由于设计要求使用矩阵键盘,所以本设计就采用行列式键盘,同时也能减少键盘与单片机接口时所占用的I/O线的数目,在按键比较多的时候,通常采用这样方法。其原理如图所示。
每一条水平(行线)与垂直线(列线)的交叉处不相通,而是通过一个按键来连通,利用这种行列式矩阵结构只需要N条行线和M条列线,即可组成具有N×M个按键的键盘。
随着人们生活水平的提高,如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出,传统的机械锁由于其构造的简单,被撬的事件屡见不鲜,电子锁由于其保密性高,使用灵活性好,安全系数高,受到了广大用户的亲呢。
采用以AT89S51为核心的单片机控制方案,利用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口,及其控制的准确性,不但能实现基本的密码锁功能,还能添加调电存储、声光提示甚至添加遥控控制功能。其原理框图如下:
在这种行列式矩阵键盘非键盘编码的单片机系统中,键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。
当确认有按键按下后,下一步就要识别哪一个按键按下。对键的识别通常有两种方法:一种是常用的逐行扫描查询法;另一种是速度较快的线键盘,线反转法的工作原理:
首先辨别键盘中有无键按下,有单片机I/O口向键盘送全扫描字,然后读入行线状态来判断。方法是:向行线H,把全部列线置为低电平,然后将列线的电平状态读入累加器A中。如果有按键按下,总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线.密码锁的电源电路设计
为了防止停电情况的发生,本电路后备了UPS电源,它包括市电供电电路,停电检测电路,电子开关切换电路,蓄电池充电电路和蓄电池组成。
由于使用的是单片机作为核心的控制元件,因此该电子锁具有功能强、性能可靠、电路简单、成本低的特点,加上经过优化的程序,使其有很高的智能化水平。在以后的生活中电子密码锁的应该会越来越广泛,从而取代普通锁的位置。
面板上还有一个蜂鸣器,其中一个功能是用来指示操作的按键是否在成功的按下;另外一个功能是当用户输入密码错误的次数超过了3次,鸣笛以示报警。
本系统设计的显示电路是为了给使用者以提示而设置的。考虑到为了节约单片机的口资源,本系统的显示采用串行显示的方式,只使用单片机的两个串行口,就可以完成单片机的显示功能,显示电路的电路原理图如图2-5所示。
掉电存储单元的作用是在电源断开的时候,存储当前设定的单价信息。AT24C02是ATMEL公司的2KB字节的电可擦除存储芯片,采用两线串行的总线和单片机通讯,电压最低可以到2.5V,额定电流为1mA,静态电流10Ua(5.5V),芯片内的资料可以在断电的情况下保存40年以上,而且采用8脚的DIP封装,使用方便。
图中R8、R10是上拉电阻,其作用是减少AT24C02的静态功耗,由于AT24C02的数据线和地址线是复用的,采用串口的方式传送数据,所以只用两根线SCL(移
位脉冲)和SDA(数据/地址)与单片机传送数据。每当设定一次单价,系统就自动调用存储程序,将单价信息保存在芯片内;当系统重新上电的时候,自动调用读存储器程序,将存储器内的单价等信息,读到缓存单元中,供主程序使用。
10个数字键用来输入密码,另外6个功能键分别是:CLR、EN、F1、F2、F3、F4。其中CLR键的功能是当输入密码错误的时候,清除前面已经输入的数据,重新输入。EN键的功能是确认输入的密码。F1是管理模式切换键,当用户不小心三次输入密码都没有正确,键盘被锁定,这个时候就可以启动管理模式,使用管理员的密码来开门。F2是用来进入修改密码的状态。F3用来关闭显示器,一来可以节省电量,另外也可以防止不法分子偷窥密码。F4用来作电铃。
电路设定:当程序检测在5分钟内没有按键操作的时候,就关闭显示。这个功能使用程序来实现的,一旦没有按键动作就启动一个定时器,检测在5分钟内没有按键动作的时候,启动一个程序,关闭显示,这样可以达到节省电能的目的。
从单片机串口输出的信号先送到左边的移位寄存器(74HC164),由于移位脉冲的作用,使数据向右移,达到显示的目的。移位寄存器74HC164还兼作数码管的驱动,插头1(header1)接电源,插头2(header2)接数据和脉冲输出端。电路中的三个整流管D1~D3的作用是降低数码管的工作电压,增加其使用寿命。
电路驱动和开锁两级组成。由D5、R1、T10组成驱动电路,其中T10可以选择普通的小功率三极管如9014、9018都可以满足要求。D5作为开锁的提示;由D6、C24、T11组成。其中D6、C24是为了消除电磁锁可能产生的反向高电压以及可能产生的电磁干扰。T11可选用中功率的三极管如8050,电磁锁的选用雷竞技APP要视情况而定,但是吸合力要足够且由一定的余量。
通过单片机送给开锁执行机构,电路驱动电磁锁吸合,从而达到开锁的目的。其原理如图所示:
当用户输入的密码正确而且是在规定的时间(普通用户要求在12s内输入正确的密码,管理员要求在5s输入正确的密码)输入的话,单片机便输出开门信号,送到开锁驱动电路,然后驱动电磁锁,达到开门的目的。其实际电路如图所示。
判断键盘中哪一个键被按下使通过将列线逐列置低电平后,检查行输入状态来实现的。方法是:依次给列线送低电平,然后查所有行线,则所按下的键不在此列;如果不全为1,则所按下的键必在此列,而且是在与零电平行线相交的交点上的那个键。
按键的操作面板如图图2-3所示。共计数字键10个,功能键6个。键盘上还有3个指示灯和一个蜂鸣器。
上面的3个指示灯L1、L2、L3是用来指示操作的状态:L1锁定及输入指示状态灯,正常的情况下显示红色,当键盘动作的时候,L1灯开始闪动,当键盘处于锁定状态时,指示灯也显示红色。L2开门指示灯,当用户在规定的时间内正确的输入了密码,此灯转变为绿色,表示开门,否则不显示。L3是管理员状态指示灯,当按下F1后,指示灯自动点亮。
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