| 标题 | 具有定时报警功能电子密码锁的设计 |
| 范文 | 孙振楠 摘要：近年来随着科技的飞速发展，报警器的应用正在不断地走向深入，因此一种廉价、性能灵敏可靠的防盗报警器必须在防盗和保证财产安全方面发挥更有效的作用，针对目前的实用需要，设计具有定时报警功能的电子密码来实现开锁。密码锁是锁的一种，开启时用的是一系列的数字或符号，密码锁的密码通常都只是排列而非真正的组合。部分密码锁只使用一个转盘，把锁内的数个碟片或凸轮转动；亦有些密码锁是转动一组数个刻有数字的拨轮圈，直接带动锁内部的机械。如果没有获取正确密码而进行误密码输入，将启动报警器报警，实现了密码锁和报警器的结合。 关键词：电子密码锁；CMOS集成电路；定时；报警器 中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）31-0228-03 Abstract： In recent years， with the rapid development of science and technology， the application of alarm is constantly deepening， so a cheap， sensitive and reliable performance of the anti-theft alarm must property security to play a more effective role in security and the guarantee， in order to meet the needs of the practical design with timing alarm function electronic password to unlock. Password lock is a lock， open with a series of numbers or symbols， password lock password is usually only arranged rather than a combination of real. Password lock using only a turntable， the lock in the number of discs or rotation of the cam； also some password lock is a set number of engraved with the digital dial wheel rotation， direct drive machinery inside the lock. If the correct password is not obtained， the alarm is started， and the combination of the cipher lock and the alarm is realized. Key words： Electronic Cipher Lock； CMOS Integrated Circuit； Timing； Alarm 1 引言 近年来，各种高档加电产品和贵重物品为许多家庭所拥有，并且人们手中特别是城市居民的积蓄也十分可观。在目前安全防范入侵报警系统的应用中，各种各样的建筑不同，安全防范的要求也不同，因此每一个安全防范入侵报警系统的构成也都不同，从一个報警探测器和一台报警系统控制主机，到几百个以至上千个报警探测器和报警系统控制主机构成的系统都有应用。有些大型报警系统控制器主机功能也相当丰富，除了安全防范报警以外，还可以作为自动化控制系统和门禁系统使用。有的报警系统包括的无线系统、时间表控制系统、继电器控制系统可以方便地构成家居及办公自动化系统。 本文设计一个电子密码锁，通过设置好的密码实现开锁的目的；当有人想打开密码锁进行不法行为时，在输入密码错误时进行报警；设计一个定时器，在报警器报警后，报警时长可以进行一段时间的设置。 2 电子密码锁定时报警器设计 整个电路分四大部分，包括电源电路、电子密码锁电路、定时报警电路和信号控制电路，如图1所示。整个电路设置九个按键，为S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8，代表0～8九个电子密码，该电路设置的正确密码是0、1、2、3（即S0、S1、S2、S3），连续按下或者同时按下这四个按键，密码锁被打开，如果按下4、5、6、8中的任一个按键，密码锁被锁住不能打开，同时报警器报警，报警的时间长短可以在3s至60s之间任意设置。按下按键7报警器不报警，但是密码锁将不能打开。 2.1电子密码锁电路 图2是整个电路设计的密码锁部分，功能是实现电子密码开关，具有保密性很强的优点，键入正确密码的时间只有几秒钟，过了开锁时间，电路会自动回到关闭状态。 该部分电路有S0、S1、S2、S3、S7五个按键，再加上后面电路的四个按键总共九个按键，如果把它们编排成键盘的话，代表的数字可以是1～9等九个数字，本电路设置了四个正确的密码，只有在有限的时间内快速按下这四个正确按键，电路就能将电子锁打开，如果按键中有一个错误，则电子锁不能打开、报警电路启动。 设计的电路正确的密码是先按下S0按键，然后快速按下S1、S2、S3三个按键，则电子锁就能被打开。在等待状态时，4053使能端INH上所接的钽电容C4被充电至高电平，4053处于禁止状态，因此按其他键都是徒劳的。如要开锁，必须先按一下S0，电容C4通过S0放电，4053解除禁止，之后，必须在有限的时间内依次（或同时按下）S1、S2、S3键。这时间主要由电阻R4和电容C4的大小来决定，当电容C4越大，则电压通过R4向C4充电的时间越长，到达高电平的时间就会越久，一般C4为10uF左右差不多，则从低电平充电到高电平所需时间大概为3S左右，足以将按键S1、S2、S3全部按下，这样既能达到开锁的目的，又能让密码锁保密性更强。由于电压为12V，为了使充电电流比较合理，电阻R4取1 M?比较合适。 在使能端INH上我们还接了另外一个按键S7，可以看得出，当按下S7时，INH处于高电平1，这样4053处于禁止状态，当先按 S0，4053解除禁止，如果这时按下S7，4053马上就会被禁止，就不能达到开锁的目的。电阻R6一般取47K?左右就可以了。 S1～S3三个按键都是一样的接法和用途，当S3没有被按下时，4053的9脚（C）呈现的是低电平0，当S3被按下，9脚（C）出现高电平，当9脚出现高电平后，它所控制的模拟开关X由原来的14脚和12脚相连转到14脚和13脚相连（即原来是X-X0相连变为现在的X-X1相连），这样在13脚上出现高电平。由于电容C3存在一个放电过程，所以9脚（C）上会存在一定时间的高电平，从而使13脚也出现了一定时间的高电平。同样，当按键S2按下。4053的1脚出现高电平；按键S3按下，4脚接到3脚，这样输出端3脚就呈现高电平，就可以让继电器开始动作，进而通过继电器打开电子锁。 2.2报警器定时电路 这部分电路实现的功能是利用信号启动报警器，该部分做成可调定时报警器，可以控制报警的时间，大概在3S到十分钟之间，可以任意调节，这样就可以降低电子密码锁被破解的概率。 该电路利用到了二进制串行计数器4060集成电路来进行定时和四2输入与非门集成电路来启动定时器的同时启动负载报警器。 从图3中可以看出，4011的与非门a、b连接成R-S触发器，在通电时，因为电容C3上的电位不能突变，产生负跳变使触发器置“1”（Q=1），D2反偏截止，4060的9～11脚与内部电路起振并开始计数，在计数脉冲个数没有达到Q7=1时，门d输出为“1”，去启动后级负载使报警器报警。待计数到Q7=1时，门d输出为“0”，关闭定时器；与此同时，门c输出“0”，使R-S触发器置“0”（Q=0），D2导通，4060的11脚被钳位至低电位而停振。这时 =1，C6、R8微分后使4060复位，定时器处于待机状态。如果伪码之一的S8被按下，定时器被启动，报警器就要在此报警了。 电路中的电阻R7起到限流作用，电容C5通过充电和放电的过程，可以使Y点在一段时间内处于高电平或者低电平，时间长短由电容大小决定。电阻R9相当于Rs，取3.9M?。电阻R10和可调电阻PR相当于Rt，R10却4.7k?，PR的可调范围是0～500 k?。C7取值 0.1uF，理论上产生频率为f1：在经过4060的Q7分频，定时频率为f2=f1/，定时的时间就是t=1/f2。 2.3 信号控制电路 该电路是当S4、S5、S6这三个按键任一个按下后，在4052模拟开关的选路下，同时产生两个不同信号，一个是低电平0（电源负极），另一个是高电平1（电源电压，12V）。低电平送给定时报警电路的Y点，这样报警电路被启动，报警器报警；高电平送给密码锁电路的X点，4053使能端INH处于高电平，从而使密码锁不能被打开。 从原理图可以看出，在S4、S5、S6没有被按下时，4052控制信号A和B均为低电平（0），4052输出端X和Y输出信号分别是X0=0和Y0=1。之所以在输出端X接上二极管D3，是因为4052的3脚输出为0，这样会影响到4053的使能端INH的高电平信号，接上二极管后，低电平信号就不能影响到4053的使能端。 当S4、S5、S6任一个被按下后，控制信號BA=11，此时X=X3=1、Y=Y3=0。4053的使能端INH=1，密码锁不能打开；4011的1脚为高电平，R-S触发器触发，4060定时器启动，报警器报警。 3仿真及调试过程 本次设计的硬件电路主要由4053、4060和4052等集成块组成，在调试电路的过程会出现以下问题。 问题一：电路焊接问题。 调试步骤： 1）检查集成块等元器件位置是否放置错误。 2）检查集成块是否接反。 3）检查集成块管脚是否接错。 4）检查焊接电路是否有虚焊和漏焊。 问题二：测试功能。 调试步骤： 1）检查电源是否正常供电。 2）利用示波器测试集成块输出端是否有信号输出，发现信号输出正常，说明集成块正常工作。 3）利用示波器测试报警器放大电路输出端是否有信号输出，发现信号输出正常，说明报警器电路工作正常，同时说明是扬声器部分出现了问题。 4）故障原因：连接扬声器的三极管测试时被击穿，换了一个三极管解决了问题。 4 总结 本论文主要介绍了电子密码锁定时报警器的硬件电路结构，相关模块电路的设计。首先介绍了电源电路；其次介绍了密码锁电路和定时报警电路；最后对信号控制电路进行了介绍，各部分都附有电路原理图。所有的功能都清晰的表述表现了出来，体现了设计的合理性、可实现性。 电子密码锁定时报警器的设计对进一步开发产品、教学实践具有一定指导意义，同时在人们对贵重物品、个人信息安全性日益看重的今天，电子密码锁定时报警器因其电路简单、成本低可以用于行李箱、手提包、日记本、档案袋等设备上。 参考文献： [1] 卿太全， 李萧， 郭明琼. 用数字集成电路原理与应用[M]. 人民邮电出版社， 2006. [2] 魏立君， 韩华琦. CMOS 4000系列60种常用集成电路的应用[M]. 人民邮电出版社， 2000. [3] 康华光.电子技术基础数字部分[M].4版.高等教育出版社， 2000. [4] 4052数据手册 [5] 张新德， 李刚. 通用元器件技术手册[M]. 机械工业出版社， 2005. [6] 陈宁. 家庭安防系统的研究. 天津大学， 2008. [7] 庞伟. 泉州安防在崛起. 中国公共安全（综合版）， 2010. |
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