红外遥控密码锁
1 总体概述
目前大部分的锁采用的都是机械式的，其最大的缺点是利用简单工具就能很容易地把锁打开。针对这种情况，我们设计了一种红外遥控密码锁，而一般设备都采用专用的遥控编码及解码集成电路，其制作简单、容易，但由于特定功能的限制，只适用于专用的电器产品，其应用范围受到限制。
本设计由AT89C2051编程实现的发射电路和AT89C52控制的接收部分构成。采用单片机进行遥控系统的应用设计，具有编程灵活多样，电路结构清晰。整个设计具有遥控开锁，遥控的节能设计，本机控制开锁，密码修改，密码显示，工作状态显示，按键提示，密码错误报警等功能，可在密码外泄的情况下及时修改密码，具有保密性好、安全可靠、成本低廉、连接方便，简单易用，适用范围广等特点，而且特别适合家庭，宾馆，仓库，私家车库等场所。
2 系统方案设计
2.1 系统构成框图
基于单片机系统的红外遥控密码锁的系统构成框图如图1所示：
图1 红外遥控密码锁系统框图
该系统由发射模块和接收模块两部分构成，遥控器发射模块可以随身携带，只要在接收器附近，即可遥控开锁；接收器则集开锁、修改密码、报警和显示于一体。
2.2 设计思想
本系统采用单片机AT89C2051和AT89C52作为核心的元件，利用红外遥控原理和单片机相关功能设计的一款具有本机开锁，遥控开锁和可修改密码的电子密码锁。
发射模块和接收模块原理图如下：
图2 发射模块 图3 接收模块
3 基本功能设计
3.1 初始密码的设置
有些密码锁直接将编好的密码程序存储在EPROM中，但在实际应用中不易实现密码的修改。本设计为了方便密码的修改，扩展了EEPROM来存储密码。我们采用六位密码设置并分为用户密码和管理密码。用户密码初始设为123456，它用来开锁和修改用户密码，没有
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权限修改管理密码；管理密码初始设为778899，它是专门用来防止密码丢失而进行的特别密码设置，管理密码拥有最高的权限。
3.2 密码显示与开锁
键入密码时，有时并不能确认某一个按键是否被按下，故我们在电路中设置了模拟显示电路。同时考虑到密码显示出来有可能外泄的问题，在显示时用一个固定的字母“H”来提醒用户是否有键按下，这样既巧妙的提醒了用户又有效的保护了密码，这是本设计安全性的一个体现。除此之外，在一个键按下后，蜂鸣器机会发出“嘀”的一声，也用于提示此键已按下。在用户输入正确的六位密码后，再按“确认”键，便可开锁，在本次设计中，基于节省材料的原则，暂时用发光二极管代替电磁锁，发光管亮，表示开锁；灭，表示没有开锁。
3.3 密码的修改
当你设定的用户密码不小心外泄时，这时就要及时通过密码修改程序来更改密码了，我们可以选择管理密码和用户密码中的一种对其进行修改。
当选用用户密码修改时，首先要正确输入原用户密码，然后按“更改”键，如果原密码正确则进入密码修改程序。接下来输入六位新密码，接着新密码即被存入AT24C02中，至此用户密码修改成功。
当选用管理密码修改时，首先要正确输入管理密码，然后按“MAS”键, 如果管理密码正确则进入密码修改程序。接下来输入六位新密码，接着新密码即被存入存储器中并把原来的用户密码覆盖。当然在普通情况下不建议使用这种修改方法，只有在用户密码被非法修改时才使用。这是本设计安全性的重要体现。
3.4 密码错误报警
当用户键入错误密码并按下“确认”键时，系统会发出两秒连续的报警声同时密码错误指示灯亮；当连续三次出现密码错误时，则系统会长时间报警，并将密码锁锁定一段时间，此举可有效防止非法操作。这是本设计安全性的又一体现。
3.5 遥控开锁
当此锁用于私家车库或仓库时，用户可以直接在适当的距离输入正确密码并确认发送，接收端在收到相应信号便会自动开锁，这样便实现了遥控开锁。这是本设计方便灵活的重要体现。由于遥控器一般随身携带，所以遥控器采用电池供电。这就要求发射系统的功耗要很低，在本设计中将芯片设计为待机模式，只有当按键按下时才正常工作，这样可以起到降低功耗的目的。
4 功能模块设计
4.1 红外的发射和接收
红外线波长在750nm至1um之间的电磁波，它的频率低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。红外遥控具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，成本低，易于实现等显著
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优点。
红外遥控由发送和接收两部分组成，发送端采用单片机将待发送的二进制信号编码调制为一系列的脉冲信号，通过红外发射管发射红外信号。红外接收采用性能可靠的一体化红外接收头接收红外信号，它同时对信号进行放大，检波，整形，得到TTL电平的编码信号，再送给单片机，经单片机解码并进行相关操作。发送与接收示意图如下所示：
图4 发送与接收示意图
由上所述可知，遥控系统分为编码，调制，解调和解码如图5所示四大部分：
图5 遥控与接收系统
4.1.1 编码
如图4，二进制信号中的‘1’的高低电平均等于0.26ms，相当于10个26us的宽度；二进制信号中的‘0’的低电平宽0.52ms，高电平宽0.26ms。
图6 编码示意图
4.1.2 调制
红外信号的调制有脉冲宽度调制（PWM），脉冲位置调制（PPM）等方法，本设计采用脉宽调制。二进制的调制由单片机来完成，它把编码后的二进制信号调制成频率为38khz的间断脉冲串，此脉冲串即是用于红外发射二极管发送的信号。如图7，A是二进制信号的编码波形，B是频率为38khz（周期约为26us）的连续脉冲串，C是经调制后的间断脉冲串，即是用于发送的信号。图7中，待发的二进制数据为101。
图7 信号调制示意图
4.1.3 解调
二进制信号的解调由一体化红外接收头来完成，它把接收到的信号（图8中的波形D也是图7中的波形C）经内部处理并解调复原，输出图8中的波形E(正好是图7中A的取反)。接收头的解调可理解为：在输入脉冲串时输出低电平，否则输出高电平。二进制的解码由单片机来完成，它把红外接收头送来的二进制编码波形通过解码，还原成发送端发送的数据。如图8，把波形E解码还原成数据信息101。
图8 信号解调示意图
4.1.4 解码
在发送字节的开始先通过单片机发送20个脉冲宽度（每个脉冲周期26us）的高电平作为传输的开始（同步帧），接着发送8位二进制数据（高位在前，低位在后），最后发送10个脉冲宽度的低电平作为传输的结束，如图9所示：
图9 字节传输
当接收到同步帧后，进入解码部分。解码采用软件抽样判别，以15个脉冲为判别门限，在门限时刻读得低电平时（如图10中A点），即可判定为编码‘1’；在门限时刻读得高电平时（如图10中的B点），即可判定为编码‘0’。解码一位后，须等到下一位的高电平到来，再计数15个脉冲后，判断读得的电平时高还是低，进行解码。
图10 解码
4.2 键盘
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