基于單片機的紅外線電子鎖控系統(tǒng)設計

羅志立

摘 要：本文以單片機技術為基礎，提出了一種紅外線電子鎖控系統(tǒng)設計方式，并對系統(tǒng)的硬件設計、軟件設計以及實現(xiàn)方式進行了詳細的描述，效益分析表明，該系統(tǒng)具有安全系數(shù)高，操作方便以及靈活性好等特點。

關鍵詞：總體結構設計；系統(tǒng)功能設計；系統(tǒng)硬件設計；軟件設計實現(xiàn)

傳統(tǒng)的機械鎖，即笨重又麻煩，一旦丟失，就會面臨的鎖被盜的風險，存在著極大的安全隱患。隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們的安全意識也越來越高，電子密碼鎖應運而生。隨著這一趨勢，智能紅外電子鎖獲得了巨大的市場發(fā)展?jié)摿Γ涌旒t外線電子鎖發(fā)展方式探索，具備現(xiàn)實戰(zhàn)略性和緊迫性。

1.需求分析

在進行系統(tǒng)設計時，優(yōu)化設計紅外線電子鎖系統(tǒng)的功能，保證系統(tǒng)在運行過程中的穩(wěn)定性，確?？梢詽M足用戶使用需求。同時，在設計系統(tǒng)中，需要確保軟件設計與硬件設計可以相互制約、相互影響，需要認真分析系統(tǒng)中各個硬件電路的模塊，確保在系統(tǒng)運行過程中，避免因斷路、短路現(xiàn)象而導致系統(tǒng)運行出現(xiàn)問題，保證系統(tǒng)運行安全性性。最后，在本次基于單片機技術支持下，優(yōu)化設計紅外線電子鎖系統(tǒng)中，也需要考慮客觀的成本設計因素，降低系統(tǒng)設計成本，使設計的紅外線電子鎖系統(tǒng)的綜合設計效益得到提升。

2.總體結構設計

在本次設計的紅外線電子鎖系統(tǒng)中，在其總體結構設計方面，需要確保系統(tǒng)可以接受紅外線吸收遙控器所發(fā)出遙控信號，然后系統(tǒng)內的紅外接收器PC838，就可以將接收的紅外線轉化為TTL信號。同樣，在系統(tǒng)設計中，運用單片機AT89C52芯片作為系統(tǒng)的中斷控制部分，AT89C52 單片機可以處理采集到的數(shù)據(jù)，在采集數(shù)據(jù)后使系統(tǒng)的處理進入外部中斷過程中，可以對接收到的紅外吸納電子鎖信號進行解碼，獲得控制信息，控制電子鎖的開關。本次電子鎖系統(tǒng)設計中，其總體結構框圖如圖1所示。

（1）遙控發(fā)射模塊：在本設計中應用到的是普通的成品遙控發(fā)射器，用來發(fā)射含有鍵碼值的紅外線，供紅外接收頭接收。

（2）紅外接收模塊：接收遙控器發(fā)射含有鍵碼值信息的紅外線，經(jīng)過接收、放大、整形之后轉化成可供單片機識別的TTL 電平信號，并送往單片機并被單片機解碼。

（3）系統(tǒng)中單片機解碼的模塊：在設計紅外線電子鎖系統(tǒng)中，基于單片機技術支出，可以對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行解碼處理，處理紅外接收頭傳遞的TTL 電平信號之后，就得到遙控器的鍵碼值，從而執(zhí)行后置繼電器電路的控制功能。

（4）繼電器控制模塊：單片機驅動繼電器的通斷工作，從而對后置電路中的供電電源實現(xiàn)開關通斷功能控制。

3.系統(tǒng)功能設計

（1）紅外線檢測功能：可以將紅外線電子鎖系統(tǒng)安裝在小區(qū)、停車場或是房間的入口和出口位置，以此來檢測出入大門時的紅外線信號。在設計系統(tǒng)中，可以基于單片機處理基礎，使用2組紅外線發(fā)射對管，當系統(tǒng)紅外線檢測模塊檢測到紅外線發(fā)射信號之后，對檢測的信號進行處理，并控制電子鎖的開、關操作處理工作。

（2）單片機控制功能：采用AT89C52單片機系統(tǒng)，設計紅外線電子鎖系統(tǒng)，可以通過檢測紅外線信號，經(jīng)AT89C51 單片機處理紅外光譜電信號后，驅動執(zhí)行電子鎖系統(tǒng)的操作，或是開鎖。

（3）報警功能：基于單片機技術，設計紅外線電子鎖系統(tǒng)，可以對檢測到的紅外線信號進行檢測處理，若是信號不符合電子鎖開啟標準，給出信息提示，在操作一定開啟次數(shù)后可以給出報警提示，確保提升系統(tǒng)運用安全。

4.系統(tǒng)硬件設計

在紅外線電子系統(tǒng)的硬件設計部分，基于紅外遙控信號發(fā)射電路部分，主要有紅外接收三極管、二極管以及硅光電池組成，確保運用紅外發(fā)光二極管調制紅外光波。在系統(tǒng)這部分硬件設計中，可以將電子鎖紅外發(fā)射器發(fā)射出的紅外光，及時轉換成相應的電信號，還可以將電信號發(fā)送到后置放大器中，經(jīng)紅外線電子系統(tǒng)控制電子鎖的開、關操作。

在系統(tǒng)硬件設計部分，對于接收電路部分，可以接收已調制的編碼指令信號，然后經(jīng)解調電路，將指令編碼信號解調成編碼信號。再通過系統(tǒng)中的指令譯碼器，對編碼指令信號譯碼，并驅動系統(tǒng)中的硬件電路，操作執(zhí)行紅外線電子鎖的開、關指令。

本設計的紅外線電子鎖系統(tǒng)中，基于單片機技術，在系統(tǒng)發(fā)射部分采用成品遙控器來發(fā)送紅外線電子鎖控制信號。紅外遙控原理如圖2所示。

基于單片機技術支持下，設計紅外線電子鎖系統(tǒng)中，運用紅外一體化的PC838接收頭，其接收距離為15 m，可以接收小功率發(fā)射管內發(fā)射出的紅外電子鎖信號。本設計采用的是USB 接口，可以為整個紅外線電子鎖系統(tǒng)適配供電，確保使設計的系統(tǒng)電源部分可以有穩(wěn)定性，并且還可以節(jié)約系統(tǒng)設計成本，提升系統(tǒng)運行中電量穩(wěn)定性。

設計基于AT89C52單片機技術的紅外線電子鎖系統(tǒng)，具備抑制人體輻射波長之外紅外光線干擾與可見光干擾功能，應用AT89C52 單片機芯片作為紅外線電子鎖工作處理器的核心芯片。

本次設計的紅外線電子鎖系統(tǒng)中，針對顯示模塊，需要通過按鍵進行調節(jié)與復位。對于鍵盤電路，可選擇掃描式、矩陣式與行列式等幾類電路。對于掃描式鍵盤電路，其電路接法較為簡單，但需要用到四個單片機的I/O 口，且需要阻容并聯(lián)共同構成；對于矩陣電路，電路復雜而嚴謹，適合于多按鍵電路，需復位鍵、調時鍵、加1 按鍵、減1 按鍵，故而不適用矩陣電路；而在行列式型鍵盤電路中，控制容易，因而采用此接法。

5.系統(tǒng)軟件設計實現(xiàn)

對于本次設計的紅外線電子鎖系統(tǒng)中，基于PLC單片機技術，聯(lián)合運用Proteus仿真軟件，可以將研究編寫的紅外線電子鎖系統(tǒng)程序，放入到軟件的Keil 內進行編譯，從而能夠設計實現(xiàn)該系統(tǒng)的軟件功能。

本次系統(tǒng)軟件設計中，通過紅外線解碼、繼電器控制程序以及中斷服務程序等，共同完成系統(tǒng)的軟件設計需求。

實際設計紅外線電子鎖系統(tǒng)，軟件設計目標就是，確?？梢詫⑾到y(tǒng)接收到的紅外傳感器信號進行處理，從而完成電子鎖功能。當系統(tǒng)接收到紅外線傳感器的信號后，將信號傳化為電平信號，若是接收到的信號符合電子鎖設施信號需求，則開啟電子鎖；若是信號與系統(tǒng)設置電子鎖信號不符，則需要使系統(tǒng)顯示器中的綠燈從暗變亮，并發(fā)出報警信號。

6.結論

研究結論表明，在設計紅外線電子鎖系統(tǒng)中，本系統(tǒng)采用多優(yōu)點的AT89C52單片機作為核心控制部件，可以提升紅外線電子鎖系統(tǒng)的保密性、靈活性，提升系統(tǒng)的適用范圍，有助于在實踐中推廣應用該紅外線電子鎖系統(tǒng)設計方案。

參考文獻：

[1]董海棠，張旭，馮中毅.基于單片機的電子密碼鎖設計[J]. 自動化與儀器儀表， 2014（10）：42-44.