孫振楠

摘要：近年來隨著科技的飛速發(fā)展，報(bào)警器的應(yīng)用正在不斷地走向深入，因此一種廉價(jià)、性能靈敏可靠的防盜報(bào)警器必須在防盜和保證財(cái)產(chǎn)安全方面發(fā)揮更有效的作用，針對(duì)目前的實(shí)用需要，設(shè)計(jì)具有定時(shí)報(bào)警功能的電子密碼來實(shí)現(xiàn)開鎖。密碼鎖是鎖的一種，開啟時(shí)用的是一系列的數(shù)字或符號(hào)，密碼鎖的密碼通常都只是排列而非真正的組合。部分密碼鎖只使用一個(gè)轉(zhuǎn)盤，把鎖內(nèi)的數(shù)個(gè)碟片或凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)；亦有些密碼鎖是轉(zhuǎn)動(dòng)一組數(shù)個(gè)刻有數(shù)字的撥輪圈，直接帶動(dòng)鎖內(nèi)部的機(jī)械。如果沒有獲取正確密碼而進(jìn)行誤密碼輸入，將啟動(dòng)報(bào)警器報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了密碼鎖和報(bào)警器的結(jié)合。

關(guān)鍵詞：電子密碼鎖；CMOS集成電路；定時(shí)；報(bào)警器

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）31-0228-03

Abstract： In recent years， with the rapid development of science and technology， the application of alarm is constantly deepening， so a cheap， sensitive and reliable performance of the anti-theft alarm must property security to play a more effective role in security and the guarantee， in order to meet the needs of the practical design with timing alarm function electronic password to unlock. Password lock is a lock， open with a series of numbers or symbols， password lock password is usually only arranged rather than a combination of real. Password lock using only a turntable， the lock in the number of discs or rotation of the cam； also some password lock is a set number of engraved with the digital dial wheel rotation， direct drive machinery inside the lock. If the correct password is not obtained， the alarm is started， and the combination of the cipher lock and the alarm is realized.

Key words： Electronic Cipher Lock； CMOS Integrated Circuit； Timing； Alarm

1 引言

近年來，各種高檔加電產(chǎn)品和貴重物品為許多家庭所擁有，并且人們手中特別是城市居民的積蓄也十分可觀。在目前安全防范入侵報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用中，各種各樣的建筑不同，安全防范的要求也不同，因此每一個(gè)安全防范入侵報(bào)警系統(tǒng)的構(gòu)成也都不同，從一個(gè)報(bào)警探測(cè)器和一臺(tái)報(bào)警系統(tǒng)控制主機(jī)，到幾百個(gè)以至上千個(gè)報(bào)警探測(cè)器和報(bào)警系統(tǒng)控制主機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)都有應(yīng)用。有些大型報(bào)警系統(tǒng)控制器主機(jī)功能也相當(dāng)豐富，除了安全防范報(bào)警以外，還可以作為自動(dòng)化控制系統(tǒng)和門禁系統(tǒng)使用。有的報(bào)警系統(tǒng)包括的無(wú)線系統(tǒng)、時(shí)間表控制系統(tǒng)、繼電器控制系統(tǒng)可以方便地構(gòu)成家居及辦公自動(dòng)化系統(tǒng)。

本文設(shè)計(jì)一個(gè)電子密碼鎖，通過設(shè)置好的密碼實(shí)現(xiàn)開鎖的目的；當(dāng)有人想打開密碼鎖進(jìn)行不法行為時(shí)，在輸入密碼錯(cuò)誤時(shí)進(jìn)行報(bào)警；設(shè)計(jì)一個(gè)定時(shí)器，在報(bào)警器報(bào)警后，報(bào)警時(shí)長(zhǎng)可以進(jìn)行一段時(shí)間的設(shè)置。

2 電子密碼鎖定時(shí)報(bào)警器設(shè)計(jì)

整個(gè)電路分四大部分，包括電源電路、電子密碼鎖電路、定時(shí)報(bào)警電路和信號(hào)控制電路，如圖1所示。整個(gè)電路設(shè)置九個(gè)按鍵，為S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8，代表0～8九個(gè)電子密碼，該電路設(shè)置的正確密碼是0、1、2、3（即S0、S1、S2、S3），連續(xù)按下或者同時(shí)按下這四個(gè)按鍵，密碼鎖被打開，如果按下4、5、6、8中的任一個(gè)按鍵，密碼鎖被鎖住不能打開，同時(shí)報(bào)警器報(bào)警，報(bào)警的時(shí)間長(zhǎng)短可以在3s至60s之間任意設(shè)置。按下按鍵7報(bào)警器不報(bào)警，但是密碼鎖將不能打開。

2.1電子密碼鎖電路

圖2是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的密碼鎖部分，功能是實(shí)現(xiàn)電子密碼開關(guān)，具有保密性很強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，鍵入正確密碼的時(shí)間只有幾秒鐘，過了開鎖時(shí)間，電路會(huì)自動(dòng)回到關(guān)閉狀態(tài)。

該部分電路有S0、S1、S2、S3、S7五個(gè)按鍵，再加上后面電路的四個(gè)按鍵總共九個(gè)按鍵，如果把它們編排成鍵盤的話，代表的數(shù)字可以是1～9等九個(gè)數(shù)字，本電路設(shè)置了四個(gè)正確的密碼，只有在有限的時(shí)間內(nèi)快速按下這四個(gè)正確按鍵，電路就能將電子鎖打開，如果按鍵中有一個(gè)錯(cuò)誤，則電子鎖不能打開、報(bào)警電路啟動(dòng)。

設(shè)計(jì)的電路正確的密碼是先按下S0按鍵，然后快速按下S1、S2、S3三個(gè)按鍵，則電子鎖就能被打開。在等待狀態(tài)時(shí)，4053使能端INH上所接的鉭電容C4被充電至高電平，4053處于禁止?fàn)顟B(tài)，因此按其他鍵都是徒勞的。如要開鎖，必須先按一下S0，電容C4通過S0放電，4053解除禁止，之后，必須在有限的時(shí)間內(nèi)依次（或同時(shí)按下）S1、S2、S3鍵。這時(shí)間主要由電阻R4和電容C4的大小來決定，當(dāng)電容C4越大，則電壓通過R4向C4充電的時(shí)間越長(zhǎng)，到達(dá)高電平的時(shí)間就會(huì)越久，一般C4為10uF左右差不多，則從低電平充電到高電平所需時(shí)間大概為3S左右，足以將按鍵S1、S2、S3全部按下，這樣既能達(dá)到開鎖的目的，又能讓密碼鎖保密性更強(qiáng)。由于電壓為12V，為了使充電電流比較合理，電阻R4取1 M?比較合適。

在使能端INH上我們還接了另外一個(gè)按鍵S7，可以看得出，當(dāng)按下S7時(shí)，INH處于高電平1，這樣4053處于禁止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)先按 S0，4053解除禁止，如果這時(shí)按下S7，4053馬上就會(huì)被禁止，就不能達(dá)到開鎖的目的。電阻R6一般取47K?左右就可以了。

S1～S3三個(gè)按鍵都是一樣的接法和用途，當(dāng)S3沒有被按下時(shí)，4053的9腳（C）呈現(xiàn)的是低電平0，當(dāng)S3被按下，9腳（C）出現(xiàn)高電平，當(dāng)9腳出現(xiàn)高電平后，它所控制的模擬開關(guān)X由原來的14腳和12腳相連轉(zhuǎn)到14腳和13腳相連（即原來是X-X0相連變?yōu)楝F(xiàn)在的X-X1相連），這樣在13腳上出現(xiàn)高電平。由于電容C3存在一個(gè)放電過程，所以9腳（C）上會(huì)存在一定時(shí)間的高電平，從而使13腳也出現(xiàn)了一定時(shí)間的高電平。同樣，當(dāng)按鍵S2按下。4053的1腳出現(xiàn)高電平；按鍵S3按下，4腳接到3腳，這樣輸出端3腳就呈現(xiàn)高電平，就可以讓繼電器開始動(dòng)作，進(jìn)而通過繼電器打開電子鎖。

2.2報(bào)警器定時(shí)電路

這部分電路實(shí)現(xiàn)的功能是利用信號(hào)啟動(dòng)報(bào)警器，該部分做成可調(diào)定時(shí)報(bào)警器，可以控制報(bào)警的時(shí)間，大概在3S到十分鐘之間，可以任意調(diào)節(jié)，這樣就可以降低電子密碼鎖被破解的概率。

該電路利用到了二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器4060集成電路來進(jìn)行定時(shí)和四2輸入與非門集成電路來啟動(dòng)定時(shí)器的同時(shí)啟動(dòng)負(fù)載報(bào)警器。

從圖3中可以看出，4011的與非門a、b連接成R-S觸發(fā)器，在通電時(shí)，因?yàn)殡娙軨3上的電位不能突變，產(chǎn)生負(fù)跳變使觸發(fā)器置“1”（Q=1），D2反偏截止，4060的9～11腳與內(nèi)部電路起振并開始計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)沒有達(dá)到Q7=1時(shí)，門d輸出為“1”，去啟動(dòng)后級(jí)負(fù)載使報(bào)警器報(bào)警。待計(jì)數(shù)到Q7=1時(shí)，門d輸出為“0”，關(guān)閉定時(shí)器；與此同時(shí)，門c輸出“0”，使R-S觸發(fā)器置“0”（Q=0），D2導(dǎo)通，4060的11腳被鉗位至低電位而停振。這時(shí) =1，C6、R8微分后使4060復(fù)位，定時(shí)器處于待機(jī)狀態(tài)。如果偽碼之一的S8被按下，定時(shí)器被啟動(dòng)，報(bào)警器就要在此報(bào)警了。

電路中的電阻R7起到限流作用，電容C5通過充電和放電的過程，可以使Y點(diǎn)在一段時(shí)間內(nèi)處于高電平或者低電平，時(shí)間長(zhǎng)短由電容大小決定。電阻R9相當(dāng)于Rs，取3.9M?。電阻R10和可調(diào)電阻PR相當(dāng)于Rt，R10卻4.7k?，PR的可調(diào)范圍是0～500 k?。C7取值 0.1uF，理論上產(chǎn)生頻率為f1：在經(jīng)過4060的Q7分頻，定時(shí)頻率為f2=f1/，定時(shí)的時(shí)間就是t=1/f2。

2.3 信號(hào)控制電路

該電路是當(dāng)S4、S5、S6這三個(gè)按鍵任一個(gè)按下后，在4052模擬開關(guān)的選路下，同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)不同信號(hào)，一個(gè)是低電平0（電源負(fù)極），另一個(gè)是高電平1（電源電壓，12V）。低電平送給定時(shí)報(bào)警電路的Y點(diǎn)，這樣報(bào)警電路被啟動(dòng)，報(bào)警器報(bào)警；高電平送給密碼鎖電路的X點(diǎn)，4053使能端INH處于高電平，從而使密碼鎖不能被打開。

從原理圖可以看出，在S4、S5、S6沒有被按下時(shí)，4052控制信號(hào)A和B均為低電平（0），4052輸出端X和Y輸出信號(hào)分別是X0=0和Y0=1。之所以在輸出端X接上二極管D3，是因?yàn)?052的3腳輸出為0，這樣會(huì)影響到4053的使能端INH的高電平信號(hào)，接上二極管后，低電平信號(hào)就不能影響到4053的使能端。

當(dāng)S4、S5、S6任一個(gè)被按下后，控制信號(hào)BA=11，此時(shí)X=X3=1、Y=Y3=0。4053的使能端INH=1，密碼鎖不能打開；4011的1腳為高電平，R-S觸發(fā)器觸發(fā)，4060定時(shí)器啟動(dòng)，報(bào)警器報(bào)警。

3仿真及調(diào)試過程

本次設(shè)計(jì)的硬件電路主要由4053、4060和4052等集成塊組成，在調(diào)試電路的過程會(huì)出現(xiàn)以下問題。

問題一：電路焊接問題。

調(diào)試步驟：

1）檢查集成塊等元器件位置是否放置錯(cuò)誤。

2）檢查集成塊是否接反。

3）檢查集成塊管腳是否接錯(cuò)。

4）檢查焊接電路是否有虛焊和漏焊。

問題二：測(cè)試功能。

調(diào)試步驟：

1）檢查電源是否正常供電。

2）利用示波器測(cè)試集成塊輸出端是否有信號(hào)輸出，發(fā)現(xiàn)信號(hào)輸出正常，說明集成塊正常工作。

3）利用示波器測(cè)試報(bào)警器放大電路輸出端是否有信號(hào)輸出，發(fā)現(xiàn)信號(hào)輸出正常，說明報(bào)警器電路工作正常，同時(shí)說明是揚(yáng)聲器部分出現(xiàn)了問題。

4）故障原因：連接揚(yáng)聲器的三極管測(cè)試時(shí)被擊穿，換了一個(gè)三極管解決了問題。

4 總結(jié)

本論文主要介紹了電子密碼鎖定時(shí)報(bào)警器的硬件電路結(jié)構(gòu)，相關(guān)模塊電路的設(shè)計(jì)。首先介紹了電源電路；其次介紹了密碼鎖電路和定時(shí)報(bào)警電路；最后對(duì)信號(hào)控制電路進(jìn)行了介紹，各部分都附有電路原理圖。所有的功能都清晰的表述表現(xiàn)了出來，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的合理性、可實(shí)現(xiàn)性。

電子密碼鎖定時(shí)報(bào)警器的設(shè)計(jì)對(duì)進(jìn)一步開發(fā)產(chǎn)品、教學(xué)實(shí)踐具有一定指導(dǎo)意義，同時(shí)在人們對(duì)貴重物品、個(gè)人信息安全性日益看重的今天，電子密碼鎖定時(shí)報(bào)警器因其電路簡(jiǎn)單、成本低可以用于行李箱、手提包、日記本、檔案袋等設(shè)備上。

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