃

1.进一步降低接收器的静态功耗。由于接收器的静态功耗为0.5毫安，依然比较大，所以项目下一步的发展方向就是在保证接受灵敏度的基础上，进一步降低接收器的静态功耗。

2.增加遥控距离。由于稳定的遥控距离只有10米，依然比较短，所以在保证接受灵敏度和满足用户实际操作的基础上，进一步增加遥控距离。

3.电磁铁的驱动方式也可以改成电机驱动方式。相信通过上述的改进，系统将更加人性化，操作更加自动化，用户使用也将更加方便。

39

致谢

在论文即将完成之际，我首先向关心帮助和指导我的导师郭宇表示衷心的感谢并致以崇高的敬意!

在论文工作中，一直得到导师的亲切关怀和悉心指导。导师以其渊博的学识、严谨的治学态度、求实的工作作风和他敏捷的思维给我留下了深刻的印象，我将终生难忘。

论文工作即将结束，回顾四年多来的学习经历，面对现在的收获，我感到无限欣慰。为此，我向热心帮助过我的所有老师和同学表示由衷的感谢!特别感谢我的师妹和师弟们所提供的大力支持和帮助!

在我即将完成学业之际，我深深地感谢我的家人给予我的全力支持！

40

参考文献

[1] 何立民 MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术 北京航空航天大

学出版社 1999.6

[2] 胡斌 无线电识图与电路故障分析轻松入门 人民邮电出版社 2001.12 [3] 薛钧义,张彦斌 MCS-51/96系列单片微型计算机及其应用 西安交通大学出版

1998.12

[4] 王幸之,王雷 单片机应用系统抗干扰技术 北京航空航天大学出版社 2000 [5] Gil Held著,粟欣王艺译 无线数据传输网络蓝牙 WAP和WLAN人民邮电出版社

2001.9

[6] 李朝青 PC机及单片机数据通信技术 北京航空航天大学出版社 2000 [7] 张悦 数字通信原理西 北工业大学出版社 19.6 [8] 纪传礼 遥控遥测技术 科学出版社 1983

[9] 张肃文 高频电子线路(第二版) 高等教育出版社 1984.8

[10] 郭兆正 单片机遥控防盗报警系统 锦州师范学院学报(自然科学版) 2001 3 第

22卷第1期

[11] 马庆华 采用P工C16C57单片机开发电子密码锁 郑州轻工业学院学报 1999.3

第14卷第1期

[12] 王宽仁 可靠安全的智能密码锁电子技术应用 2001年第2期 [13] 广州周立功单片机技术有限公司 www.zlgmcu.com [14] 中国工控网切迎立 www.chinakong.com

41

VCCR?R?R?R?R?R?R?R?R?R?R?RES2RES2RES2RES2RES2RES2RES2RES2RES2RES2RES2附录

VCCGNDR?RES2C?ELECTRO11VinU?VOLTREGVout3D12DIODED3-220vTRANS3D4DIODEC?ELECTRO1C?CAPGNDR?VCC-RRES2DIODER?RES2A0A1A2SDASCLWP2

S?SW?-PBVCCSW-PBS?U?SW-PBR?RES2SW-PBQ?PNPSW?S-P?BU?S?-PBSWS?-PBSWS?-PBSWS?S?-PBSWS?-PBSWCAPACITOR POLR?RES2R?RES2C?CAPY?CRYSTALD?LEDC?CAP151431191R?RES2SW-PBSW?-PBD?LED+C?R?K?VCCRES2D?LEDRELAY-SPSTQ?NPN1312INT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETRDWR80511514311911716RXDTXDALE/PPSENT1T0EA/VPX1X2RESET1716RDWR80511312INT1INT012345678P10P11P12P13P14P15P16P17P00P01P02P03P04P05P06P07393837363534333212345678P10P11P12P13P14P15P16P17P00P01P02P03P04P05P06P073938373635343332VCCR?LS?C?RES2P20P21P22P23P24P25P26P272122232425262728P20P21P22P23P24P25P26P272122232425262728SPEAKERCAPQ?NPNY?CRYSTAL10113029C?CAPC?RXDTXDALE/PPSEN10113029CAP42

R?VCCRES2DI2ODE220vT1

R?S?RES2SW-PBC?ELECTRO1U?VOLTREG1VinVout3VCCC?CAPC?ELECTRO1