基于純模數(shù)電路的家居密碼鎖設(shè)計(jì)

王林

摘要：現(xiàn)如今關(guān)于家居門密碼鎖的使用，幾乎達(dá)到全覆蓋。那么關(guān)于傳統(tǒng)鑰匙鎖這方面，很容易因鑰匙丟失從而使換鎖的悲劇發(fā)生，又或如今市面上基于單片機(jī)語音智能密碼鎖也會(huì)出現(xiàn)程序漏洞會(huì)死機(jī)等重大問題。基于此類問題，我設(shè)計(jì)了這一款完全數(shù)字化智能密碼鎖，不但完美避開上述缺點(diǎn)，而且還能實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、重置密碼、復(fù)雜密碼設(shè)計(jì)、低功耗及超時(shí)鎖定等功能。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化智能密碼鎖;聲光報(bào)警;低功耗;重置密碼

1.整體設(shè)計(jì)及功能

本文設(shè)計(jì)一個(gè)全數(shù)字化的智能語音密碼鎖，以4位2進(jìn)制密碼鎖設(shè)計(jì)為例。若有更多位數(shù)與十進(jìn)制數(shù)的設(shè)計(jì)要求只需要進(jìn)行稍微改動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜全數(shù)字智能化密碼鎖，并對(duì)解鎖時(shí)間與密碼輸入次數(shù)進(jìn)行了要求：若超過30s解鎖時(shí)間或連續(xù)五次輸錯(cuò)密碼，則會(huì)觸發(fā)聲光報(bào)警模塊，并鎖住按鍵不能繼續(xù)輸入，從而達(dá)到防盜的功能。相比于市面上的傳統(tǒng)鎖芯鑰匙類與智能程序控制類的優(yōu)點(diǎn)：不僅功耗低、價(jià)格便宜、而且忘記密碼之后只需要進(jìn)行重置密碼，不需像上面兩者一樣，耗時(shí)耗力耗錢。

（1）解鎖成功綠燈亮，倒計(jì)時(shí)鎖定，方便后續(xù)操作。若在規(guī)定時(shí)間輸錯(cuò)密碼，則紅燈亮，同時(shí)蜂鳴器報(bào)警，鎖住時(shí)間倒計(jì)時(shí);若在規(guī)定時(shí)間未完成輸入密碼，密碼鎖被鎖定，不管密碼是否正確，都會(huì)觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警。

（2）當(dāng)我們?cè)谳斎朊艽a的時(shí)，不小心輸入錯(cuò)誤，我們可以采用清除按鈕。

（3）設(shè)置完密碼之后，倒計(jì)時(shí)30s開始計(jì)時(shí)，輸入密碼，只有當(dāng)我們按下確認(rèn)鍵之后，再進(jìn)行開鎖，進(jìn)而判斷解鎖是否成功。

（4）同時(shí)我們對(duì)本次設(shè)計(jì)中主要采用的芯片進(jìn)行了充分利用，以及對(duì)按鍵進(jìn)行了消抖處理，保證輸出脈沖高，低電平不被干擾。

（5）采用外接5v電源，電源要求不高，可操作性增強(qiáng)。

2.主要部分電路設(shè)計(jì)

2.1? 30秒倒計(jì)時(shí)電路

本部分電路由74LS192、75LS47D與555芯片構(gòu)成。計(jì)數(shù)器中的秒脈沖發(fā)生電路由555振蕩電路來完成，用兩個(gè)數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)，將兩個(gè)數(shù)碼管與47D芯片連接好，然后47D 芯片與74LS192之間連接按照要求來連接好，最后將秒脈沖的脈沖接到低位的減法計(jì)數(shù)器的B0端口，來一個(gè)脈沖開始從30秒開始倒計(jì)時(shí)，對(duì)于這個(gè)秒脈沖產(chǎn)生之后開始計(jì)時(shí)的條件必須與后面我們輸入密碼打開確認(rèn)開關(guān)之后，才使脈沖能夠起到減數(shù)計(jì)數(shù)的功能。

2.2 密碼存儲(chǔ)電路

采用74LS164D與74LS173D芯片完成信號(hào)的寫入與存儲(chǔ)功能，74LS164D 芯片是一個(gè)8位邊沿觸發(fā)式、串行輸入的移位寄存器，利用該芯片對(duì)我們按鍵產(chǎn)生的高低電平，當(dāng)按鍵被按下與彈起過程中，產(chǎn)生的脈沖信號(hào)變化，然后利用74LS164D的觸發(fā)條件為上升沿，來一個(gè)高電平進(jìn)行移位，來一個(gè)移位，我們?cè)谶@個(gè)里面只需要用到四個(gè)移位寄存器，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)密碼的輸入與存儲(chǔ)功能。

最后，利用芯片74LS173D里面的四個(gè)D觸發(fā)器，將移位寄存器存儲(chǔ)的密碼作為輸入D1，D2，D3，D4，然后各自對(duì)應(yīng)的四個(gè)Q1，Q2，Q3，Q4。在輸入端口對(duì)于設(shè)計(jì)的四位二進(jìn)制密碼用四個(gè)發(fā)光二極管的亮滅來代表1或0，同樣方法在經(jīng)過D觸發(fā)器后的輸出端Q1～Q4也分別接一個(gè)發(fā)光二極管。

2.3 密碼比較電路

在該部分電路中，我們通過對(duì)D觸發(fā)器的輸入輸出的二極管的亮滅依次進(jìn)行比較，從而判斷出密碼是否正確。

利用74LS86D中的與非門，分別對(duì)四個(gè)輸入輸出進(jìn)行比較，若每一個(gè)輸入對(duì)應(yīng)的輸出均相同，則四個(gè)輸入輸出經(jīng)過與非門之后為0，再過非門對(duì)結(jié)果變換為1，最后利用一個(gè)四輸入與非門74LS20D對(duì)結(jié)果與非之后，又變換為0，再將這個(gè)輸出作為輸入接到非門上，實(shí)現(xiàn)了0到1的轉(zhuǎn)換，則出來結(jié)果為高電平。

總的來說，當(dāng)四位輸入輸出分別對(duì)應(yīng)相等經(jīng)過我們與非門的轉(zhuǎn)換比較之后，結(jié)果為高電平，此時(shí)我們就可以進(jìn)行后續(xù)操作，讓代表開鎖成功的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，代表開鎖成功;否則，只要在四位輸入輸出當(dāng)中，只要有一個(gè)輸入輸出對(duì)應(yīng)不相等，都會(huì)使得最終經(jīng)過與非門的信號(hào)變化為低電平，再對(duì)低電平進(jìn)行控制變換處理，讓代表解鎖失敗的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮同時(shí)啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。

2.4 對(duì)減法計(jì)數(shù)進(jìn)行控制

我們將前面通過密碼鎖比較電路出來的高電平信號(hào)給到二輸入與門芯片74LS08D的一個(gè)輸入引腳3B，3A是來自減法倒計(jì)時(shí)的高位74LS192的BO13引腳，此時(shí)兩個(gè)均為高電平，再將其輸出3Y接到4A，然后給一個(gè)確認(rèn)開關(guān)接到4B，這兩個(gè)的輸出4Y為高電平，作為解鎖成功的發(fā)光二極管的信號(hào)，從而使發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，同時(shí)將其4Y的輸出也作為控制計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)的一個(gè)輸入，經(jīng)過一個(gè)雙輸入四異或門作為其的輸入1A，然后將控制確認(rèn)開關(guān)的信號(hào)作為另一個(gè)輸入信號(hào)1B，此時(shí)在密碼正確以及確認(rèn)開關(guān)打開的情況下，兩個(gè)輸入信號(hào)均為高電平，則經(jīng)過與非門之后的輸出1Y為低電平，對(duì)應(yīng)接入的解鎖失敗與蜂鳴器不能點(diǎn)亮與發(fā)出聲響，則代表解鎖成功;否則，解鎖失敗。

對(duì)于到了30秒計(jì)時(shí)之后，密碼鎖鎖定，我們輸入正確密碼，也不能正常解鎖成功。這里我們已經(jīng)將高位74LS192芯片的13引腳接到了與門的1A，1B接到2Y，輸出1Y給到低位減法計(jì)數(shù)引腳口，從而控制了在確認(rèn)開關(guān)被打開或者30倒計(jì)時(shí)結(jié)束，都會(huì)使得最終異或門的輸出結(jié)果為低電平，從而密碼鎖鎖定。

2.5 按鍵消抖電路

按鍵消抖通常的按鍵所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，當(dāng)機(jī)械觸點(diǎn)斷開、閉合時(shí)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時(shí)也不會(huì)一下子斷開。因而在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動(dòng)，為了不產(chǎn)生這種現(xiàn)象而作的措施就是按鍵消抖。

3.結(jié)論

基于全數(shù)字化智能家居密碼鎖的優(yōu)點(diǎn)。我堅(jiān)信，在未來一定會(huì)有其立足之地的。不但能夠?qū)崿F(xiàn)防盜報(bào)警與密碼錯(cuò)誤鎖定與重置，而且低功耗、價(jià)格便宜等特點(diǎn)。設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于鎖定與重置等方面查詢了很多相關(guān)資料，才得以完成，將全數(shù)字化密碼鎖的帶入人們的視野。

參考文獻(xiàn)：

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