红外遥控电子密码锁设计—软件设计文献综述

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文献综述红外遥控电子密码锁设计—软件设计一、前言1.1研究背景随着人们生活的提高和安全意识的加强，各种系列的防盗门广泛进入人们的生活和工作，因而防盗门锁系统的安全性方便性就变得至关重要。当前市场上的大部分都是钥匙的，它最大的缺点是其钥匙很容易被复制或盗用，而传统的密码锁不管是机械的还是电子的其共同的不足就是将操作键盘固定在门上，这就使得用户在操作时缺少隐蔽性，而且可能被小偷随机捕捉密码开门。锁具发展到现在已有若干年的历史了，人们对它的结构、机理也研究得很透彻，因此，很多小偷不用钥匙就能打开锁具，而且所借用的工具也是层出不穷。面对这样的现状，对锁具进行革命是必然的趋势[1]。随着社会科技的进步，锁已经从传统的机械锁发展到了磁性锁，电子锁，声控锁等等，在很大程度上克服了传统机械锁的缺点。在传统机械锁的基础上，加上了不同的密码，不同的磁场，不同的声音等来控制锁的开启，这些密码锁保密性高，使用灵活性强，安全系数高，使得人们对自身财产安全有了更多的保障。但是这些密码锁也有一些不足，不能实现远距离遥控控制，一定程度上限制了这些密码锁在日常生活中普及和推广。1.2国内外发展现状、研究方向及意义目前，在日常安全范围领域，具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐替代了传统机械锁，在性能上和技术上都大大提高了。随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的出现以后，它在保留了电子密码锁原有的一些功能的同时，对这些电子锁进行了智能化管理，这样的产品体积大大减小了，成本也大大降低了，也进一步提高了密码锁的安全性、可靠性。目前国内外密码锁系统的主要方向的发展是：接触式密码锁系统，非接触式密码锁系统，智能识别密码锁系统，但是他们都相应的存在着不同的缺点。例如：接触式密码锁系统成本较低，体积小，卡片本身无须电源，但使用不太方便，而且有接触磨损。相比之下，红外遥控密码锁系统的成本与接触式密码锁系统相当，而且可以进行近距离遥控，使用十分方便[2-3]。红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段，采用红外线作为传输媒介进行数据通信是一种既方便又经济实用的选择，在小型移动设备中得到了广泛的应用。红外通讯一般采用光波波长范围为850~900nm的红外线[4]。基于这种现状，我们设计了一种基于单片机的红外遥控电子密码锁 。这种密码锁提高了密码锁的可靠性和安全性，具有一般电子密码锁的防盗报警功能的同时还增加了红外遥控功能，实现了远程控制技术，具有较强的实际应用价值。一、主题部分2.1红外遥控技术的现状红外遥控技术在遥控方式上大体经历了从有线到无线的超声波、从振动子到红外线、再到使用总线的微机红外遥控这样几个阶段。无论采用何种方式，准确无误传输信号，最终达到满意的控制效果是非常重要的。最初的无线遥控装置采用的是电磁波传输信号，由于电磁波容易产生干扰，也易受干扰，因此逐渐采用超声波和红外线媒介来传输信号。与红外线相比，超声波传感器频带窄，所能携带的信息量少，易受干扰而引起误动作。较为理想的是光控方式，逐渐采用红外线的遥控方式取代了超声波遥控方式，出现了红外线多功能遥控器，成为当今时代的主流。随着单片机等技术的广泛应用，促使红外遥控技术也得到空前的发展，越来越多的功能强大，操作简便的实用性红外遥控接收器出现在市场上。由于红外遥控具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其他小型电器装置上也纷纷采用红外遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。在这些因素影响下，红外遥控技术得到了迅猛发展，随着越来越多功能强大、结构复杂的电器设备的出现，需要更多各种功能强大的红外遥控器[5]。2.2红外线通信原理在许多单片机应用系统中，常常利用非电信号传送信息以实现遥控的功能。而红外通信具有传输可靠性高、实施方便、控制简单等特点，是一种较为常用的通信方式。红外线是波长在750nm至1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。红外通信一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75um至25um之间。红外数据协会（IrDA）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通信效果，红外通信协议将红外数据通信所采用的光波波长的范围限定在850至900nm之内。红外通信的基本原理是发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号（载波信号），通过红外发射管发射红外信号。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法。脉时调制（PPM）是红外数据协会(IrDA)和国际电子电工委员会(IEEE)都推荐的调制方式，本设计采用脉时调制方法，即用两个脉冲串之间的时间间隔来表示二进制信息，数据比特的传送仿照不带奇偶校验的RS232 通信，首先产生一个同步头，然后接着8位数据比特。如图1所示。图1、PPM调制波形图普通的红外遥控采用面向指令的帧结构，数据帧由同步码，地址码和指令码组成，指令码长度多为8～16个比特，传送多字节遥控协议时效率偏低，而增加指令码的长度不利于接收器同步，为此本设计选用一种面向字节的帧结构，采用类似于异步串行通信的帧结构，每帧由一个起始位（二进制数0）、8个数据位和2个停止位（二进制数1）构成，如图2所示。每帧传送1个字节的数据，帧与帧间隔大于2ms，帧结构不含地址信息，寻址问题由高层协议解决。图2、数据帧结构示意图简言之，红外通信的实质是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输[6-10]。红外通信的硬件组成即通用红外遥控系统由发射和接受两大部分组成。应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。如图3所示： 图3、红外遥控系统框图2.3C语言的介绍C语言是CombinedLanguage(组合语言)的中英混合简称，是一种计算机程序设计语言。它兼有高级语言和汇编语言的特点，既可以作为工作系统设计语言编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言编写不以来于计算机硬件的应用程序。C语言是一种通用的程序设计语言，同时又是一种成功的系统描述语言。它具有以下的重大的特点：1.C语言是中级语言。它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。C语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作。2.C是结构式语言。结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化，即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰，便于使用、维护以及调试。3.C语言功能齐全。具有各种各样的数据类型，并引入了指针概念，可使程序效率更高。另外C语言也具有强大的图形功能，支持多种显示器和驱动器。而且计算功能、逻辑判断功能也比较强大。4.C语言适用范围大。适合于多种操作系统。，如Windows、DOS、UNIX等等；也适用于多种机型。5.C语言具有绘图能力强，可移植性，并具备很强的数据处理能力，因此适于编写系统软件，三维，二维图形和动画。它是数值计算。的高级语言[11]。2.4红外遥控电子密码锁的设计思路红外遥控电子密码锁为了打破传统电子锁的解锁方式，采用一种全新的方式对基于单片机的密码锁，利用红外线进行远程遥控，提高了门禁系统的可靠性和安全性。更重要的是降低了成本，方便用户使用，从而大大提高电子密码锁的普及范围，因此，主要遵循的主要设计思路有以下几点：1.保证系统稳定性。由于适用场合的多样性，不稳定的电子密码锁系统的能会给使用者带来很大的麻烦与损失，所以要从根本上保证该系统的稳定性；2.借鉴以往相关系统的特点及优点，在设计该系统时参考了以往相关系统的设计；3.满足使用者的需求，主要体现在使用者的操作体验和操作便捷性上。在设计该电子密码锁系统时应该满足一下几个要求：1.易用性：操作控制简单，使用方便，适用于各类人群；2.通用性：系统设计可以适用于各类场合；3.保密性：利用软件来加密和解密，加强密码的安全性，操作时具有足够的保密性； 4.扩充性：根据事物的发展及不同时期的要求，系统应该具有可扩充性，以便系统能够不断更新。2.5红外遥控电子密码锁硬件部分功能模块红外遥控电子密码锁系统大致可以分成6个模块：红外遥控模块、单片机模块、蜂鸣器报警功能模块、LED数码管显示模块、按键功能模块,开锁功能模块等。如图4所示：图4：系统硬件功能模块框图各个功能模块的功能大致如下：红外遥控模块：遥控器按键被按下时，输出一定数量被调制的脉冲信号。当接收器收到发射器的红外指令信号时，它将红外信号变成TTL电平信号，再经放大、解调、整形、解码处理后送入CPU，由CPU进行识别处理，以控制电子密码锁的工作。单片机模块：主控电路模块主要采用以单片机AT89S52为核心的主控电路。红外线接收器把接收到的信号传送给单片机，单片机对信号进行识别，把信号识别成指令，利用这些指令控制电子密码锁的运行。蜂鸣器报警功能模块：每按一次键时，单片机发出驱动信号，使蜂鸣器“嘀”的一声响。LED数码管显示模块：此模块采用单片机向液晶显示屏的串口发送数据，当串口接收到一串数据后，液晶显示屏能实现文字的显示、清屏操作和光标的设置等操作。按键功能模块：使用者可以通过该模块输入密码；开锁功能模块：当密码输入正确时，单片机发出驱动信号，使电子密码锁开启。2.6红外遥控电子密码锁的软件部分软件部分的设计基于C语言，采用模块化设计思路，，以主程序为核心设置了多个功能模块子程序。主程序主要起到一个导向和决策的作用，系统的各种功能模块主要通过调用具体的子程序来实现[12]。程序分为主程序、红外遥控模块子程序、 密码判断子程序、数码管显示子程序、键盘扫描中断服务程序及待机中断服务程序等。主程序完成内部RAM单元和特殊功能寄存器的初始化后，进入一个循环结构。在循环中，首先调用数码管显示子程序，接着判断是否有键按下，然后判断是数字键还是功能键，若是数字键则进行密码判断，若是功能键则判断是确认键还是取消键，然后根据确认键和取消键执行相应的操作。密码的判断：有数字键按下后，则进行计数，若有6个数字键按下，表示已输入6个密码，则将已输入的6个密码与初始密码核对，如果密码输入正确，则输出密码正确标志，若密码输入错误，则输出密码错误标志。键盘扫描中断服务程序实现判断是否有键闭合以及闭合键的键号，每50ms扫描键盘一次。每次按键输入时，启动蜂鸣器按键提示音，待机中断服务程序实现待机计时（10秒），若10秒内没有输入内容则清除已输入的内容[13]。1．主程序流程图如图5：图5：主程序流程图2．红外遥控模块子程序流程图红外遥控包括红外发射和接收两个部分，则红外遥控发射流程图和红外接收流程图分别如图6和图7： 图6：红外遥控发射流程图图7：红外接收流程图3．数码管显示子程序如图8和键盘扫描中断服务程序如图9：图8数码管显示子程序图9键盘扫描中断服务程序系统所需要实现的每个功能都设计成单独一个模块，而每个模块内部的实现对外部是不可见的。这就能提高子系统的灵活性，可复用性。三、总结: 随着时代进步，人们的工作生活通信与信息的连接越来越紧密，信息社会在改变人们日常学习工作时的生活习惯的同时，也对传统技术或设备提出了新的挑战，密码锁就是其中之一。当代社会对锁的要求已不再是单纯的对财务及重要物件的保护，而是更注重锁具性能，比如方便，高效，便宜等等。本文所阐述的红外遥控电子密码锁克服了传统锁具的一些缺点，同时也借鉴了传统锁具的优点，能够很好的满足用户的需求。该系统以51系列单片机(AT89S52)为核心，结合红外遥控技术，配以相应的硬件电路，实现了电子密码锁密码的显示、存储、修改以及驱动报警等功能，同时实现了远程遥控，具有更好的密码保护以及更完善的功能系统。红外遥控密码锁系统的成本与接触式密码锁系统相当，而且可以进行近距离遥控，遥控距离远大于射频卡密码锁的遥控距离，低耗很低，可以使用普通碱性电池供电，使用十分方便。红外遥控密码锁系统成本低廉，如经优化设计，成本可以进一步降低。因此，红外线遥控密码锁拥有以下优势使得其推广前景巨大，拥有有广阔的市场空间。(1)遥控防盗锁人机交互界面友好，易于操作。(2)稳定性强：红外线波长长，频谱稳定，不用担心采用电磁波发射和接受的系统容易受干扰的问题，同时采用单片机作为控制器控制各功能模块，更好的提高了系统的稳定性。(3)可靠性高：红外密码锁有多重加密方法，难以复制。同时采用非机械化的钥匙，不易被复制。红外遥控电子密码锁具有密码预置、误码报警、耗电省、保密性强、远距离控制等特点，克服了传统电子密码锁可靠性差、价格高等缺点，非常适合办公室、住宅、等用锁的要求，具有很好的开发和研究价值[14-17]。四、参考文献[1]石晶晶李亚梅.新型红外遥控密码锁的研究与设计[J].中国科技信息2008(19)：134-136.[2]王晓东,刘春红,于鑫.单片机和计算机的串口通信[J].应用科技,2003（30） 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