【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(jiǎn)單，安全系數(shù)不高。本問(wèn)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(wú)效，需要重新輸入;如果用戶輸入密碼的時(shí)間超過(guò)40 秒（一般情況下，用戶不會(huì)超過(guò)40 秒，若用戶覺(jué)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(cè)、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(cè)、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(cè)、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(guò)40 秒（一般情況下用戶輸入不會(huì)超過(guò)），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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)R15 使（R15 的作用是為了限制T7 的導(dǎo)通電流防止電流過(guò)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(cè)及鎖定電路
若用戶操作連續(xù)失誤超過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(cè)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(cè)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
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220V 市電通過(guò)變壓器B 降壓成12V 的交流電，再經(jīng)過(guò)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(cè)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(cè)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。
