基于ATmega16單片機(jī)的紅外遙控電子密碼鎖設(shè)計(jì)

廖欄椿，施小宇，王 星，袁育東

基于安全、方便等方面的需要，許多電子密碼鎖相繼問世，如磁卡鎖、聲控鎖、指紋識(shí)別、IC卡識(shí)別等.但這類產(chǎn)品的特點(diǎn)是針對(duì)特定場(chǎng)合有效，且不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，只適合于保密要求高且僅供個(gè)人使用的箱、柜、房間等.加上其成本一般較高，一定程度上限制了這類產(chǎn)品的普及和推廣.

紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段.由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，因而，繼彩電、錄像機(jī)之后，在錄音機(jī)、音響設(shè)備、空調(diào)機(jī)以及玩具等也紛紛采用紅外線遙控.工業(yè)設(shè)備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控不僅完全可靠，而且能有效地隔離電氣干擾［1］.

本文利用AVR單片機(jī)具有驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、處理能力強(qiáng)、最小系統(tǒng)外圍電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，探討一種由ATmega16單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)的控制電路，采用紅外發(fā)送和接收，具有按鍵指示，輸入錯(cuò)誤提示，密碼有效指示，控制開鎖、控制報(bào)警、遙控開鎖等功能，可以在外泄密碼的情況下及時(shí)修改密碼，保密性好，靈活度高，特別適合家庭、賓館、私家車庫(kù)等［2］.它具有安全可靠、成本低廉、連接方便、使用簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn).

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該控制系統(tǒng)主要由紅外發(fā)射與接收裝置、ATmega16單片機(jī)、繼電器、蜂鳴器和 LCD1602等部件組成，如圖1所示.本文采用1838一體化萬能接收頭來對(duì)紅外解碼;單片機(jī)主要負(fù)責(zé)將接收到的紅外信號(hào)處理、分析，并將信號(hào)處理的結(jié)果在LCD1602上顯示，同時(shí)控制繼電器的通斷達(dá)到間接控制電磁鎖的目的;蜂鳴器的作用是提示每個(gè)按鍵是否已經(jīng)按下和聲音報(bào)警.系統(tǒng)具有按鍵提示、密碼有效與否提示、修改密碼、控制報(bào)警、遙控控制電磁鎖等功能，可以在泄密后及時(shí)更改密碼，具有保密性，靈活度高.

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)由ATmega16及5 V電源組成，可以用單片機(jī)內(nèi)部RC振蕩器產(chǎn)生1 MHz的工作頻率，而不需外加振蕩電路和復(fù)位電路.該單片機(jī)有16 K字節(jié)的Flash程序空間，能夠滿足設(shè)計(jì)要求.如圖2所示.

圖2 單片機(jī)最小系統(tǒng)

2.2 紅外接收電路

用1838一體化萬能接收頭來對(duì)紅外解碼，1838的1腳接ATmega16單片機(jī)的PD2腳(16腳)，2腳接地，3腳接VCC，如圖3所示.

圖3 紅外接收模塊接口

一體化紅外線接收器集紅外線接收和放大調(diào)理于一體，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與TTL電平信號(hào)兼容的所有工作，而體積和普通三極管的大小一樣.它適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸［3］.其外形如圖4所示.

圖4 紅外接收頭

紅外發(fā)射器一開始發(fā)送一段13.5 ms的引導(dǎo)碼，引導(dǎo)碼由9 ms的高電平和4.5 ms的低電平組成，跟著引導(dǎo)碼是系統(tǒng)碼，系統(tǒng)反碼，按鍵碼，按鍵反碼.如果按著鍵不放，則遙控器發(fā)送一段重復(fù)碼，重復(fù)碼是9 ms的高電平，4.5 ms的低電平，跟著是一個(gè)短脈沖.經(jīng)過紅外接收頭后，所有的碼都經(jīng)過反碼，然后單片機(jī)通過中斷及定時(shí)器定時(shí)加算法把這些碼接收到后進(jìn)行相應(yīng)的處理［4］.單片機(jī)接收到的紅外碼如圖5所示.

圖5 單片機(jī)接收到的紅外碼

遙控端發(fā)出以脈寬為0.565 ms、間隔0.56 ms、周期為1.125 ms的組合表示二進(jìn)制的“0”;以脈寬為0.565 ms、間隔1.685 ms、周期為2.25 ms的組合表示二進(jìn)制的“1”，其波形如圖6所示.紅外接收頭將38 K載波信號(hào)過濾，得到與發(fā)射代碼反向的接收代碼［5］.

圖6 紅外接收功能碼

2.3 LCD1602液晶顯示電路和繼電器與電磁鎖工作電路

考慮到本系統(tǒng)只需要顯示英文提示語和密碼數(shù)字，因此選用 LCD1602就可達(dá)到要求.ATmega16單片機(jī)的PA口與LCD的數(shù)據(jù)接口并行連接，單片機(jī)的PC5、PC6和PC7為3根控制線與LCD相連接，這樣可以大大提高顯示速度.LCD接口電路如圖7所示.

由于該系統(tǒng)采用的電磁鎖是+12 V直流供電，而單片機(jī)采用的是+5 V直流供電，所以引入繼電器以達(dá)到ATmega16單片機(jī)間接控制電磁鎖的目的.圖8是繼電器的工作電路.圖9為電磁鎖與繼電器的連接電路.當(dāng)ATmega16單片機(jī)的引腳PB4為高電平的時(shí)候就控制繼電器的常開觸點(diǎn)閉合，當(dāng)為低電平的時(shí)候繼電器的常開觸點(diǎn)斷開.這樣繼電器就起到了作為電磁鎖的開關(guān)作用，從而達(dá)到了ATmega16控制電磁鎖開關(guān)的設(shè)計(jì)目的.圖10為系統(tǒng)總體電路圖.

圖7 LCD液晶模塊電路

圖8 繼電器工作電路

圖9 電磁鎖接口電路

圖10 系統(tǒng)總體電路圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件采用C語言程序設(shè)計(jì)，程序流程如圖11所示.開機(jī)上電后，ATmega16單片機(jī)首先完成初始化工作，并打開外部中斷(INT0)，初始化后進(jìn)入循環(huán)處理.在循環(huán)過程中，單片機(jī)從INT0獲得紅外信號(hào)數(shù)據(jù)，并且顯示處理后的結(jié)果和執(zhí)行相應(yīng)的操作，即當(dāng)用紅外遙控器輸入密碼并按下“確定”或者“EC”鍵后，單片機(jī)處理接收到的紅外碼，識(shí)別密碼輸入是否正確;如果輸入正確且此時(shí)按下“確定”鍵，則單片機(jī)控制繼電器打開電磁鎖.相反，當(dāng)輸入密碼錯(cuò)誤，則LCD顯示“error”，連續(xù)輸錯(cuò)3次密碼，蜂鳴器報(bào)警;如果輸入密碼正確且按下“EC”鍵，則下一次輸入的是6位新密碼(按“確定”鍵確認(rèn)輸入完畢)，若LCD1602顯示“success”，則密碼修改成功.

圖11 主程序流程圖

3 結(jié)語

本文用ATmega16單片機(jī)對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行處理并結(jié)合密碼程序設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了一款可應(yīng)用的紅外遙控電子密碼鎖.經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行正常，工作穩(wěn)定可靠，完全可以滿足一般應(yīng)用場(chǎng)合.

［1］咸俊偉，陳波，梁書旺.基于AT89C51的紅外遙控電子密碼鎖的設(shè)計(jì)［J］.科技信息(學(xué)術(shù)研究)，2008(29)：567-569.

［2］曹開田.基于單片機(jī)的紅外遙控密碼鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.中國(guó)儀器儀表，2006(3)：93-94.

［3］趙海蘭，趙之赫.基于單片機(jī)的紅外遙控智能小車的設(shè)計(jì)［J］.電子世界，2013(3)：31-32.

［4］汪毅.基于AVR單片機(jī)的紅外遙控仿真設(shè)計(jì)［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011(16)：69.

［5］郭海英.基于單片機(jī)的電子安全密碼鎖的設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2005(13)：13.