摘 要:針對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械鎖的各種缺點(diǎn)和重要部門安全性要求，提出一種基于數(shù)字電子技術(shù)的密碼鎖核心電路設(shè)計(jì)方案，通過此方案設(shè)計(jì)的密碼鎖電路不但滿足安全性要求，也能夠適應(yīng)特殊環(huán)境的使用需求。觸發(fā)式電子密碼鎖的設(shè)計(jì)制作主要應(yīng)用了數(shù)字電子技術(shù)的編、譯碼技術(shù)，并通過按鍵實(shí)現(xiàn)密碼的設(shè)置、修改及識(shí)別功能。設(shè)計(jì)電路主要由集成芯片編、解碼電路，輕觸式按鈕及顯示電路組成。

關(guān)鍵詞:計(jì)數(shù)器; 譯碼器; 電子密碼鎖; 555單穩(wěn)態(tài)電路

中圖分類號(hào):TN79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)07-0189-03

Digital Electronic Code Lock

QIU Yan1， DENG Peng-ge2

(1. Shannxi Institute of Technology， Xi’an 710300， China; 2. Xi’an Changhe Communication Co. Ltd.， Xi’an 710075， China)

Abstract: For the shortcomings of traditional mechanical locks and the demand of important safety departments， a design scheme of digital electrical technique-based password lock is proposed. This design method of the code lock can not only satisfy the requirements， but also adapt to the needs of special environment. The design of burst mode code lock mainly adopts the coding technique and decoding technique of digital electronic technique， through the key to achieve setting， modifying and identifying the passwod. The designed circuit consists of coding and decodeing circuit of integrated chip， touch-button and display circuit.

Key words: conuter; encoder; electronic code lock; 555 monostable circuit

隨著人們生活水平的提高，如何實(shí)現(xiàn)家庭防盜這一問題也變得尤其突出，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖由于其構(gòu)造的簡單，鎖芯直接外露，導(dǎo)致被撬的事件屢見不鮮。隨著電子技術(shù)工業(yè)的發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)已經(jīng)深入到了人們生活的各個(gè)層面，各種各樣的電子產(chǎn)品也正在日新月異地向著高精尖方向發(fā)展。在安全技術(shù)防范領(lǐng)域，具有防盜報(bào)警功能的電子密碼鎖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式密碼鎖，克服了機(jī)械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點(diǎn)，使密碼鎖無論在技術(shù)上還是在性能上都大大提高一步。電子密碼鎖由于其保密性高、使用靈活性好、安全系數(shù)高，受到了廣大用戶的青睞[1]。

1 設(shè)計(jì)思路

打開一把電子密碼鎖的關(guān)鍵在于正確的輸入密碼，本設(shè)計(jì)提供了5個(gè)用戶輕觸式按鍵輸入開關(guān)，其中4個(gè)按鍵式開關(guān)是有效密碼鍵，另外一個(gè)為干擾鍵，用以防止非法用戶操作[1]。若用戶按下干擾鍵，則密碼鎖自動(dòng)鎖定，原先輸入密碼無效，為解除鎖定，用戶可按下事先設(shè)定的清零鍵進(jìn)行復(fù)位，然后方可重新輸入。當(dāng)用戶輸入密碼與預(yù)置密碼一致時(shí)，密碼鎖可打開，本設(shè)計(jì)由閃光二極管亮代表密碼正確，鎖可以打開。

2 設(shè)計(jì)原理方框圖

設(shè)計(jì)原理方框圖如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)原理方框圖

3 設(shè)計(jì)原理分析

電路由兩大部分組成:密碼鎖電路和備用電源，設(shè)置備用電源是為了防止因?yàn)橥ｋ娫斐傻拿艽a鎖電路失效，使用戶免遭麻煩。

密碼鎖電路包含:鍵盤輸入、脈沖電路、密碼檢測、開鎖示意電路、報(bào)警電路、鍵盤輸入次數(shù)鎖定電路，密碼顯示電路。特別說明的是，密碼顯示電路在密碼鎖的應(yīng)用當(dāng)中看似不合理，但在該設(shè)計(jì)電路中，主要是方便電路檢測，實(shí)際應(yīng)用中可以將顯示部分去掉或是采用適當(dāng)電路隱藏。

3.1 脈沖電路

每位密碼輸入采用脈沖輸入法，由用戶按下輕觸式開關(guān)的次數(shù)決定，通過脈沖觸發(fā)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，從而決定密碼鎖的打開與否。如圖2所示。

圖2 脈沖電路

3.2 計(jì)數(shù)芯片

在電子密碼鎖中，脈沖要求電源的質(zhì)量比較高，如果電源不穩(wěn)定脈沖也就無法正常工作，所以脈沖在整個(gè)電路中是較重要的。輸入端為四個(gè)脈沖，且每按一次，顯示部分顯示計(jì)數(shù)的記數(shù)狀況，計(jì)數(shù)器芯片采用74LS160，它的工作原理如表1所示[2]，引腳圖如圖3所示[3]。

圖3 74LS160引腳圖

表1 74LS160的工作原理

輸入

CRLDCTPCTTCPD3D2D1D0

0××××××××

10××↑D3D2D1D0

1111↑××××

110××××××

11×0×××××

輸出

Q3Q2Q1Q0CO

00000

D3D2D1D0CO=CTT*Q3 Q0

十進(jìn)制計(jì)數(shù)CO=CTT*Q3 Q0

保持CO=CTT*Q3 Q0

保持0

說明

異步置0

同步置數(shù)

3.3 密碼顯示電路

密碼顯示電路在密碼鎖的實(shí)際應(yīng)用中是需要隱藏的電路或是不進(jìn)行設(shè)計(jì)，本文是基于設(shè)計(jì)著的需要而進(jìn)行了相應(yīng)的現(xiàn)實(shí)。密碼顯示部分由譯碼器和七段數(shù)碼顯示管組成。譯碼器為CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED (數(shù)碼管)顯示器的 BCD 碼-七段碼譯碼器，特點(diǎn)如下:

具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流，可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器。通過鍵盤對(duì)密碼的輸入，通常是鍵盤輸入，但本設(shè)計(jì)采用脈沖記數(shù)的方式，即按一次計(jì)數(shù)器記一次數(shù)，每一位按到預(yù)設(shè)的正確數(shù)字然后停止，當(dāng)最后一位按到正確數(shù)字時(shí)，四組數(shù)字全都輸入完成，四個(gè)計(jì)數(shù)芯片電路也記數(shù)完成。顯示器顯示輸入狀態(tài)，由CD4511 (4線-七段鎖存譯碼器/驅(qū)動(dòng)器)完成，CD4511引腳圖如圖4所示[4]。

圖4 CD4511引腳圖

CD4511功能介紹如下[5] :

BI引腳:消隱輸入控制端。當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其他輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅(消隱)狀態(tài)，不顯示數(shù)字。

LT引腳:測試輸入端。當(dāng)BI=1，LT=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入DCBA狀態(tài)如何，七段譯碼管均發(fā)亮，顯示“8”，主要用來檢測數(shù)碼管損壞與否。

LE引腳:鎖定控制端。當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。 LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。

A1，A2，A3，A4引腳:8421BCD碼輸入端。

a，b，c，d，e，f，g引腳:為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。

3.4 密碼識(shí)別、比較電路

密碼的識(shí)別、比較電路部分主要由集成芯片74LS09四-2輸入與門(圖5)和74LS21二-4輸入與門(圖6)組成，其功能表如表2，表3所示[6]。用戶所輸入的密碼經(jīng)過電路的識(shí)別，和原設(shè)定密碼進(jìn)行比較，從而判斷該輸入的密碼是否正確，若用戶輸入密碼與預(yù)設(shè)密碼相符，則電路末端將會(huì)輸出一個(gè)高電平(1.5 V左右)，通過點(diǎn)亮發(fā)光二極管用以指示密碼正確，提示鎖可以打開，否則，密碼鎖鎖定，無法開啟。其工作原理圖如圖7所示。在實(shí)際應(yīng)用中，該高電平將會(huì)帶動(dòng)外圍電路，比如在末端接一個(gè)電磁繼電器，當(dāng)輸出是高電平時(shí)，電磁繼電器導(dǎo)通，也將會(huì)接通外圍的機(jī)械電路，比如帶動(dòng)一個(gè)機(jī)械設(shè)備打開箱子或是打開門然后開鎖，實(shí)現(xiàn)密碼鎖的完整功能。

圖5 74LS09引腳圖

圖6 74LS21引腳圖

表274LS09功能表

輸入輸出

ABY

LLL

LHL

HLL

HHH

表3 74LS21功能表

輸入輸出

ABCDY

×××LL

××L×L

×L××L

L×××L

HHHHH

圖7 電子密碼鎖密碼識(shí)別、比較部分

4 數(shù)字電子密碼鎖原理圖設(shè)計(jì)

電子密碼鎖原理圖 (脈沖、計(jì)數(shù)和顯示部分)如圖8所示[7]。

圖8 電子密碼鎖原理圖

5 UPS電源

UPS的功能是將市電電源經(jīng)UPS內(nèi)部的整流濾波電路變成直流穩(wěn)壓電源，再在逆變器內(nèi)重新將直流電變成高質(zhì)量的正弦波電源，當(dāng)市電故障[9]，或是市電波動(dòng)過大時(shí)[10]，利用蓄電池組繼續(xù)向逆變器提供直流電源，保證UPS電源的逆變電源可向用戶提供無時(shí)間中斷的交流電源。

6 數(shù)字電子密碼鎖PCB圖的設(shè)計(jì)

PCB版圖的設(shè)計(jì)如圖9所示。

圖9 PCB版圖

7 結(jié) 語

數(shù)字電子密碼鎖裸露于外的只有一個(gè)密碼輸入的鍵盤和顯示器，對(duì)于非法用戶，沒有密碼沒法輕易地打開。同時(shí)，對(duì)已使用密碼破譯的手段的非法用戶，破譯密碼會(huì)相對(duì)耗費(fèi)費(fèi)時(shí)間，而且，一旦輸入錯(cuò)誤，鍵盤還將自動(dòng)鎖住，進(jìn)一步提高了安全性能，使其應(yīng)用前景進(jìn)一步明朗化。

參考文獻(xiàn)

[1]小飛. 電子密碼鎖[EB/OL]. http://blog.21ic.com/more.asp?name=songfei002id=12441.2006.

[2]邱寄帆，唐程山.數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與綜合實(shí)訓(xùn)[M].北京:人民郵電出版社，2005.

[3]佚名.741S160引腳管腳圖及功能真值表[EB/OL].http://www.elecfans.com/article/88/196/2008/200801067003.html， 2008.

[4]沈任遠(yuǎn)，吳勇.常用電子元器件簡明手冊(cè)[M]北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[5]佚名.CD4511引腳圖及功能[EB/OL].http://hi.baidu.com/wwwczh/blog/item/25e34313769a3226dc540142.html， 2008.

[6]趙文博.新型常用集成電路速查手冊(cè)[M].北京:人民郵電出版社，2006.

[7]楊振江，雷光純.新穎實(shí)用電子設(shè)計(jì)與制作[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2006.

[8]薛揚(yáng)，李曉梅.UPS電源的研究與應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)， 2008(7):90-91.

[9]虞笑寒.UPS工作原理及故障檢修[J].空中交通管理，2008(7):43-45.

[10]楊延寧，張威虎，李建新.UPS的原理與使用[J].中國有線電視，2003(13):54-56.