电子密码锁 摘要 本文的电子密码锁利用数字逻辑电路，实现对门的电子控制，并且有各种附加电路保证电路能够安 工作，有极高的安全系数。 关键词 电子密码锁 电压比较器 555 单稳态电路 计数器 JK 触发器 UPS 电源。 1 引言 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。 设计本课题时构思了两种方案：一种是用以 AT89C2051 为核心的单片机控制方案；另一种是用 以 74LS112 双 JK 触发器构成的数字逻辑电路控制方案。考虑到单片机方案原理复杂，而且调试较 为繁琐，所以本文采用后一种方案。 2 总体方案设计 2.1 设计思路 共设了 9 个用户输入键，其中只有 4 个是有效的密码按键，其它的都是干扰按键，若按下干扰 键，键盘输入电路自动清零，原先输入的密码无效，需要重新输入；如果用户输入密码的时间超过 40 秒（一般情况下，用户不会超过 40 秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警 80 秒，若电 路连续报警三次，电路将锁定键盘 5 分钟，防止他人的非法操作。 2.2 总体方框图 

3 设计原理分析 电路由两大部分组成：密码锁电路和备用电源(UPS)，其中设置 UPS 电源是为了防止因为停电 造成的密码锁电路失效，使用户免遭麻烦。 密码锁电路包含：键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输 入次数锁定电路。 3.1 键盘输入、密码修改、密码检测、开锁及执行电路 . 其电路如下图 1 所示： R21 3.3K D5 C24 500u T10 20U C13 1M R20 7 6 2 DIS THR TRIG 8 4 V3 V C C 555 TC13 R Q 3 G N D1 C V o t5 l C12 . 消除报警信号 电磁锁 清零信号 RD T11 10 . 74ls22 6 IC5A 1 2 4 5 1 2 锁定信号 E1 74ls08 IC6A 3 74LS112 74LS112 74LS113 74LS114 4 4 4 4 S D IC1A Q 5 Q 6 C D 1 5 3 1 J CLK K2 R25 S D IC2A Q 5 Q 6 C D 1 5 3 1 J CLK K2 R24 S D IC3A Q 5 Q 6 C D 1 5 J 3 1 S D CLK IC4A Q 5 Q 6 K2 R2 C D 1 5 S2 S3 S4 C16 C17 C18 C19 C20 K3 0.01U K4 0.01U K5 0.01U K6 0.01U K7 0.01U K8 C21 0.01U k9 清零信号 RD T12 9018 2.2k R27 C25 47u R20 20k 来自报警电路 的清零信号 . S? . 3 1 J CLK K2 R26 1K X 4 VCC S1 C14 K1 0.01U K2 C15 0.01U 图 1 键盘输入、密码修改、密码检测、开锁、执行电路 开关 K1~K9 是用户的输入密码的键盘，用户可以通过开关输入密码，开关两端的电容是为了提 高开关速度，电路先自动将 IC1~IC4 清零，由报警电路送来的清零信号经 C25 送到 T11 基极，使 T11 导通，其集电极输出低电平，送往 IC1~IC4，实现清零。 密码修改电路由双刀双掷开关 S1~S4 组成（如图 2 所示）, 它是利用开关切换的原理实现密码 的修改。例如要设定密码为 1458，可以拨动开关 S1 向左，S2 向右，S3 向左，S4 向右，即可实现 密码的修改，由于输入的密码要经过 S1~S4 的选择，也就实现了密码的校验。本电路有 16 组的密码 可供修改。 图 2 密码修改电路 由两块 74LS112（双 JK 触发器，包含 IC1~IC4）组成密码检测电路。由于 IC1 处于计数状态， 当用户按下第一个正确的密码后，CLK 端出现了一个负的下降沿，IC1 计数，Q 端输出为高电平， 用户依次按下有效的密码，IC2~IC3 也依次输出高电平，送入与门 IC5，使其输出开锁的高电平信号 

送往 IC13 的 2 脚，执行电路动作，实现开锁。 执行电路是由一块 555 单稳态电路（IC13），以及由 T10、 T11 组成的达林顿管构成。若 IC13 的 2 脚输入一高电平，则 3 脚输出高电平，使 T10 导通，T11 导通，电磁阀开启，实现开门，同时 T10 集电极上接的 D5（绿色发光二极管）发亮，表示开门，20 秒后，555 电路状态翻转，电磁阀停 止工作，以节电。其中电磁阀并联的电容 C24 使为了提高电磁阀的力矩。 3.2 报警电路 报警电路实现的功能是：当输入密码的时间超过 40 秒（一般情况下用户输入不会超过），电路 报警 80 秒，防止他人恶意开锁。 电路包含两大部分，2 分钟延时和 40 秒延时电路。其工作原理是当用户开始输入密码时，电路 开始 2 分钟计时，超出 40 秒，电路开始 80 秒的报警。如图 3 所示 R3 3.3K D3 T6 T5 9018 9018 R11 2M TP C5 50U 7 6 2 DIS THR TRIG C6 0.01U R12 100 8 4 R V C C IC10 Q 3 G N D1 C V o l t 5 C7 0.1u R15 100 8 4 V C C IC11 R Q 3 7 6 2 DIS THR TRIG R16 3.3K T7 G N D1 C V o l t 5 T13 9018 C8 47U R14 1M C9 0.1u vcc D4 蜂鸣器 3.3K 3.3K 清零信号 RD 报警次数进位 B1 T8 9014 去密码检测电路 清零信号 图 3 报警电路 接密码检测电路 消除报警信号 有人走近门时，触摸了 TP 端(TP 端固定在键盘上，其灵敏度非常高，保证电路可靠的触发)，由于 人体自身带的电，使 IC10 的 2 脚出现低电平，使 IC10 的状态发生翻转，其 3 脚输出高电平，T5 导 通(可以通过 R12 控制 T1 的基极电流)，其集电极接的黄色发光二极管 D3 发光，表示现在电子锁处 于待命状态,T6 截止，C4 开始通过 R14 充电(充电时间是 40 秒,此时为用户输入密码的时间，即用户 输入密码的时间不能超过 40 秒，否则电路就开始报警, 由于用户经常输入密码，而且知道密码，一 般输入密码的时间不会超过 40 秒)，IC2 开始进入延时 40 秒的状态。 开始报警:当用户输入的密码不正确或输入密码的时间超过 40 秒，IC11 的 2 脚电位随着 C4 的 充电而下降,当电位下降到 1/3Vcc 时(即 40 秒延时结束时候),3 脚变成高电位(延时时是低电平),通 过 R15 使(R15 的作用是为了限制 T7 的导通电流防止电流过大烧毁三极管)T7 导通,其集电极上面接 的红色发光二极管 D4 发亮,表示当前处于报警状态,T8 也随之而导通,使蜂鸣器发声,令贼人生怯,实 现报警. 停止报警:当达到了 80 秒的报警时间，IC10 的 6,7 脚接的电容 C5 放电结束,IC10 的 3 脚变成低 电平,T5 截止,T6 导通,强制使强制电路处于稳态，IC11 的 3 脚输出低电平,使 T7,T8 截止,蜂鸣器停 止报警；或者用户输入的密码正确，则有开锁电路中的 T10 集电极输出清除报警信号，送至 T12（PNP）， T12 导通，强制使 T7 基极至低电位，解除报警信号。 3.3 报警次数检测及锁定电路 若用户操作连续失误超过 3 次，电路将锁定 5 分钟。其工作原理如下：当电路报警的次数超过 3 次，由 IC9（74161）构成的 3 位计数器将产生进位，通过 IC7，输出清零信号送往 74161 的清零 端，以实现重新计数。经过 IC8（与门），送到 IC12（555）的 2 脚，使 3 脚产生 5 分钟的高电平锁 定脉冲（其脉冲可由公式 T=1.1RC 计算得出），经 T9 倒相，送 IC6 输入端，使 IC6 输出低电平，使 IC13 不能开锁，到锁定的目的。电路图如下图 4 所示： 

VCC IC9 R D 74LS161 10 7 ET EP 2 CP 2 1 IC8A 3 74ALS00 来 自 报 警 电 路 的 信 号 B 1 VCC 6 5 4 3 P 3 P 2 P 1 P 0 RCO 1 LD 9 T C Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 1 5 1 1 1 2 1 3 1 4 C10 68u 7 6 2 DIS THR TRIG 8 4 R Q 3 V C C IC12 555 R19 3.3K 9018 T9 锁定键盘信号 E1 555 G N D1 R18 5.2M C V o l t 5 C11 图 4 报警次数检测及锁定电路 0.1U 3.4 备用电源电路 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。其电路图如下图 5 所示： 220V 市电通过变压器 B 降压成 12V 的交流电,再经过整流桥整流,7805 稳压到 5V 送往电子切换 电路，由于本电路功耗较少，所以选用 10W 的小型变压器。 图 5 电源电路 由 R8，R9，R6，R7 及 IC14 构成电压比较器，正常情况下，V+V- IC14 输出高电平，由 T3，T4 构成的达林顿管使继电 器 J 开启，将其常开触电将蓄电池和电路相连，实现市电和蓄电池供电的切换，保证电子密码锁的 正常工作（视电池容量而定持续时间）。其电路图如下图 6 所示： 5V 直流电源 A1 蓄电池 A2 R6 20K R8 50K 蓄电池供电 1 2 741 3 R10 5.1K T3 9018 继电器 2 A 池 电 常开 蓄 R9 40K R7 30K IC14 T4 9014 图 6 停电检测及电子开关切换电路 1 A VCC 源 电 流 直 V 5 常闭 

T1，T2 构成的蓄电池自动充电电路，它在电池充满后自动停止充电，其中 D1 亮为正在充电， D2 为工作指示。由 R4，R5，T1 构成电压检测电路，蓄电池电压低，则 T1，T2 导通，实现对其充 电；充满后，T1，T2 截止，停止充电，同时 D1 熄灭，电路中 C4 的作用是滤除干扰信号。其电路 图如图 7 所示： 6V 充电电源 6V 蓄电池电源 A2 R4 3K R5 470 蓄电池 R1 3K R2 3K D1 D2 T1 9014 3CG21 C4 0.1U 4 总结与体会 图 7 蓄电池自动充电电路 以上为实习期间所设计的电子密码锁电路，它经过多次修改和整理，以是一个比较不错的设计， 可以满足人们的基本要求，但因为水平有限，此电路中也存在一定的问题，譬如说电路的密码不能 遗忘，一旦遗忘，就很难打开，这可以通过增加电路解决，但过于复杂，本次设计未其中；用开关 作 74LS112 的 CLK 脉冲，不是很稳定，可以调换其它高速开关或计数脉冲；电路密码只有 16 种可供 修改，但由于他人不知道密码的位数，而且还要求在规定的时间内按一定的顺序开锁，所以他人开 锁的几率很小；电路中未加显示电路，但可通过其它数字模块实现这一功能。这需要一段时间的进 一步改进，如果有好的意见，希望老师给以支持。 通过这三周的学习，我感觉有很大的收获：首先，通过学习使自己对课本上的知识可以应用于 实际，使的理论与实际相结合，加深自己对课本知识的更好理解，同时实习也段练了我个人的动手 能力：能够充分利用图书馆去查阅资料，增加了许多课本以外的知识。能对 protel 99、和 EWB 等仿 真软件操作，能达到学以致用。对我们学生来说，理论与实际同样重要，这是我们以后在工作中说 明自己能力的一个重要标准。 在实习中，我感受到了老师对学生的那种悔人不卷的精神，每天的固定时间，老师都来给我们 指导，使我们少走弯路，顺利完成实习任务，请允许我向你们致意崇高的敬意，感谢你们，老师！ 参考文献 [1] 康华光.电子技术基础（第四版）[M].北京:高等教育出版社,1998 [1] 梁宗善.新型集成块应用[M].武汉:华中理工大出版社,2004