1 引言
隨著(zhù)人們生活水平的提高，如何實(shí)現家庭防盜這一問(wèn)題也變的尤其的突出，傳統的機械鎖由于其構造的簡(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，安全系數高，受到了廣大用戶(hù)的青睞。
設計本課題時(shí)構思了兩種方案：一種是用以AT89C2051 為核心的單片機控制方案；另一種是用以74LS112 雙JK 觸發(fā)器構成的數字邏輯電路控制方案?？紤]到單片機方案原理復雜，而且調試較為繁瑣，所以本文采用后一種方案。
2 總體方案設計
2.1 設計思路
共設了9 個(gè)用戶(hù)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(hù)輸入密碼的時(shí)間超過(guò)40 秒（一般情況下，用戶(hù)不會(huì )超過(guò)40 秒，若用戶(hù)覺(jué)得不便，還可以修改）電路將報警80 秒，若電路連續報警三次，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 設計原理分析
電路由兩大部分組成：密碼鎖電路和備用電源(UPS)，其中設置UPS 電源是為了防止因為停電造成的密碼鎖電路失效，使用戶(hù)免遭麻煩。
密碼鎖電路包含：鍵盤(pán)輸入、密碼修改、密碼檢測、開(kāi)鎖電路、執行電路、報警電路、鍵盤(pán)輸入次數鎖定電路。
3.1 鍵盤(pán)輸入、密碼修改、密碼檢測、開(kāi)鎖及執行電路 .
其電路如下圖1 所示：
圖1 鍵盤(pán)輸入、密碼修改、密碼檢測、開(kāi)鎖、執行電路
開(kāi)關(guān)K1~K9 是用戶(hù)的輸入密碼的鍵盤(pán)，用戶(hù)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，由報警電路送來(lái)的清零信號經(jīng)C25 送到T11 基極，使T11導通，其集電極輸出低電平，送往IC1~IC4，實(shí)現清零。
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)現密碼的修改。例如要設定密碼為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)現了密碼的校驗。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）組成密碼檢測電路。由于IC1 處于計數狀態(tài)，當用戶(hù)按下第一個(gè)正確的密碼后，CLK 端出現了一個(gè)負的下降沿，IC1 計數，Q 端輸出為高電平，用戶(hù)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)鎖的高電平信號送往IC13 的2 腳，執行電路動(dòng)作，實(shí)現開(kāi)鎖。
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執行電路是由一塊555 單穩態(tài)電路（IC13），以及由T10、 T11 組成的達林頓管構成。若IC13的2 腳輸入一高電平，則3 腳輸出高電平，使T10 導通，T11 導通，電磁閥開(kāi)啟，實(shí)現開(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，電磁閥停止工作，以節電。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 報警電路
報警電路實(shí)現的功能是：當輸入密碼的時(shí)間超過(guò)40 秒（一般情況下用戶(hù)輸入不會(huì )超過(guò)），電路報警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。其工作原理是當用戶(hù)開(kāi)始輸入密碼時(shí)，電路開(kāi)始2 分鐘計時(shí)，超出40 秒，電路開(kāi)始80 秒的報警。如圖3 所示
圖3 報警電路
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 腳出現低電平，使IC10 的狀態(tài)發(fā)生翻轉，其3 腳輸出高電平，T5 導通(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(hù)輸入密碼的時(shí)間，即用戶(hù)輸入密碼的時(shí)間不能超過(guò)40 秒，否則電路就開(kāi)始報警, 由于用戶(hù)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)始報警:當用戶(hù)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(zhù)C4 的充電而下降,當電位下降到1/3Vcc 時(shí)(即40 秒延時(shí)結束時(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 的導通電流防止電流過(guò)大燒毀三極管)T7 導通,其集電極上面接的紅色發(fā)光二極管D4 發(fā)亮,表示當前處于報警狀態(tài),T8 也隨之而導通,使蜂鳴器發(fā)聲,令賊人生怯,實(shí)現報警.
停止報警:當達到了80 秒的報警時(shí)間，IC10 的6,7 腳接的電容C5 放電結束,IC10 的3 腳變成低電平,T5 截止,T6 導通,強制使強制電路處于穩態(tài)，IC11 的3 腳輸出低電平,使T7,T8 截止,蜂鳴器停止報警；或者用戶(hù)輸入的密碼正確，則有開(kāi)鎖電路中的T10 集電極輸出清除報警信號，送至T12（PNP），T12 導通，強制使T7 基極至低電位，解除報警信號。
3.3 報警次數檢測及鎖定電路
若用戶(hù)操作連續失誤超過(guò)3 次，電路將鎖定5 分鐘。其工作原理如下：當電路報警的次數超過(guò)3 次，由IC9（74161）構成的3 位計數器將產(chǎn)生進(jìn)位，通過(guò)IC7，輸出清零信號送往74161 的清零端，以實(shí)現重新計數。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 報警次數檢測及鎖定電路
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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；當市電斷開(kāi)，V+>V- IC14 輸出高電平，由T3，T4 構成的達林頓管使繼電器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時(shí)間）。其電路圖如下圖6 所示：
圖6 停電檢測及電子開(kāi)關(guān)切換電路
T1，T2 構成的蓄電池自動(dòng)充電電路，它在電池充滿(mǎn)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 構成電壓檢測電路，蓄電池電壓低，則T1，T2 導通，實(shí)現對其充電；充滿(mǎn)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。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，不是很穩定，可以調換其它高速開(kāi)關(guān)或計數脈沖；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，而且還要求在規定的時(shí)間內按一定的順序開(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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