1 引言

隨著人們生活水平的提高，如何實(shí)現(xiàn)家庭防盜這一問(wèn)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(jiǎn)單，被撬的事件屢見(jiàn)不鮮，電子鎖由于其保密性高，使用靈活性好，安全系數(shù)高，受到了廣大用戶的青睞。 

設(shè)計(jì)本課題時(shí)構(gòu)思了兩種方案：一種是用以AT89C2051 為核心的單片機(jī)控制方案；另一種是用以74LS112 雙JK 觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路控制方案?？紤]到單片機(jī)方案原理復(fù)雜，而且調(diào)試較為繁瑣，所以本文采用后一種方案。

2 總體方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

共設(shè)了9 個(gè)用戶輸入鍵，其中只有4 個(gè)是有效的密碼按鍵，其它的都是干擾按鍵，若按下干擾鍵，鍵盤(pán)輸入電路自動(dòng)清零，原先輸入的密碼無(wú)效，需要重新輸入；如果用戶輸入密碼的時(shí)間超過(guò)40 秒（一般情況下，用戶不會(huì)超過(guò)40 秒，若用戶覺(jué)得不便，還可以修改）電路將報(bào)警80 秒，若電路連續(xù)報(bào)警三次，電路將鎖定鍵盤(pán)5 分鐘，防止他人的非法操作。

2.2 總體方框圖

3 設(shè)計(jì)原理分析

電路由兩大部分組成：密碼鎖電路和備用電源(UPS)，其中設(shè)置UPS 電源是為了防止因?yàn)橥ｋ娫斐傻拿艽a鎖電路失效，使用戶免遭麻煩。

密碼鎖電路包含：鍵盤(pán)輸入、密碼修改、密碼檢測(cè)、開(kāi)鎖電路、執(zhí)行電路、報(bào)警電路、鍵盤(pán)輸入次數(shù)鎖定電路。

3.1 鍵盤(pán)輸入、密碼修改、密碼檢測(cè)、開(kāi)鎖及執(zhí)行電路 .

其電路如下圖1 所示：

 圖1 鍵盤(pán)輸入、密碼修改、密碼檢測(cè)、開(kāi)鎖、執(zhí)行電路

開(kāi)關(guān)K1~K9 是用戶的輸入密碼的鍵盤(pán)，用戶可以通過(guò)開(kāi)關(guān)輸入密碼，開(kāi)關(guān)兩端的電容是為了提高開(kāi)關(guān)速度，電路先自動(dòng)將IC1~IC4 清零，由報(bào)警電路送來(lái)的清零信號(hào)經(jīng)C25 送到T11 基極，使T11導(dǎo)通，其集電極輸出低電平，送往IC1~IC4，實(shí)現(xiàn)清零。

密碼修改電路由雙刀雙擲開(kāi)關(guān)S1~S4 組成（如圖2 所示）, 它是利用開(kāi)關(guān)切換的原理實(shí)現(xiàn)密碼的修改。例如要設(shè)定密碼為1458，可以撥動(dòng)開(kāi)關(guān)S1 向左，S2 向右，S3 向左，S4 向右，即可實(shí)現(xiàn)密碼的修改，由于輸入的密碼要經(jīng)過(guò)S1~S4 的選擇，也就實(shí)現(xiàn)了密碼的校驗(yàn)。本電路有16 組的密碼可供修改。

 圖2 密碼修改電路

由兩塊74LS112（雙JK 觸發(fā)器，包含IC1~IC4）組成密碼檢測(cè)電路。由于IC1 處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，當(dāng)用戶按下第一個(gè)正確的密碼后，CLK 端出現(xiàn)了一個(gè)負(fù)的下降沿，IC1 計(jì)數(shù)，Q 端輸出為高電平，用戶依次按下有效的密碼，IC2~IC3 也依次輸出高電平，送入與門(mén)IC5，使其輸出開(kāi)鎖的高電平信號(hào)送往IC13 的2 腳，執(zhí)行電路動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖。
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執(zhí)行電路是由一塊555 單穩(wěn)態(tài)電路（IC13），以及由T10、 T11 組成的達(dá)林頓管構(gòu)成。若IC13的2 腳輸入一高電平，則3 腳輸出高電平，使T10 導(dǎo)通，T11 導(dǎo)通，電磁閥開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)，同時(shí)T10 集電極上接的D5（綠色發(fā)光二極管）發(fā)亮，表示開(kāi)門(mén)，20 秒后，555 電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，電磁閥停止工作，以節(jié)電。其中電磁閥并聯(lián)的電容C24 使為了提高電磁閥的力矩。

3.2 報(bào)警電路

報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)的功能是：當(dāng)輸入密碼的時(shí)間超過(guò)40 秒（一般情況下用戶輸入不會(huì)超過(guò)），電路報(bào)警80 秒，防止他人惡意開(kāi)鎖。

電路包含兩大部分，2 分鐘延時(shí)和40 秒延時(shí)電路。其工作原理是當(dāng)用戶開(kāi)始輸入密碼時(shí)，電路開(kāi)始2 分鐘計(jì)時(shí)，超出40 秒，電路開(kāi)始80 秒的報(bào)警。如圖3 所示

圖3 報(bào)警電路

有人走近門(mén)時(shí)，觸摸了TP 端(TP 端固定在鍵盤(pán)上，其靈敏度非常高，保證電路可靠的觸發(fā))，由于人體自身帶的電，使IC10 的2 腳出現(xiàn)低電平，使IC10 的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，其3 腳輸出高電平，T5 導(dǎo)通(可以通過(guò)R12 控制T1 的基極電流)，其集電極接的黃色發(fā)光二極管D3 發(fā)光，表示現(xiàn)在電子鎖處于待命狀態(tài),T6 截止，C4 開(kāi)始通過(guò)R14 充電(充電時(shí)間是40 秒,此時(shí)為用戶輸入密碼的時(shí)間，即用戶輸入密碼的時(shí)間不能超過(guò)40 秒，否則電路就開(kāi)始報(bào)警, 由于用戶經(jīng)常輸入密碼，而且知道密碼，一般輸入密碼的時(shí)間不會(huì)超過(guò)40 秒)，IC2 開(kāi)始進(jìn)入延時(shí)40 秒的狀態(tài)。

開(kāi)始報(bào)警:當(dāng)用戶輸入的密碼不正確或輸入密碼的時(shí)間超過(guò)40 秒，IC11 的2 腳電位隨著C4 的充電而下降,當(dāng)電位下降到1/3Vcc 時(shí)(即40 秒延時(shí)結(jié)束時(shí)候),3 腳變成高電位(延時(shí)時(shí)是低電平),通過(guò)R15 使(R15 的作用是為了限制T7 的導(dǎo)通電流防止電流過(guò)大燒毀三極管)T7 導(dǎo)通,其集電極上面接的紅色發(fā)光二極管D4 發(fā)亮,表示當(dāng)前處于報(bào)警狀態(tài),T8 也隨之而導(dǎo)通,使蜂鳴器發(fā)聲,令賊人生怯,實(shí)現(xiàn)報(bào)警.

停止報(bào)警:當(dāng)達(dá)到了80 秒的報(bào)警時(shí)間，IC10 的6,7 腳接的電容C5 放電結(jié)束,IC10 的3 腳變成低電平,T5 截止,T6 導(dǎo)通,強(qiáng)制使強(qiáng)制電路處于穩(wěn)態(tài)，IC11 的3 腳輸出低電平,使T7,T8 截止,蜂鳴器停止報(bào)警；或者用戶輸入的密碼正確，則有開(kāi)鎖電路中的T10 集電極輸出清除報(bào)警信號(hào)，送至T12（PNP），T12 導(dǎo)通，強(qiáng)制使T7 基極至低電位，解除報(bào)警信號(hào)。

3.3 報(bào)警次數(shù)檢測(cè)及鎖定電路

若用戶操作連續(xù)失誤超過(guò)3 次，電路將鎖定5 分鐘。其工作原理如下：當(dāng)電路報(bào)警的次數(shù)超過(guò)3 次，由IC9（74161）構(gòu)成的3 位計(jì)數(shù)器將產(chǎn)生進(jìn)位，通過(guò)IC7，輸出清零信號(hào)送往74161 的清零端，以實(shí)現(xiàn)重新計(jì)數(shù)。經(jīng)過(guò)IC8（與門(mén)），送到IC12（555）的2 腳，使3 腳產(chǎn)生5 分鐘的高電平鎖定脈沖（其脈沖可由公式T=1.1RC 計(jì)算得出），經(jīng)T9 倒相，送IC6 輸入端，使IC6 輸出低電平，使IC13 不能開(kāi)鎖，到鎖定的目的。電路圖如下圖4 所示：

圖4 報(bào)警次數(shù)檢測(cè)及鎖定電路

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3.4 備用電源電路

為了防止停電情況的發(fā)生，本電路后備了UPS 電源，它包括市電供電電路，停電檢測(cè)電路，電子開(kāi)關(guān)切換電路，蓄電池充電電路和蓄電池組成。其電路圖如下圖5 所示：

 圖5 電源電路

220V 市電通過(guò)變壓器B 降壓成12V 的交流電,再經(jīng)過(guò)整流橋整流,7805 穩(wěn)壓到5V 送往電子切換電路，由于本電路功耗較少，所以選用10W 的小型變壓器。由R8，R9，R6，R7 及IC14 構(gòu)成電壓比較器，正常情況下，V+<V- IC14 輸出高電平，繼電器的常閉觸點(diǎn)和市電相連；當(dāng)市電斷開(kāi)，V+>V- IC14 輸出高電平，由T3，T4 構(gòu)成的達(dá)林頓管使繼電器J 開(kāi)啟，將其常開(kāi)觸電將蓄電池和電路相連，實(shí)現(xiàn)市電和蓄電池供電的切換，保證電子密碼鎖的正常工作（視電池容量而定持續(xù)時(shí)間）。其電路圖如下圖6 所示：

 圖6 停電檢測(cè)及電子開(kāi)關(guān)切換電路

T1，T2 構(gòu)成的蓄電池自動(dòng)充電電路，它在電池充滿后自動(dòng)停止充電，其中D1 亮為正在充電，D2 為工作指示。由R4，R5，T1 構(gòu)成電壓檢測(cè)電路，蓄電池電壓低，則T1，T2 導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)對(duì)其充電；充滿后，T1，T2 截止，停止充電，同時(shí)D1 熄滅，電路中C4 的作用是濾除干擾信號(hào)。其電路圖如圖7 所示：

圖7 蓄電池自動(dòng)充電電路

綜上所述，這個(gè)電路的密碼不能遺忘，一旦遺忘，就很難打開(kāi)。用開(kāi)關(guān)作74LS112 的CLK 脈沖，不是很穩(wěn)定，可以調(diào)換其它高速開(kāi)關(guān)或計(jì)數(shù)脈沖；電路密碼只有16 種可供修改，但由于他人不知道密碼的位數(shù)，而且還要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)按一定的順序開(kāi)鎖，所以他人開(kāi)鎖的幾率很小。所以這一防盜電子密碼鎖還是很可靠的。

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