新手入門：電子密碼鎖基于555單穩(wěn)態(tài)電路設計

電子密碼鎖用電壓比較器、555 單穩(wěn)態(tài)電路、計數(shù)器、JK 觸發(fā)器、UPS 電源等設計的數(shù)字邏輯電路，實現(xiàn)對門的電子控制，并且有各種附加電路保證電路能夠安工作，有極高的安全系數(shù)。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(shù)，而且還要求在規(guī)定的時間內(nèi)按一定的順序開鎖，所以他人開鎖的幾率很小。下面介紹讓人感到更安全、更方便、更放心的新型電子密碼鎖基于555 單穩(wěn)態(tài)電路的設計。

1 引言

隨著人們生活水平的提高，如何實現(xiàn)家庭防盜這一問題也變的尤其的突出，傳統(tǒng)的機械鎖由于其構造的簡單，被撬的事件屢見不鮮，電子鎖由于其保密性高，使用靈活性好，安全系數(shù)高，受到了廣大用戶的青睞。

設計本課題時構思了兩種方案：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(shù)字邏輯電路控制方案?？紤]到單片機方案原理復雜，而且調(diào)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 個用戶輸入鍵，其中只有4 個是有效的密碼按鍵，其它的都是干擾按鍵，若按下干擾鍵，鍵盤輸入電路自動清零，原先輸入的密碼無效，需要重新輸入;如果用戶輸入密碼的時間超過40 秒(一般情況下，用戶不會超過40 秒，若用戶覺得不便，還可以修改)電路將報警80 秒，若電路連續(xù)報警三次，電路將鎖定鍵盤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，使用戶免遭麻煩。

密碼鎖電路包含：鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測、開鎖電路、執(zhí)行電路、報警電路、鍵盤輸入次數(shù)鎖定電路。

3.1 鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測、開鎖及執(zhí)行電路 .

其電路如下圖1 所示：

圖1 鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測、開鎖、執(zhí)行電路 3.2 報警電路

報警電路實現(xiàn)的功能是：當輸入密碼的時間超過40 秒(一般情況下用戶輸入不會超過)，電路報警80 秒，防止他人惡意開鎖。

電路包含兩大部分，2 分鐘延時和40 秒延時電路。其工作原理是當用戶開始輸入密碼時，電路開始2 分鐘計時，超出40 秒，電路開始80 秒的報警。如圖3 所示

圖3 報警電路[!--empirenews.page--]

有人走近門時，觸摸了TP 端(TP 端固定在鍵盤上，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(xiàn)低電平，使IC10 的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，其3 腳輸出高電平，T5 導通(可以通過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(xiàn)在電子鎖處于待命狀態(tài),T6 截止，C4 開始通過R14 充電(充電時間是40 秒,此時為用戶輸入密碼的時間，即用戶輸入密碼的時間不能超過40 秒，否則電路就開始報警, 由于用戶經(jīng)常輸入密碼，而且知道密碼，一般輸入密碼的時間不會超過40 秒)，IC2 開始進入延時40 秒的狀態(tài)。

開始報警:當用戶輸入的密碼不正確或輸入密碼的時間超過40 秒，IC11 的2 腳電位隨著C4 的充電而下降,當電位下降到1/3Vcc 時(即40 秒延時結束時候),3 腳變成高電位(延時時是低電平),通過R15 使(R15 的作用是為了限制T7 的導通電流防止電流過大燒毀三極管)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,實現(xiàn)報警.

停止報警:當達到了80 秒的報警時間，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(wěn)態(tài)，IC11 的3 腳輸出低電平,使T7,T8 截止,蜂鳴器停止報警;或者用戶輸入的密碼正確，則有開鎖電路中的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(shù)檢測及鎖定電路

若用戶操作連續(xù)失誤超過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(shù)超過3 次，由IC9(74161)構成的3 位計數(shù)器將產(chǎn)生進位，通過IC7，輸出清零信號送往74161 的清零端，以實現(xiàn)重新計數(shù)。經(jīng)過IC8(與門)，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 不能開鎖，到鎖定的目的。電路圖如下圖4 所示：

圖4 報警次數(shù)檢測及鎖定電路 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，電子開關切換電路，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 市電通過變壓器B 降壓成12V 的交流電,再經(jīng)過整流橋整流,7805 穩(wěn)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，由T3，T4 構成的達林頓管使繼電器J 開啟，將其常開觸電將蓄電池和電路相連，實現(xiàn)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(xù)時間)。其電路圖如下圖6 所示：

圖6 停電檢測及電子開關切換電路

T1，T2 構成的蓄電池自動充電電路，它在電池充滿后自動停止充電，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，實現(xiàn)對其充電;充滿后，T1，T2 截止，停止充電，同時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 蓄電池自動充電電路

綜上所述，這個電路的密碼不能遺忘，一旦遺忘，就很難打開。用開關作74LS112 的CLK 脈沖，不是很穩(wěn)定，可以調(diào)換其它高速開關或計數(shù)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(shù)，而且還要求在規(guī)定的時間內(nèi)按一定的順序開鎖，所以他人開鎖的幾率很小。所以這一防盜電子密碼鎖還是很可靠的。