《加强型电子密码锁》
1加强型电子密码锁1 总体方案设计1.1 设计思路本电路采取 07共 8个用户密码输入键，和一个回位（重新输入）键。密码一共由4位 8进制数组成，电路最大的创新就在于采取手动式的密码设置电路，并且将密码设置开关设计在门的背部，优点：用户只有电子锁被打开后才可以从门的背部手动的更换新的密码。与键盘输入式修改密码相比手动修改密码增强了电子锁的安全性。如果输入正确电路继续工作，直至开锁完成。如果键盘输入密码错误电路自动清零，原先输入的密码无效；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。1.2 总体方框图22 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。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。2.1 键盘输入、密码修改其电路图如图 1 所示：图 2 键盘输入、密码修改电路3开关 K0K8是用户的输入密码的键盘，其中 K0K7是密码输入信号，K8 是回位回位（重新输入）键，当用户输入一个密码时信号会通过 A5（74ls148 编码器）编码成 8421三位十进制码然后作为 A1A4各自的输入端 B0B2的输入信号使 A1A4分别选通各与键盘输入相同的端口，并都通过 Y0Y3输出，如果通过数据选择器所选通的端口在原先修改密码时已经接通，Y 就输出高电平。开关 K0K7通过与门 S0连接到 A6（移位寄存器）的脉冲输入，RD端与置零端 K8相接，输入密码前先按 K8开关使 A6置零 A11置 1，并且也作为限时器开始计时；当输入一个信号时 S0有一个脉冲，A6 输出端 QA为 1，S1 工作，输出 A1经密码比较后的结果，而 S2S4截止，QA 通过 A11使 A6的串行输入端 R置零，从而实现 S1S4单独工作并且按输入顺序向右移动，如此可见电路按顺序完成了键盘输入、与对应的密码校验。而 k10k47是手动密码修改按钮，共分四组：K10K17 为第一组A1、K21K27 为第二组 A2、K3037K 为第三组 A3、K40K47 为第四组 A4。每一组只需要设置一个开关闭合（可用 8选 1开关器） ，A1A2A3A4 成为一组 4位 8进制密码，供用户自行选择设置。此电路的密码修改时可以选择 8*8*8*8种密码，大大增加了电子锁的安全性和灵活性，使随机开锁的极率接近 0。图中的接口 14是接图 2的 14，作为密码检测的接口。5 接口接图 2的 5，作密码校验电路的清零信号端。2.2 开锁及执行电路 、密码检测其电路图如图 2：图 2 开锁及执行电路、密码检测由两块 74LS112（双 JK触发器，包含 IC1IC4）组成密码检测电路最后一部分。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，4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。2.3 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所示图 3报警电路有人走近门时，输入密码前先按清零信号键 K8（9）时产生低电平，接 IC10的 2脚，使IC10的状态发生翻转，其 3脚输出高电平，T5 导通(可以通过 R12控制 6端的基极电流)，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，C8 开始5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)，IC11 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（8）输出清除报警信号，送至 T13（PNP） ，T13 导通，强制使 T7基极至低电位，解除报警信号。3.4 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（9） ，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：6图 4报警次数检测及锁定电路2.5 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成。其电路图如下图 5所示：图 5市交电转换电路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（12）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。由 R8，R9，R6，R7 及 IC14构成电压比较器，正常情况下，V->V+IC14 输出低电平，继电器的常闭触点和市电相连；当市电断开，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76所示：图 6停电检测及电子开关切换电路当储电池电压低于 5V时 T20导通，6V 电源对储电池充电，当电池电压回复 5V时T20截不对储电充电。图 7充电电路3 总结与体会学习了一个学期的模拟电子技术和数字电子技术，在理论层面上增进了不少，也希望能学以致用。在自己首次的课程设计，了解到其设计过程的困难，是接而连三的出现，而且越往8现实走一步就出现越多的困难，但是还是自己能坚持的完成任务。整个设计并非完全是自己想出来的，也参考过一些资料和套用一些有用的电路。全个电路真正自己付出心血的就在于键盘输入、密码修改的设计当中，为了能让使用客户使用本设计觉得方便安全，自己将心比心把自己当成使用者，设计出自己认为是很安全很方便的按键输入和密码修改方式和密码的多种组合。当然我自己也会存在着不足，所以我设计的电路也会存在不足，就比如电路可以再设计多一个密码显示电路，可使用户清楚自己输入的是什么，可是这部分设计烦杂，所以本密码电子锁没有设计到，这点希望读者能体谅。随着人们生活水平的提高，人们对电子产品的依赖也越来越大了，设计电子密码锁是为了能代替传统锁，使人们的时候更向前走一步参考文献1 阎石.数字电子技术基础（第五版）M.北京:高等教育出版社,20052 吴援明 唐 君.模拟电路分析与设计基础M.北京:科学出版社,20063 孙余凯 项绮明.精选实用电子电路 260例M.北京:电子工业出版社.20074 陈有卿.555 时基集成电路原理与应用M.北京：机械工业出版社.20065 康华光.电子技术基础（第四版）M.北京:高等教育出版社,1998
