畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的紅外遙控電子密碼鎖設(shè)計(jì)

1、摘摘 要要隨著社會(huì)科技和人們的生活水平的提高，如何實(shí)現(xiàn)家庭防盜這一問題也變的尤其的突出，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖由于其構(gòu)造的簡單，被撬的事件屢見不鮮，電子鎖由于其保密性高，使用靈活性好，安全系數(shù)高，受到了廣大用戶的親呢。紅外電子密碼鎖是一種以高強(qiáng)度密碼序列為基礎(chǔ)，在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)的密碼開關(guān)。它以紅外光作為信息媒體，從而實(shí)現(xiàn)了遙控，也可以配備一個(gè)結(jié)構(gòu)簡單的接觸式通訊接口，堅(jiān)固并且防損。該鎖具有使用方便、操作簡單、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，給人們的生活帶來了極大方便。特別適用于那些正常人體不宜接近的特殊場合，比如高輻射區(qū)、高傳染區(qū)等。本設(shè)計(jì)以單片機(jī) at89s52 作為密碼鎖監(jiān)控裝置的檢測和控制核心，分為主機(jī)和從機(jī)，實(shí)現(xiàn)

2、鑰匙信息在主機(jī)上的初步認(rèn)證注冊(cè)、密碼信息的加密、紅外傳輸、鑰匙丟失報(bào)廢等功能。根據(jù) 51 單片機(jī)之間的串行通信原理，利用紅外來傳輸，這便于對(duì)密碼信息的隨機(jī)加密和保護(hù)。而且采用紅外遙控相對(duì)于機(jī)械鎖和鍵盤輸入的電子密碼鎖具有較高的優(yōu)勢。如紅外線發(fā)射裝置采用紅外發(fā)光二極管，遙控發(fā)射器易于小型化且價(jià)格低廉；采用數(shù)字信號(hào)編碼和二次調(diào)制方式，不僅可以實(shí)現(xiàn)多路信息的控制，增加遙控功能，提高信號(hào)傳輸?shù)目垢蓴_性，減少錯(cuò)誤動(dòng)作，而且功率消耗低；紅外線不會(huì)向室外泄露，不會(huì)產(chǎn)生信號(hào)串?dāng)_；反應(yīng)速度快、傳輸效率高、工作穩(wěn)定可靠等。所以紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。軟件設(shè)計(jì)采用自上而下的模塊化設(shè)計(jì)思想，以

3、使系統(tǒng)朝著分布式、小型化方向發(fā)展，增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和運(yùn)行的穩(wěn)定性。測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)各項(xiàng)功能已達(dá)到本設(shè)計(jì)的所有要求。關(guān)鍵詞 紅外線 遙控 電子密碼鎖 單片機(jī)目 錄1 緒論 11.1 引言11.2 紅外通信基本原理21.3 設(shè)計(jì)要求 31.3.1 基本要求 31.3.2 說明 32 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32.1 通信接口組成及工作原理 42.2 紅外鑰匙（從機(jī)）組成及工作原理 42.3 紅外遙控門鎖（主機(jī)）組成及工作原理 52.2.3 紅外鑰匙（從機(jī)）和紅外遙控門鎖（主機(jī)）之間的通訊協(xié)議 53 方案選擇和論證 63.1 紅外編碼和發(fā)射模塊 63.2 紅外解碼和接收模塊 83.3 紅外鑰匙（從機(jī)）子系統(tǒng)

4、設(shè)計(jì) 103.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì) 113.4.1at24c01 芯片介紹 管腳介紹 器件地址的約定 應(yīng)答信號(hào) at24c01 寫操作 at24c01 讀操作 133.5 紅外遙控門鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì) 153.5.1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì) 163.5.2 紅外接收模塊設(shè)計(jì) 163.5.3 紅外發(fā)射模塊設(shè)計(jì)163.5.4 開鎖驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì) 163.5.5 工作顯示模塊設(shè)計(jì) 163.6 紅外遙控電子密碼鎖總體原理圖和 pcb 板圖設(shè)計(jì)163.7 電路的仿真 193.7.1proteus isis 軟件簡介193.7

5、.2 紅外電子密碼鎖電路的仿真 204 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 204.1keil uvision 2 軟件簡介 214.2 系統(tǒng)功能子程序 214.2.1 數(shù)據(jù)讀寫模塊 214.2.2 紅外數(shù)據(jù)發(fā)射模塊設(shè)計(jì) 224.2.3 紅外數(shù)據(jù)接收模塊設(shè)計(jì) 234.2.4 紅外鑰匙（從機(jī)）子系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 254.2.5 紅外遙控門鎖（主機(jī)）子系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 264.2.6 紅外鑰匙（從機(jī)）主程序框圖 262.2.7 紅外遙控門鎖（主機(jī)）主程序框圖 285 系統(tǒng)調(diào)試 295.1 調(diào)試儀器 295.2 整體調(diào)試 295.3 硬件單元調(diào)試 295.3.1 紅外鑰匙（從機(jī)）調(diào)試 295.3.2 紅外遙控門鎖（主機(jī)）

6、調(diào)試 295.4 軟件調(diào)試 306 結(jié)論 30致謝 31參考文獻(xiàn) 32英文摘要 33附錄 35畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）成績?cè)u(píng)定表 5211 緒論1.1 引言鎖是置于可啟閉的器物上,用以關(guān)住某個(gè)確定的空間范圍或某種器具的,必須以鑰匙或暗碼打開的扣件。鎖具發(fā)展到現(xiàn)在已有一百多年的歷史了，人們對(duì)它的結(jié)構(gòu)、機(jī)理也研究得很透徹，因此，不用鑰匙就能打開的方法和工具也層出不窮?，F(xiàn)代人類文明社會(huì)里，由于社會(huì)中各種矛盾沖突十分劇烈，人們的思想道德觀念，價(jià)值觀念，文化修養(yǎng)水平等差異，群眾中良莠不齊，善良的人們能夠自覺規(guī)范自已的行為， “非禮不為” ，雖無鑰匙亦不會(huì)亂闖。然而，那些毫無道德觀念的盜賊卻想方設(shè)法利用高科技手段

7、撬門開鎖，使廣大居民防不勝防。為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況呢？因?yàn)閭鹘y(tǒng)鎖具都存在致命的弱點(diǎn)：第一、 鎖芯采用常見的銅、鋁、鋅等材料，抵抗不了強(qiáng)力破壞；第二、 鎖具制作工藝，技術(shù)落后，無法阻止技術(shù)手段的開啟。目前，市場上很多國內(nèi)外的鎖具，實(shí)際上都不具備真正的防盜功能。在慣偷面前，兩根鋼絲或幾件簡單的工具就可以把這些鎖打開，有的慣偷甚至公開揚(yáng)言：“沒有我打不開的鎖。 ”其實(shí)，不是他們多高明，而是一般鎖具技術(shù)原理太過簡單。面對(duì)這一殘酷的現(xiàn)狀，新時(shí)代提出了鎖具必須革命的迫切的要求。隨著社會(huì)科技的進(jìn)步，鎖已發(fā)展到了密碼鎖、磁性鎖、電子鎖、激光鎖、聲控鎖等等。在傳統(tǒng)鑰匙的基礎(chǔ)上，加了一組或多組密碼，不同聲音，不同

8、磁場，不同聲波，不同光束光波，不同圖像。 （如指紋、眼底視網(wǎng)膜等）來控制鎖的開啟。從而大大提高了鎖的安全性，使不法之徒無從下手，人們也就能對(duì)自身財(cái)產(chǎn)安全有了更多的保障。本設(shè)計(jì)就是其中的一種，紅外遙控電子密碼鎖。本設(shè)計(jì)是利用紅外傳輸為途徑，方便遠(yuǎn)距離開鎖，不用像傳統(tǒng)鎖那樣一定要將鑰匙插進(jìn)鎖里才能開啟；利用單片機(jī)來隨機(jī)產(chǎn)生密碼并加密，防止了在開鎖時(shí)被人中途攔截了密碼信息而復(fù)制出另外的鑰匙來，這是因?yàn)槊艽a是隨機(jī)產(chǎn)生的，每次開鎖的具體密碼均是不一樣的，所以就算竊取了上次開鎖的密碼也是不能將鎖打開。本設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)就在于采用了雙單片機(jī)的雙向通訊，密碼是在鎖與鑰匙兩邊均有加密的，從而杜絕了開鎖信息被盜取的

9、可能性。該設(shè)計(jì)具有使用方便、操作簡單、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，特別適用于那些正常人體不宜接近的特殊場合，比如高輻射區(qū)、高傳染區(qū)等。21.2 紅外通信基本原理紅外遙控是單工的紅外通信方式，本設(shè)計(jì)的紅外遙控采用以通信方式為基礎(chǔ)的紅外遙控，而且本設(shè)計(jì)也使用了紅外通信技術(shù)，故著重分析紅外通信的基本原理。 紅外通信是利用紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)間的近距離保密通信和信息轉(zhuǎn)發(fā)。它一般由紅外發(fā)射和接收系統(tǒng)兩部分組成。發(fā)射系統(tǒng)對(duì)一個(gè)紅外輻射源進(jìn)行調(diào)制后發(fā)射紅外信號(hào)，而接收系統(tǒng)用光學(xué)裝置和紅外探測器進(jìn)行接收，就構(gòu)成紅外通信系統(tǒng)。 紅外線是波長在750nm至1mm之間的電磁波，它的頻率高于微波而低于可見光，是一種人的眼睛看不到的光

10、線。紅外通信一般采用紅外波段內(nèi)的近紅外線，波長在0.75um至25um之間。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)（irda）成立后，為了保證不同廠商的紅外產(chǎn)品能夠獲得最佳的通信效果，紅外通信協(xié)議將紅外數(shù)據(jù)通信所采用的光波波長的范圍限定在850至900nm之內(nèi)。 紅外通信的基本原理是發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制為一系列的脈沖串信號(hào)（載波信號(hào)） ，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)。常用的有通過脈沖寬度來實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈寬調(diào)制（pwm）和通過脈沖串之間的時(shí)間間隔來實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈時(shí)調(diào)制（ppm）兩種方法。脈時(shí)調(diào)制（ppm）是紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)(irda)和國際電子電工委員會(huì)(ieee)都推薦的調(diào)制方式，本設(shè)計(jì)采用脈時(shí)調(diào)制方法，即用兩個(gè)脈

11、沖串之間的時(shí)間間隔來表示二進(jìn)制信息，數(shù)據(jù)比特的傳送仿照不帶奇偶校驗(yàn)的rs232通信，首先產(chǎn)生一個(gè)同步頭，然后接著8位數(shù)據(jù)比特，如圖1-1所示。圖1-1 ppm調(diào)制波形圖載波信號(hào)的頻率 f=38khz，載波周期t=26.32us，本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)軟件產(chǎn)生載波，取t=26us，脈沖寬度t1=10t=260us，二進(jìn)制數(shù)0的脈沖串周期t2=500us，二進(jìn)制數(shù)1的脈沖串周期t3=1000us。 普通的紅外遙控采用面向指令的幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)幀由同步碼，地址碼和指令碼組成，指令碼長度多為816個(gè)比特，傳送多字節(jié)遙控協(xié)議時(shí)效率偏低，而增加指令碼的長度3不利于接收器同步，為此本設(shè)計(jì)選用一種面向字節(jié)的幀結(jié)構(gòu)，采用

12、類似于異步串行通信的幀結(jié)構(gòu)，每幀由一個(gè)起始位（二進(jìn)制數(shù)0） 、8個(gè)數(shù)據(jù)位和2個(gè)停止位（二進(jìn)制數(shù)1）構(gòu)成，如圖2-8所示。每幀傳送1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，幀與幀間隔大于2ms，幀結(jié)構(gòu)不含地址信息，尋址問題由高層協(xié)議解決。 圖2-2 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖由于紅外光存在反射,在全雙工的方式下發(fā)送的信號(hào)也可能會(huì)被本身接收，因此，紅外通信應(yīng)采用異步半雙工方式，即通信的某一方發(fā)送和接收是交替進(jìn)行的。 1.3 設(shè)計(jì)要求1.3.1 基本要求通過紅外遙控，單片機(jī)之間的串口通信來實(shí)現(xiàn)近距離遙控開鎖。利用軟件來加密和解密，加強(qiáng)密碼的安全性。鎖和鑰匙要成配套，不同套之間的鑰匙和鎖不能使用。要有鑰匙丟失之后，可將該鑰匙報(bào)廢的功能。

13、1.3.2 說明 紅外通信元件不限，其安裝位置及安裝方式自定。 紅外傳輸要有 1m 以上的距離。 單片機(jī)類型不限，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，性價(jià)比高為上。 單片機(jī)內(nèi)的序列號(hào)是產(chǎn)品在出廠時(shí)就已經(jīng)設(shè)定，無法更改。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1 4計(jì)算機(jī)通信接口紅外遙控門鎖（主機(jī)）紅外鑰匙（從機(jī)）圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.1 通信接口組成及工作原理通信接口電路是連接前臺(tái)計(jì)算機(jī)和紅外鑰匙、紅外遙控門鎖的的通信橋梁。它通過一個(gè)rs-232串行通信接口將紅外鑰匙和紅外遙控門鎖連接到計(jì)算機(jī)。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2： rs-232-c標(biāo)準(zhǔn)是最簡單最常用的串行通信標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是美國電氣工業(yè)協(xié)會(huì)(ei

14、a)1969制訂的。rs-232-c標(biāo)準(zhǔn)傳輸信號(hào)采用rs-232-c 計(jì)算機(jī)通信 接 口rs232接 口紅外鑰匙讀寫接口紅外遙控門鎖讀寫接口圖2-2 通信接口結(jié)構(gòu)框圖邏輯電平，與ttl（05v）、cmos（015v）邏輯電平完全不同：邏輯0電平規(guī)定為+5v+15v之間，邏輯1電平為-5v-15v之間，因此，一般使用專用芯片把微處理器信號(hào)電平(ttl電平) 轉(zhuǎn)換為rs-232-c電平。該標(biāo)準(zhǔn)的傳輸速率只能達(dá)到20kb/s,最大傳輸距離15m。 rs-232-c通信口與計(jì)算機(jī)連接常用db25插座和db9插座，其接口連線分三種：信號(hào)線、握手線與地線。 rs-232-c通信握手方式有兩種：硬件握手和軟

15、件握手，常用的近距離通信采用軟件握手方式，三根數(shù)據(jù)線和地線就可以連接起來通信。 2.2 紅外鑰匙（從機(jī)）組成及工作原理紅外鑰匙是紅外遙控密碼鎖的遙控器部分，紅外鑰匙內(nèi)部存儲(chǔ)了本套系統(tǒng)的序列號(hào)、注冊(cè)及加密方法等信息。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2-3： 5單 片 機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)紅外發(fā)送紅外接收軟件看門狗圖2-3 紅外鑰匙結(jié)構(gòu)框圖紅外鑰匙采用軟件編碼方式，取代傳統(tǒng)的專用芯片編碼。在待機(jī)狀態(tài)下，整個(gè)紅外鑰匙系統(tǒng)工作在完全掉電方式，當(dāng)有鍵盤按下，系統(tǒng)上電工作，發(fā)射一個(gè)信息給主機(jī)，然后接收了主機(jī)發(fā)過來的隨機(jī)密碼信息，再將接收到的休息加密經(jīng)紅外線調(diào)制后發(fā)射出去。 2.3 紅外遙控門鎖（主機(jī)）組成及工作原理紅外遙控門鎖是整套

16、系統(tǒng)的主控部分，其內(nèi)部包含了本套系統(tǒng)的序列號(hào)及其識(shí)別方法、注冊(cè)信息、隨機(jī)密碼的產(chǎn)生機(jī)制和解密從機(jī)密碼及郊驗(yàn)等信息。其結(jié)構(gòu)框圖如圖24：單 片 機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)軟件看門狗紅外發(fā)送紅外接收顯示開鎖驅(qū)動(dòng)圖2-4 紅外遙控門鎖結(jié)構(gòu)框圖待機(jī)狀態(tài)下，紅外遙控門鎖系統(tǒng)工作在完全掉電狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)除了實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路和紅外檢測開關(guān)外，均不加電。當(dāng)有檢測到有紅外線時(shí)，打開電控開關(guān)，系統(tǒng)上電工作，開始接收紅外線數(shù)據(jù)。收到信息后就產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)送給從機(jī)，當(dāng)接收到經(jīng)過從機(jī)將發(fā)過去的隨機(jī)數(shù)與本套系統(tǒng)序列叫加密后的信息，就解密并檢驗(yàn)解密后的序列號(hào)是否正確，否就繼續(xù)等待，是就通過。2.4 紅外鑰匙（從機(jī)）與紅外遙控門鎖（主機(jī)）之間

17、的通訊協(xié)議第一步：從機(jī)：“我來了”； 主機(jī)：“誰啊”m1（隨機(jī)數(shù)）；6第二步：從機(jī)：m1 與序列號(hào)（一套鑰匙與鎖唯一且獨(dú)一的固定號(hào)碼，出廠時(shí)固加硬件上的）加密后得到 n1,發(fā)數(shù) n1； 主機(jī)：n1 與 m1 解密后得到序列號(hào)，比較序列號(hào)是否相同，不同繼續(xù)等待握手，相同時(shí)，發(fā)送“密碼”m2（隨機(jī)數(shù)）；第三步：從機(jī)：m2 與密碼加密后得到 n2,發(fā)送 n2； 主機(jī)：n2 與 m2 解密后得到密碼，密碼相同則繼續(xù)，不同繼續(xù)等待握手，相同時(shí)發(fā)送“新的密碼”新的密碼；第四步：從機(jī)：保存密碼，將密碼再返回給主機(jī)； 主機(jī)：密碼對(duì)了，發(fā)送“結(jié)束”，開鎖；不對(duì)，再發(fā)送密碼； 從機(jī)：結(jié)束。注冊(cè)協(xié)議：第一步：同上；

18、第二步：不同時(shí)同上；相同時(shí)，發(fā)送“注冊(cè)啦”密碼；第三步：從機(jī)：保存密碼，將密碼返回給主機(jī)； 主機(jī)：密碼對(duì)了，注冊(cè)完畢，發(fā)送“結(jié)束 ”，不對(duì)重發(fā)。3 方案選擇和論證3.1 紅外編碼和發(fā)射模塊方案一：專用芯片解決方案。 專用紅外編碼芯片種類很多，如日本三菱公司的m50426ap、pt2262、bl9148、zd6631等，此類芯片一般集載波振蕩、編碼、發(fā)射于一體，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，外圍電路簡單，使用很方便，而且價(jià)格也很低。通用的遙控器上大多使用此類專用芯片。 但是，專用芯片也有致命的弱點(diǎn)：專用芯片的應(yīng)用靈活性很差，其內(nèi)部編碼已經(jīng)固定，無法修改內(nèi)部數(shù)據(jù)，不適用于經(jīng)常需要改動(dòng)傳送數(shù)據(jù)的場合；專用芯

19、片幾乎都是面向指令型的編碼遙控方式，傳輸效率較低；大多數(shù)的專用芯片的內(nèi)部編碼及技術(shù)數(shù)據(jù)已經(jīng)公諸于世，會(huì)產(chǎn)生安全漏洞。 方案二：微處理器與專用芯片組合解決方案，見圖3-1。 7圖3-1 pt2262紅外編碼發(fā)射電路該方案由微處理器與專用編碼芯片pt2262組合完成編碼工作，載波產(chǎn)生由mc4011與38khz晶振一起構(gòu)成，振蕩產(chǎn)生38khz方波。 pt2262的功能是讓待發(fā)射數(shù)據(jù)以6位為一體的方式并行發(fā)出。pt2262把6位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，減輕編程負(fù)擔(dān)，使傳輸速度更快。pt2262的a6/d0a11/d5共6個(gè)復(fù)用端口全部用作數(shù)據(jù)口，則pt2262自動(dòng)把微處理器送出的6位數(shù)據(jù)變成串行數(shù)據(jù)從

20、dout口發(fā)出。 該方案可由微處理器任意制定密碼位數(shù)、編碼解碼算法和同步信號(hào)，大大提高了數(shù)據(jù)保密度。其缺點(diǎn)是由于使用了pt2262，增加了硬件成本和電路復(fù)雜性。 方案三：微處理器單獨(dú)解決方案。電路如圖4-2所示。1kr4rpotq22n3906q12n3906vccds3led0pl2tx2kr3res12kr7res1圖3-2 軟件編碼發(fā)射電路該方案使用微處理器的i/o口直接產(chǎn)生38khz已調(diào)波，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管，發(fā)射紅8外數(shù)據(jù)。38khz方波由cpu的定時(shí)器產(chǎn)生或由軟件編程產(chǎn)生。 紅外編碼工作由軟件完成，因此，紅外編碼方案可以任意設(shè)計(jì)，外部只需配接非常簡單的硬件電路，大大降低了了電路的復(fù)

21、雜性，有利于降低成本，減小遙控器的體積。 由于使用軟件編碼方案，占用了cpu的一定的時(shí)間，cpu處理速度 受到一定的影響，但是，對(duì)于遙控器這一類功能比較單一的系統(tǒng)來說，處理任務(wù)比較少，根本影響不了cpu的處理效率，僅僅是增加了軟件編程的負(fù)擔(dān)。 經(jīng)比較，方案三既可滿足題目要求，電路又非常簡單，硬件成本又很低，僅僅是增加了軟件的編程負(fù)擔(dān)，使得紅外編碼非常靈活，所以采用該方案。 3.2 紅外解碼和接收模塊方案一：分立元件解決方案，電路如圖3-3所示。 圖中rd1為紅外接收管；r3、r4，vt1構(gòu)成反相放大器；vt2、r5、c2構(gòu)成濾波器，濾掉38khz的高頻載波；r6、r7、vt3構(gòu)成整形電路， 圖

22、3-3 低電壓紅外接收電路將濾波后的波形處理為較好的方波；c1、c3為耦合電容；r2為限流電阻，當(dāng)接收到較強(qiáng)的信號(hào)是保護(hù)vt1。 該方案最大的優(yōu)點(diǎn)是供電電壓比較低，可用兩節(jié)電池3v電壓供電。 但是，由于電路使用分立元件構(gòu)成，其穩(wěn)定性和抗干擾能力不高，影響紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。 方案二：集成電路解決方案，電路如圖3-4所示。 該方案使用一體化紅外接收器，集紅外接收和放大于一體，不需任何外接元件，就能完成從紅外接收到輸出與ttl電平兼容的所有工作，而體積和普通的塑封三極管大小一樣。 9123p3一一 一一一vccrx10kr10res1圖3-4 tl1838接收電路tl1838一體化接收頭的簡介：

23、tl1838的管腳分布如圖4-5所示，2腳、3腳分別為地電源和地，1腳是解調(diào)信號(hào)輸出，其電平與ttl兼容。tl1838系列特性如下：38khz 寬電壓一體紅外接收頭作電壓：2.75.5v工作電流：1.4ma距離：15m頻率：38k角度：45波長：940nm鐵殼：有 tl1838是黑色環(huán)氧聚光透鏡，濾除了可見光的干擾。內(nèi)含紅外線pin接收管、選頻放大器和解調(diào)器。 當(dāng)紅外線發(fā)射器發(fā)出的信號(hào)經(jīng)空間傳送到tl1838時(shí)，它內(nèi)部的pin紅外線接收管將紅外線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)選頻放大、解調(diào)后由1腳輸出與ttl電平兼容的電信號(hào)，該信號(hào)可以直接送入微處理器進(jìn)行處理。 tl1838的輸出波形如圖3-6所示。

24、當(dāng)接收到頻帶內(nèi)的紅外信號(hào)時(shí)，tl1838接收器會(huì)輸出低電平，否則數(shù)據(jù)高電平，從而“將時(shí)斷時(shí)續(xù)”的紅外信號(hào)解調(diào)成原來的連續(xù)方波信號(hào)。 圖3-5 mk0038引腳圖figure3-5 tl1838 pin configuration10圖3-6 (a) 已調(diào)制紅外信號(hào) (b) tl1838輸出信號(hào)tl1838的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好，抗干擾能力很強(qiáng)，外圍電路非常簡潔，成本又不高，適用于各種紅外遙控和紅外數(shù)據(jù)傳輸，是替代其它紅外接收放大器的理想元件。而且它的工作電壓是2.75.5v，有效傳輸距離為15m,是一款性價(jià)比很高的紅外一體化接收頭。經(jīng)比較，方案二既可滿足題目要求，電路又非常簡單，硬件成本又很低，通過

25、軟件編程，使得紅外編碼非常靈活，所以采用該方案。 3.3 紅外鑰匙（從機(jī)）子系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)紅外遙鑰匙（從機(jī)）的功能需求和總體設(shè)計(jì)方案，建立紅外鑰匙（從機(jī)）的邏輯框圖，如圖3-7所示。 紅外遙控器（鑰匙）的硬件特點(diǎn)： 硬件以美國atmel公司的at89c2051為控制核心，dip-20封裝，體積小，功能齊全，工作電壓范圍2.7v6v；（考慮到價(jià)格等因素，實(shí)驗(yàn)用at89s52） 設(shè)置電壓監(jiān)控功能，當(dāng)電源電壓低于2.75v時(shí)，產(chǎn)生一下下降沿脈沖，向單片機(jī)申請(qǐng)電壓低中斷； 低功耗控制電路管理整個(gè)系統(tǒng)的電源，待機(jī)狀態(tài)下，低功耗控制電路關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)的電源，系統(tǒng)功耗幾乎為零； 11at24c01紅外接收紅外發(fā)

26、送開關(guān)按鍵看門狗5v電源圖3-7 紅外遙控器邏輯框圖3.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)由于紅外鑰匙（從機(jī)）大部分時(shí)間工作的掉電狀態(tài)下，因此，有必要對(duì)紅外鑰匙（從機(jī)）正常工作所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)，例如紅外鑰匙（從機(jī)）本身的序列號(hào)和加密程序，由于實(shí)驗(yàn)所有的單片機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)空間有限，所以本設(shè)計(jì)采用了串行eeprom at24c02，電路原理圖如圖3-8所示。 圖3-8 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路紅外鑰匙（從機(jī)）的加密程序和主機(jī)產(chǎn)生的密碼存放在 at24c02 中，當(dāng)需要更改或讀取密碼時(shí)，只需對(duì) at24c02 里的數(shù)據(jù)更改或讀取。該電路要注意的是 scl、sda 必須加上一上拉電阻，阻值為 10k。 3.4.1at24c01 芯

27、片介紹：at24c01 是美國 atmel 公司生產(chǎn)的 i2c 串行 e2prom。它為可用電擦除、可編程只讀12存儲(chǔ)器，自定時(shí)寫周期，包括自動(dòng)擦除時(shí)間不超過 10ms，典型時(shí)間為 5ms。芯片 2.7v至 6v 的工作電壓，可擦寫 100 萬次，數(shù)據(jù)保存可長達(dá) 100 年， 提供 8 腳 dip 和 soic封裝。at24c01 允許在一個(gè)寫周期內(nèi)同時(shí)對(duì) 1 字節(jié)到 1 頁的若干字節(jié)進(jìn)行編程寫入，一頁的大小取決于芯片內(nèi)寄存器的大小。 管腳介紹： wp：寫保護(hù)。將該管腳接 vcc，e2prom 就實(shí)現(xiàn)寫保護(hù)（只讀） 。將該管腳接地或懸空，可以對(duì)器件進(jìn)行讀寫操作scl：串行時(shí)鐘腳

28、串行輸入輸出數(shù)據(jù)時(shí)，該腳用于輸入時(shí)鐘。 sda：串行數(shù)據(jù)/地址輸入腳雙向串行數(shù)據(jù)/地址腳，用來輸入輸出數(shù)據(jù)。該腳為射 （漏）極開路輸出，需接上拉電阻。 a0a1a2：片選或頁選地址輸入。用于芯片尋址。at24c01 內(nèi)部無連接。 器件地址的約定： 主器件在發(fā)送啟動(dòng)命令后開始傳送，主器件發(fā)送相應(yīng)的從器件的地址，8 位從器件地址的高 4 位固定為 1010。接下來的 3 位（見圖 4-11）用來定義存儲(chǔ)器的地址，對(duì)于at24c02 位無意義。最后一位為讀寫控制位。 “1”表示讀操作， “0”表示寫操作。 圖 3-9 at24c01 從器件尋址 應(yīng)答信號(hào) 每次數(shù)據(jù)傳送成

29、功后，接收器件發(fā)送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。當(dāng)?shù)诰艂€(gè)時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，接收器件將 sda 下拉為低，通知已經(jīng)接收到 8 位數(shù)據(jù)。at24c02 應(yīng)答時(shí)序如圖-10 所示 圖 3-10 at24c01 應(yīng)答時(shí)序 at24c02寫操作 字節(jié)寫 13在字節(jié)寫模式下，主器件發(fā)送起始命令和從器件地址信息給從器件。在從器件響應(yīng)應(yīng)答信號(hào)后，主器件將要寫入數(shù)據(jù)的地址發(fā)送到at24c01的地址指針，主器件在收到從器件的應(yīng)答信號(hào)后，再送數(shù)據(jù)到相應(yīng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)地址。at24c01再響應(yīng)一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，主器件產(chǎn)生一個(gè)停止信號(hào)；然后，at24c01啟動(dòng)內(nèi)部寫周期。at24c01字節(jié)寫時(shí)序如圖3-11所示。 圖 3-11 a

30、t24c01 字節(jié)寫時(shí)序頁寫 頁寫操作時(shí)，最多可以一次向 at24c01 中寫入 8 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。在寫入命令后，主器件發(fā)送 8 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，每傳送完一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后，at24c02 響應(yīng)一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，尋址字節(jié)低位自動(dòng)加 1，而高位保持不變。 如果主器件在發(fā)送停止信號(hào)前發(fā)送的字節(jié)數(shù)超過 8 個(gè)，先前寫入的數(shù)據(jù)被自動(dòng)覆蓋。接收到 8 字節(jié)數(shù)據(jù)后和主器件發(fā)送的停止信號(hào)后，at24c01 啟動(dòng)內(nèi)部寫周期將數(shù)據(jù)寫到數(shù)據(jù)區(qū)。頁寫時(shí)序如圖 3-11 所示。 圖3-11 at24c02頁寫時(shí)序 讀操作 對(duì) at24c02 讀操作的初始化和寫操作時(shí)一樣，僅把 r/w 位置為 1，有三種讀操作方式

31、：立即地址讀；選擇地址讀；立即/選擇地址連續(xù)讀。立即地址讀： at24c01 的地址計(jì)數(shù)器內(nèi)容為最后操作字節(jié)的地址加 1。如果 n=e（at24c01 中e=255） ，則寄存器將會(huì)翻轉(zhuǎn)到地址 0 繼續(xù)輸出數(shù)據(jù)，在 at24c01 接收到從機(jī)地址以后（r/w=1） ，它首先發(fā)送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，然后發(fā)送 8 位一字節(jié)的數(shù)據(jù)。主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)停止信號(hào)。at24c02 立即地址讀時(shí)序如圖 3-12 所示。 14圖3-12 at24c01立即地址讀時(shí)序選擇地址讀 選擇/隨機(jī)讀操作允許主機(jī)對(duì)寄存器的任意字節(jié)進(jìn)行讀操作。主機(jī)首先進(jìn)行一次空寫操作，發(fā)送起始條件、從機(jī)地址和它想讀取的字節(jié)數(shù)據(jù)的地址，在 at24c0

32、1 應(yīng)答以后，主機(jī)重新發(fā)送起始條件位和從機(jī)地址位 ，此時(shí) r/w 置為“1” 。 at24c01 響應(yīng)并發(fā)送應(yīng)答信號(hào)然后輸出要求的 8 位字節(jié)數(shù)據(jù)。主機(jī)不發(fā)送信號(hào)應(yīng)答，但是產(chǎn)生一個(gè)停止位。at24c01 選擇地址讀如圖 3-13 所示。 圖 3-13 at24c01 選擇地址讀連續(xù)讀 在連續(xù)讀方式中，首先執(zhí)行立即讀或選擇字節(jié)讀操作。在 at24c01 發(fā)送完 8 位一字節(jié)數(shù)據(jù)后，主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號(hào)來響應(yīng)，告知 at24c01 主機(jī)要求更多的數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)每個(gè)主機(jī)產(chǎn)生的應(yīng)答信號(hào) at24c01 將發(fā)送一個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)字節(jié)。當(dāng)主機(jī)發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)時(shí)結(jié)束讀操作，然后主機(jī)發(fā)送一個(gè)停止信號(hào)。 從 at24

33、c01 輸出的數(shù)據(jù)按順序輸出，由 n 到 n+1。讀操作時(shí)的地址計(jì)數(shù)器在 at24c01整個(gè)寄存器區(qū)域增加，這樣整個(gè)寄存器區(qū)域可在一個(gè)讀操作內(nèi)全部讀出。當(dāng)超過 e（對(duì)于 24c01, e=255）字節(jié)數(shù)據(jù)被讀出時(shí)，計(jì)數(shù)器將循環(huán)計(jì)數(shù)繼續(xù)輸出數(shù)據(jù)。連續(xù)讀時(shí)序如圖 3-14 所示。15圖3-14 at24c01連續(xù)讀時(shí)序3.5 紅外遙控門鎖子系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)紅外遙控門鎖的功能需求和總體設(shè)計(jì)方案，建立紅外遙控門鎖的邏輯框圖，如圖3-15 所示。 圖315 紅外遙控門鎖邏輯框圖紅外遙控門鎖硬件特點(diǎn)： 紅外遙控門鎖以美國atmel公司的at89s52為控制核心，dip-40封裝，功能齊全，工作電壓范圍2.7v

34、6v； 低功耗控制電路管理整個(gè)系統(tǒng)的電源，待機(jī)狀態(tài)下，低功耗控制電路關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)的電源，僅向紅外開關(guān)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘供電， 功耗只有幾十微安； 紅外開關(guān)是低功耗控制電路的啟動(dòng)控制開關(guān)，當(dāng)有紅外線進(jìn)入有效區(qū)域，紅外開關(guān)動(dòng)作，低功耗控制電路打開電控開關(guān)，向系統(tǒng)供電，操作完畢，系統(tǒng)掉電；16 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)由串行的e2prom實(shí)現(xiàn)； 351 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì) 紅外遙控門鎖子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊與紅外鑰匙（從機(jī)）子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)在硬件上基本相同。電路參見下面的電路總圖。 352 紅外接收模塊設(shè)計(jì) 紅外遙控門鎖子系統(tǒng)的紅外接收模塊采用一體化的紅外接收集成電路，具體設(shè)計(jì)在方案比較部分已做詳細(xì)的論述，在此不再贅述

35、。 353 紅外發(fā)射模塊設(shè)計(jì) 紅外遙控門鎖子系統(tǒng)的紅外發(fā)射模塊與紅外鑰匙（從機(jī)）的發(fā)射模塊幾乎相同，具體設(shè)計(jì)在方案比較部分已做詳細(xì)的論述，在此不再贅述。 354 開鎖驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì) 鎖體部分使用技術(shù)成熟的電驅(qū)動(dòng)鎖，本設(shè)計(jì)沒有涉及到，僅給出開關(guān)量輸出接口。 355 工作指示模塊設(shè)計(jì) 本模塊使用了發(fā)光二極管指示工作狀態(tài)，包括開鎖成功指示和鑰匙注冊(cè)指示。 3.6 紅外遙控電子密碼鎖的總體原理圖和pcb板圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)以單片機(jī) at89s52 作為控制中心，完成四方面的功能：紅外信號(hào)的發(fā)射和接收；處理紅外傳輸信號(hào)，紅外信號(hào)的檢測；密碼的加密和解密；開鎖和注冊(cè)的顯示。單片機(jī) at89s52 資源豐富，內(nèi)含一個(gè)

36、 8 位的微處理器（cpu），8kb 的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 rom（read only memory），256b 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ram（random access memory），四個(gè) 8 位并行 i/o 接口 p0p3，三個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，五個(gè)中斷源，一個(gè)全雙工通用異步接收發(fā)送器 uart（universal asynchronous receiver transmitter），有片內(nèi)震蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，內(nèi)部晶振 11.0592m，內(nèi)置看門狗定時(shí)器 wdt（watch dog timer）和在系統(tǒng)編程 isp（in system program） 6 .50。單片機(jī)接收從傳感器檢測電路輸入的

37、邏輯信號(hào)和脈沖信號(hào)，并將輸入的信號(hào)進(jìn)行處理運(yùn)算，以控制電流或控制電壓的形式輸出給被控制的單元電路，完成各項(xiàng)任務(wù)的要求。為了方便單片機(jī)引腳的使用，將單片機(jī)所有 i/o 口引腳用接口引出。在實(shí)際應(yīng)用中，串行通信與單片機(jī)控制電路密切相關(guān)，因此把串行通信與單片機(jī)控制電路聯(lián)合一起組成單片機(jī)最小系統(tǒng)，電路如圖 316319 所示。電路設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到器件對(duì)電源噪聲很17敏感，因此 vcc 必須要對(duì)地加去耦電容 c2 和 c3（從機(jī)只加 c2）。紅外鑰匙（從機(jī)）總體電路原理圖：p1.0/t21p1.1/t2ex2p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78rst9p3.0/rxd10p3.1/

38、txd11p3.2/int012p3.3/int113p3.4/t014p3.5/t115p3.6/wr16p3.7/rd17xtal218xtal119vss20p2.0/a821p2.1/a922p2.2/a1023p2.3/a1124p2.4/a1225p2.5/a1326p2.6/a1427p2.7/a1528psen29ale/prog30ea/vpp31p0.7/ad732p0.6/ad633p0.5/ad534p0.4/ad435p0.3/ad336p0.2/ad237p0.1/ad138p0.0/ad039vcc40u1at89s52vccvcc123p4一一 一一一一一一1k

39、r4rpotq12n3906q22n3906vccds1led0pl1pl133pfc1cap33pfc3cap12y112mhz200r2res1s1sw-pb22ufc4cap pol21kr1res1vcctxtxvccrxrx12p1一一vcc12345678910p2header 5x2mosirstmisovccsckrstmosimisoscke01e12e23gnd4sda5scl6mode7vcc8u2st24c01rb52kr3res1vcct0t0s2sw-pb100pfc2cap pol11234p3一一一一rxtxvcc2kr5res110kr6res12kr8res

40、12kr7res1pcb板圖（元件位置示意圖）：18pcb制板圖：紅外遙控門鎖（主機(jī)）電路原理圖：ds1led0ds2led01kr5res11kr6res1p1.0/t21p1.1/t2ex2p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78rst9p3.0/rxd10p3.1/txd11p3.2/int012p3.3/int113p3.4/t014p3.5/t115p3.6/wr16p3.7/rd17xtal218xtal119vss20p2.0/a821p2.1/a922p2.2/a1023p2.3/a1124p2.4/a1225p2.5/a1326p2.6/a1427p2.7

41、/a1528psen29ale/prog30ea/vpp31p0.7/ad732p0.6/ad633p0.5/ad534p0.4/ad435p0.3/ad336p0.2/ad237p0.1/ad138p0.0/ad039vcc40u1at89s52123p3一一 一一一vccvcc1kr4rpotq22n3906q12n3906vccvccds3led0s3sw-pb123456789p2respl2pl233pfc1cap33pfc4cap12y112mhz200r2res1s2sw-pb22ufc5cap pol21kr1res1vccvccrxrxtxtx1234567816151413

42、1211109s1sw dip-812p1一一vcc12345678910p4header 5x2mosirstmisovccscksckmisomosirste01e12e23gnd4sda5scl6mode7vcc8u2st24c01rb5t02kr3res1vcct1t0t1100ufc2cap1234p5header 4txrxvcc10pfc3cap2kr7res11kr9res11kr8res110kr10res1pcb 板圖（元件位置示意圖）：19pcb 制板圖：3.7 電路的仿真3.7.1proteus isis 軟件簡介：proteus isis 是英國 labcenter

43、公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于windows 操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(spice)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和 spice 電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、20單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、rs232 動(dòng)態(tài)仿真、i2c 調(diào)試器、spi 調(diào)試器、鍵盤和 lcd 系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000 系列、8051 系列、avr 系列、pic12 系列、pic16 系列、pic18 系列、z80 系列、hc11 系列以及各種外圍芯片。提供軟

44、件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 keil c51 uvision2 等軟件。具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機(jī)和 spice 分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。本章介紹 proteus isis 軟件的工作環(huán)境和一些基本操作。3.7.2 紅外電子密碼鎖電路的仿真利用 proteus isis 和 keil c51 uvision2 互聯(lián)來實(shí)現(xiàn)電路的仿真（為了簡便，而且只是驗(yàn)證方案的可實(shí)性，所以沒加上紅外模塊）：4 系統(tǒng)

45、軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用 c 語言，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。程序是在 windows xp 環(huán)境下采用 keil uvision 2 軟件編譯的，可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)紅外對(duì)管的查詢、電機(jī)方向的確定等功能。主程序主要起到一個(gè)導(dǎo)向和決策功能，決定什么時(shí)候系統(tǒng)該做什么。點(diǎn)滴速度監(jiān)控21系統(tǒng)的各種功能的實(shí)現(xiàn)主要是通過調(diào)用具體的子程序。4.1 keil uvision 2 軟件簡介keil c51 是美國 keil software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) c 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，c 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用 c 來

46、開發(fā)，體會(huì)更加深刻。keil c51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 windows 界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 keil c51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢。c51 工具包的整體結(jié)構(gòu)，其中 uvision 與 ishell 分別是 c51 for windows 和 for dos的集成開發(fā)環(huán)境(ide)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)人員可用 ide 本身或其它編輯器編輯 c 或匯編源文件。然后分別由 c51 及 a51 編譯

47、器編譯生成目標(biāo)文件(.obj)。目標(biāo)文件可由 lib51 創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng) l51 連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.abs)。abs 文件由 oh51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 hex 文件，以供調(diào)試器 dscope51 或 tscope51 使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如 eprom 中。4.2 系統(tǒng)功能子程序4.2.1 數(shù)據(jù)讀寫模塊模塊名：24cxx,其讀取和寫入方框圖如 41、42 所示。224.2.2 紅外數(shù)據(jù)發(fā)射模塊設(shè)計(jì)將待發(fā)射數(shù)據(jù)緩沖區(qū)指定長度的數(shù)據(jù)以紅外線為載波發(fā)射出去。每次發(fā)送一幀數(shù)據(jù)。其模塊框圖如圖 43 所示。紅外

48、遙控系統(tǒng)通信協(xié)議： 本系統(tǒng)制定了嚴(yán)格的紅外數(shù)據(jù)通信協(xié)議。 數(shù)據(jù)的發(fā)射和接收以數(shù)據(jù)包的形式進(jìn)行，數(shù)據(jù)包的開始為起始標(biāo)志 stx，隨后為數(shù)據(jù)塊的長度、和數(shù)據(jù)塊內(nèi)容，最后為校驗(yàn)碼及數(shù)據(jù)包結(jié)束標(biāo)志 ext。stx 和 etx 分別規(guī)定為 ascii 字符的 02h 和 03h，其余各項(xiàng)均用 ascii 字符表示。數(shù)據(jù)塊長度和校驗(yàn)碼各占 2 個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)塊最大長度為 32 個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容為發(fā)送者身份標(biāo)識(shí)、指令、和數(shù)據(jù)，發(fā)送者身份標(biāo)識(shí)和指令各占 1 個(gè)字節(jié)，用 ascii 字符表示，具體參見各個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述。 圖4-2 數(shù)據(jù)寫入模塊框圖圖4-1 數(shù)據(jù)讀取模塊框圖23圖4-3 紅外數(shù)據(jù)發(fā)射模塊

49、框圖4.2.3 紅外數(shù)據(jù)接收模塊紅外數(shù)據(jù)接收原理： 接收部分由單片機(jī) at89s52 的中斷 into、定時(shí)器 t0 及紅外數(shù)據(jù)接收模塊構(gòu)成一個(gè)紅外遙控接收器。定時(shí)器用于測量兩個(gè)脈沖串之間的時(shí)間間隔，設(shè)定工作于方式 1，定時(shí)常數(shù)為零，每次啟動(dòng)測量前，定時(shí)器均清零。中斷 int0 由紅外接收電路輸出的負(fù)脈沖觸發(fā)，單片機(jī)響應(yīng)中斷后啟動(dòng)定時(shí)器 t0?？紤]到發(fā)射器和接收器中斷響應(yīng)的延遲以及24接收器信號(hào)接收延遲的影響，接收器允許脈沖的間隔最大誤差為 100us，即二進(jìn)制數(shù)位“0”的脈沖串有效間隔范圍為 400us600us，即二進(jìn)制數(shù)位“1”的脈沖串有效間隔范圍為 900us1100us，不在此范圍內(nèi)

50、的脈沖串被認(rèn)為是干擾信號(hào)或誤碼。 接收器以幀為單位進(jìn)行接收數(shù)據(jù)。當(dāng)紅外接收電路收到頻帶內(nèi)信號(hào)時(shí)輸出一個(gè)負(fù)脈沖并觸發(fā) int0，單片機(jī)響應(yīng)中斷，先清零定時(shí)器 t0，啟動(dòng)定時(shí)器 t0 定時(shí)，收到第二個(gè)脈沖時(shí)，讀出定時(shí)器 t0 的計(jì)數(shù)值并計(jì)算該脈沖信號(hào)與前一個(gè)脈沖信號(hào)之間的時(shí)間間隔，如為 500us，則收到一個(gè)二進(jìn)制數(shù)“0” ，即起始位，否則繼續(xù)搜索起始位。起始位正確后開始接收數(shù)據(jù)位，在以后 8 個(gè)脈沖中，間隔為 500us 的脈沖是二進(jìn)制數(shù)“0” ，間隔為1000us 的脈沖是二進(jìn)制數(shù)“1” ，否則認(rèn)為是幀錯(cuò)誤。收到 8 個(gè)數(shù)據(jù)后接收第一個(gè)停止位（必須是二進(jìn)制數(shù)“1” ，否則認(rèn)為是幀錯(cuò)誤） 。收完

51、第一個(gè)停止位（第二個(gè)停止位是用來觸發(fā)中斷檢測前一脈沖是否為第一個(gè)停止位） ，如停止位正確且已成功接收 1 個(gè)起始位 8 個(gè)數(shù)據(jù)位、1 個(gè)停止位，則數(shù)據(jù)幀正確，保存數(shù)據(jù)，準(zhǔn)備接收下一個(gè)數(shù)據(jù)幀，否則接收錯(cuò)誤，復(fù)位定時(shí)器，重新檢測起始位。 在數(shù)據(jù)接收過程中，如果發(fā)現(xiàn)相鄰的兩個(gè)脈沖的間隔不在允許的范圍內(nèi)，則認(rèn)為數(shù)據(jù)位有錯(cuò)誤，此時(shí)將按接收幀錯(cuò)誤處理紅外數(shù)據(jù)接收模塊框圖如圖 44 所示。25圖 44 紅外數(shù)據(jù)接收框圖4.2.4 紅外鑰匙（從機(jī)）子系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)紅外鑰匙（從機(jī)）子系統(tǒng)的功能需求分析，以及紅外鑰匙（從機(jī)）子系統(tǒng)的硬件電路，設(shè)計(jì)紅外鑰匙（從機(jī)）子系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)圖，如圖 4-4 所示。 26

52、紅外鑰匙（從機(jī)）子系統(tǒng)軟件看門狗遙控開鎖紅外發(fā)射紅外接收加密數(shù)據(jù)存儲(chǔ)注冊(cè)圖 4-5 紅外鑰匙（從機(jī)）子系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖4.2.5 紅外遙控門鎖（主機(jī)）子系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)紅外遙控門鎖（主機(jī)）子系統(tǒng)的功能需求分析，以及紅外遙控門鎖子系統(tǒng)的硬件電路，設(shè)計(jì)紅外遙控門鎖子系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)圖，如圖 4-5 所示。 紅外遙控門鎖（主機(jī)）子系統(tǒng)軟件看門狗紅外發(fā)射紅外接收數(shù)據(jù)校驗(yàn)開鎖、注冊(cè)顯示隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生解密圖 4-6 紅外遙控門鎖子系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖4.2.6 紅外鑰匙（從機(jī)）主程序框圖27nynnnyyy開始系統(tǒng)喚醒上電系統(tǒng)初始化循環(huán)記事器賦初紅外發(fā)射延時(shí)等待接收收到數(shù)據(jù)？信號(hào)加密紅外發(fā)射延時(shí)等待收到數(shù)據(jù)？信號(hào)加

53、密紅外發(fā)射延時(shí)等待收到數(shù)據(jù)？信號(hào)加密紅外發(fā)射延時(shí)等待收到數(shù)據(jù)？結(jié)束系統(tǒng)掉電圖4-7紅外鑰匙（從機(jī)）主程序框圖284.2.7 紅外遙控門鎖（主機(jī)）主程序框圖nyynynynnnyyy開始系統(tǒng)喚醒上電系統(tǒng)初始化延時(shí)等待接收完畢收到數(shù)據(jù)？產(chǎn)生隨機(jī)碼紅外發(fā)射延時(shí)等待收到數(shù)據(jù)？解密、數(shù)據(jù)檢驗(yàn)產(chǎn)生隨機(jī)碼 m1延時(shí)等待收到數(shù)據(jù)？紅外發(fā)射延時(shí)等待收到數(shù)據(jù)？結(jié)束系統(tǒng)掉電數(shù)據(jù)是否正確？紅外發(fā)射ny紅外發(fā)射延時(shí)等待收到數(shù)據(jù)？解密、數(shù)據(jù)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否正確？產(chǎn)生隨機(jī)碼 m2n解密、數(shù)據(jù)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否正確？開鎖圖48外遙控門鎖主程序框圖295 系統(tǒng)調(diào)試5.1 調(diào)試儀器調(diào)試使用的儀器設(shè)備如表 51 所示。表 51 調(diào)試使用的儀

54、器設(shè)備序號(hào)名稱、型號(hào)、規(guī)格數(shù)量備注1組裝兼容計(jì)算機(jī)1帶 2 個(gè) 9 針串口2直流穩(wěn)壓電源25v3萬用表1-4串口調(diào)試 usbisp 線1-5keil c51 單片機(jī)編譯軟件美國 keil software 公司6proteus isis 仿真軟件英國 labcenter 公司7示波器1-5.2 整體調(diào)試本裝置的調(diào)試主要分為硬件調(diào)試、軟件調(diào)試等兩大部分。 經(jīng)過初步的分析設(shè)計(jì)后，在制作硬件電路的同時(shí)，調(diào)試也在穿插進(jìn)行。這樣有利于問題的分析和解決，不會(huì)造成問題的積累，而且不會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)小問題而進(jìn)行整體電路的檢查，從而可以節(jié)約大量的調(diào)試時(shí)間。軟件編程中，我是首先完成單元功能模塊的調(diào)試，然后進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，

55、整體上與硬件調(diào)試的方法差不多。聯(lián)機(jī)調(diào)試是最重要的一部分，同時(shí)也是本裝置成功的關(guān)鍵。有許多新問題都不是很容易解決的。 5.3 硬件單元調(diào)試5.3.1 紅外鑰匙（從機(jī)）調(diào)試當(dāng)按鍵按下后，系統(tǒng)上電，確保單片機(jī)能夠自鎖電子開關(guān)，維持電子開關(guān)的導(dǎo)通，系統(tǒng)正常供電。在紅外遙控器（鑰匙）軟件尚未編寫的情況下，首先模擬單片機(jī)的自鎖操作，發(fā)現(xiàn)電子開關(guān)能自鎖，系統(tǒng)正常供電?？紤]到按鍵操作時(shí)間一般為幾十毫秒到幾秒，單片機(jī)復(fù)位時(shí)間僅為 200ms 左右，一般來得及輸出自鎖高電平。后來軟件編好以后，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)確實(shí)能正常上電工作。 5.3.2 紅外遙控門鎖（主機(jī)）調(diào)試 調(diào)試時(shí)使用串口 usb-isp 線一步步監(jiān)控單片機(jī)的紅

56、外反射和接收信號(hào)是否符合要求，來進(jìn)一步地調(diào)整個(gè)別電路。紅外遙控門鎖的電路都是經(jīng)典電路，無須過多調(diào)試。305.4 軟件調(diào)試對(duì)于本系統(tǒng)而言，軟件程序所實(shí)現(xiàn)的功能比較多，所以軟件程序的調(diào)試顯得相當(dāng)?shù)臒┈崱Ｕ麄€(gè)程序是使用 c 語言。 用 51 系列單片機(jī)的下載線將程序下載到單片機(jī)內(nèi)，用串口 usb 線來監(jiān)測發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)，對(duì)照著來修改程序。首先要保證每個(gè)模塊獨(dú)立能夠發(fā)送接收的數(shù)據(jù)均符合要求，再來直接用線來連接從機(jī)和主機(jī)來測試單片機(jī)之間的串口通信協(xié)議是否正確，之后再加上紅外發(fā)送和接收模塊來統(tǒng)一測試。 總結(jié)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，紅外通信只能工作于半雙工方式，同時(shí)，由于通信波特率比較低，編程時(shí)應(yīng)注意等待時(shí)間。6 結(jié)論

57、本系統(tǒng)以單片機(jī) at89s52 芯片為核心部件，利用紅外通信技術(shù)、單片機(jī)串口通信技術(shù)并配合一套獨(dú)特的軟件算法實(shí)現(xiàn)了紅外信號(hào)傳輸、密碼的隨機(jī)加密、序列號(hào)的檢測等功能，實(shí)驗(yàn)和理論分析結(jié)果都表明，紅外遙控電子密碼鎖設(shè)計(jì)完成了設(shè)計(jì)的各項(xiàng)任務(wù)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，力求硬件線路簡單，充分發(fā)揮軟件片成方便靈活的特點(diǎn)，來滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。紅外遙控電子密碼鎖操作簡單，給用戶提供了友好的操作界面，用戶不需專門學(xué)習(xí)，就能夠簡單、快捷地完成操作，做到即買即用。此產(chǎn)品還有其它優(yōu)點(diǎn)：功耗低，價(jià)格適中，體積小；而且可以通過修改單片機(jī)程序，從而使其功能不斷地增強(qiáng)與更新。紅外遙控密碼鎖系統(tǒng)的成本與低、體積小，而且可以進(jìn)行近距離遙

58、控，低耗很低，可以使用普通堿性電池供電，使用十分方便。如經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，成本可以進(jìn)一步降低。紅外遙控密碼鎖鎖具有廣闊的市場前景。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，鞏固了在大學(xué)4年內(nèi)學(xué)過的知識(shí)，尤其是單片機(jī)和模擬電子方面的知識(shí)，同時(shí)通過這次畢設(shè)提高了單片機(jī)編程的能力，尤其是獲得的軟件調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)加強(qiáng)了我的實(shí)際編程能力，同時(shí)也讓自己更加的知道了自己知識(shí)領(lǐng)域里的不足和缺陷。 由于時(shí)間太倉促，經(jīng)驗(yàn)不足，理論方面也相應(yīng)的存在不足，加上條件有限，仍存在著一些設(shè)計(jì)方面的問題，個(gè)人技能也有待提高。理論知識(shí)還要鞏固加強(qiáng)。 31致 謝首先感謝我的父母親，他們的勤勞善良、執(zhí)著以及對(duì)生活的態(tài)度使我終生受益。如果沒有他們從小到大對(duì)我的

59、培養(yǎng)，就沒有這一切。感謝我的指導(dǎo)老師許利霞和趙文鋒老師，無論在論文的選題、課題的研究和論文的撰寫過程中，自始至終得到了老師的悉心指導(dǎo)和熱情幫助，使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才得以順利完成。感謝學(xué)校。學(xué)校各位老師這四年來的教導(dǎo)，他們的教導(dǎo)使我受益匪淺。衷心感謝我的舍友謝利洪同學(xué)，感謝他給予我的幫助和支持。感謝學(xué)校圖書館和自修室為我提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，為我不斷吸取新知識(shí)提供了很好的源泉。32參 考 文 獻(xiàn)1李魯群. 編寫 palm j2me 紅外線“聊天”程序 .http:/2李朝青1998單片機(jī)原理及接口技術(shù)北京：北京航空航天大學(xué)出版社；3李朝青. 2000.pc 機(jī)及單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù).北京航空航天大學(xué)出

60、版社；4李軍200451 系列單片機(jī) 高級(jí)實(shí)例開發(fā)指南北京航空航天大學(xué)出版社；5全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽組委會(huì)2005全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽獲獎(jiǎng)作品選編（2003）北京：北京理工大學(xué)出版社；6張文崢,李先亮,張其善等. 2000.irda 紅外通信在導(dǎo)航儀中的應(yīng)用. 電子技術(shù)應(yīng)用； 7邱玉春,李文俊. 2000.單片機(jī)系統(tǒng)中的紅外通信接口.電子產(chǎn)品世界；8楊將新，李華軍，劉到駿等2006單片機(jī)程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用（從基礎(chǔ)到實(shí)踐）電子工業(yè)出版社；9周立功2004lpc900 系列 flash 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，北京航空航天大學(xué)出版社；10周彥明. 2002.一種高可靠低功耗的 89c2051 系統(tǒng).電子報(bào)