【導(dǎo)讀】人們生活水平的提高，使得人們逐漸意識(shí)到家庭防盜系統(tǒng)的重要性。傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，安全系數(shù)不高。本問設(shè)計(jì)了一款靈活輕巧，安全系數(shù)高的電子密碼鎖。
設(shè)計(jì)思路
共設(shè)了9 個(gè)用戶輸入鍵，其中只有4 個(gè)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(dòng)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(shí)間超過40 秒（一般情況下，用戶不會(huì)超過40 秒，若用戶覺得不便，還可以修改）電路將報(bào)警80 秒，若電路連續(xù)報(bào)警三次，電路將鎖定鍵盤5 分鐘，防止他人的非法操作。
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（UPS），其中設(shè)置UPS 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、密碼修改、密碼檢測、開鎖電路、執(zhí)行電路、報(bào)警電路、鍵盤輸入次數(shù)鎖定電路。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(bào)警電路
報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)的功能是：當(dāng)輸入密碼的時(shí)間超過40 秒（一般情況下用戶輸入不會(huì)超過），電路報(bào)警80 秒，防止他人惡意開鎖。電路包含兩大部分，2 分鐘延時(shí)和40 秒延時(shí)電路。其工作原理是當(dāng)用戶開始輸入密碼時(shí)，電路開始2 分鐘計(jì)時(shí)，超出40 秒，電路開始80 秒的報(bào)警。如圖2所示。
圖2 報(bào)警電路
有人走近門時(shí)，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(dǎo)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(shí)間是40 秒，此時(shí)為用戶輸入密碼的時(shí)間，即用戶輸入密碼的時(shí)間不能超過40 秒，否則電路就開始報(bào)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(shí)間不會(huì)超過40 秒），IC2 開始進(jìn)入延時(shí)40 秒的狀態(tài)。
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開始報(bào)警：當(dāng)用戶輸入的密碼不正確或輸入密碼的時(shí)間超過40 秒，IC11 的2 腳電位隨著C4 的充電而下降，當(dāng)電位下降到1/3Vcc 時(shí)（即40 秒延時(shí)結(jié)束時(shí)候），3 腳變成高電位（延時(shí)時(shí)是低電平），通過R15 使（R15 的作用是為了限制T7 的導(dǎo)通電流防止電流過大燒毀三極管）T7 導(dǎo)通，其集電極上面接的紅色發(fā)光二極管D4 發(fā)亮，表示當(dāng)前處于報(bào)警狀態(tài)，T8 也隨之而導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲，令賊人生怯，實(shí)現(xiàn)報(bào)警。
停止報(bào)警：當(dāng)達(dá)到了80 秒的報(bào)警時(shí)間，IC10 的6，7 腳接的電容C5 放電結(jié)束，IC10 的3 腳變成低電平，T5 截止，T6 導(dǎo)通，強(qiáng)制使強(qiáng)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(bào)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(bào)警信號(hào)，送至T12（PNP），T12 導(dǎo)通，強(qiáng)制使T7 基極至低電位，解除報(bào)警信號(hào)。
報(bào)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(dāng)電路報(bào)警的次數(shù)超過3 次，由IC9（74161）構(gòu)成的3 位計(jì)數(shù)器將產(chǎn)生進(jìn)位，通過IC7，輸出清零信號(hào)送往74161 的清零端，以實(shí)現(xiàn)重新計(jì)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(jì)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3所示：
圖3 報(bào)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(guān)切換電路，蓄電池充電電路和蓄電池組成。其電路圖如下圖4 所示：
圖4 電源電路
[page] 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(gòu)成電壓比較器，正常情況下，V+V- IC14 輸出高電平，由T3，T4 構(gòu)成的達(dá)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(shí)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(shí)間）。其電路圖如下圖5 所示：
圖5 停電檢測及電子開關(guān)切換電路
T1，T2 構(gòu)成的蓄電池自動(dòng)充電電路，它在電池充滿后自動(dòng)停止充電，其中D1 亮為正在充電，D2 為工作指示。由R4，R5，T1 構(gòu)成電壓檢測電路，蓄電池電壓低，則T1，T2 導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)對(duì)其充電;充滿后，T1，T2 截止，停止充電，同時(shí)D1 熄滅，電路中C4 的作用是濾除干擾信號(hào)。其電路圖如圖6 所示：
圖6 蓄電池自動(dòng)充電電路
綜上所述，這個(gè)電路的密碼不能遺忘，一旦遺忘，就很難打開。用開關(guān)作74LS112 的CLK 脈沖，不是很穩(wěn)定，可以調(diào)換其它高速開關(guān)或計(jì)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(shí)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。
電子密碼鎖用電壓比較器、555 單穩(wěn)態(tài)電路、計(jì)數(shù)器、JK 觸發(fā)器、UPS 電源等設(shè)計(jì)的數(shù)字邏輯電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)間內(nèi)按一定的順序開鎖，所以他人開鎖的幾率很小。
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