數字電子密碼鎖

摘 要:針對傳統的機械鎖的各種缺點和重要部門安全性要求，提出一種基于數字電子技術的密碼鎖核心電路設計方案，通過此方案設計的密碼鎖電路不但滿足安全性要求，也能夠適應特殊環境的使用需求。觸發式電子密碼鎖的設計制作主要應用了數字電子技術的編、譯碼技術，并通過按鍵實現密碼的設置、修改及識別功能。設計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。

關鍵詞:計數器; 譯碼器; 電子密碼鎖; 555單穩態電路

中圖分類號:TN79 文獻標識碼:A

文章編號: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，如何實現家庭防盜這一問題也變得尤其突出，傳統的機械鎖由于其構造的簡單，鎖芯直接外露，導致被撬的事件屢見不鮮。隨著電子技術工業的發展，數字電子技術已經深入到了人們生活的各個層面，各種各樣的電子產品也正在日新月異地向著高精尖方向發展。在安全技術防范領域，具有防盜報警功能的電子密碼鎖代替傳統的機械式密碼鎖，克服了機械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點，使密碼鎖無論在技術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、安全系數高，受到了廣大用戶的青睞[1]。

1 設計思路

打開一把電子密碼鎖的關鍵在于正確的輸入密碼，本設計提供了5個用戶輕觸式按鍵輸入開關，其中4個按鍵式開關是有效密碼鍵，另外一個為干擾鍵，用以防止非法用戶操作[1]。若用戶按下干擾鍵，則密碼鎖自動鎖定，原先輸入密碼無效，為解除鎖定，用戶可按下事先設定的清零鍵進行復位，然后方可重新輸入。當用戶輸入密碼與預置密碼一致時，密碼鎖可打開，本設計由閃光二極管亮代表密碼正確，鎖可以打開。

2 設計原理方框圖

設計原理方框圖如圖1所示。

圖1 設計原理方框圖

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，設置備用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、脈沖電路、密碼檢測、開鎖示意電路、報警電路、鍵盤輸入次數鎖定電路，密碼顯示電路。特別說明的是，密碼顯示電路在密碼鎖的應用當中看似不合理，但在該設計電路中，主要是方便電路檢測，實際應用中可以將顯示部分去掉或是采用適當電路隱藏。

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的次數決定，通過脈沖觸發計數器計數，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 計數芯片

在電子密碼鎖中，脈沖要求電源的質量比較高，如果電源不穩定脈沖也就無法正常工作，所以脈沖在整個電路中是較重要的。輸入端為四個脈沖，且每按一次，顯示部分顯示計數的記數狀況，計數器芯片采用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

十進制計數CO=CTT*Q3 Q0

保持CO=CTT*Q3 Q0

保持0

說明

異步置0

同步置數

3.3 密碼顯示電路

密碼顯示電路在密碼鎖的實際應用中是需要隱藏的電路或是不進行設計，本文是基于設計著的需要而進行了相應的現實。密碼顯示部分由譯碼器和七段數碼顯示管組成。譯碼器為CD4511是一個用于驅動共陰極 LED (數碼管)顯示器的 BCD 碼-七段碼譯碼器，特點如下:

具有BCD轉換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流，可直接驅動LED顯示器。通過鍵盤對密碼的輸入，通常是鍵盤輸入，但本設計采用脈沖記數的方式，即按一次計數器記一次數，每一位按到預設的正確數字然后停止，當最后一位按到正確數字時，四組數字全都輸入完成，四個計數芯片電路也記數完成。顯示器顯示輸入狀態，由CD4511 (4線-七段鎖存譯碼器/驅動器)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BI=0 時，不管其他輸入端狀態如何，七段數碼管均處于熄滅(消隱)狀態，不顯示數字。

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

LE引腳:鎖定控制端。當LE=0時，允許譯碼輸出。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數值。

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 密碼識別、比較電路

密碼的識別、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過電路的識別，和原設定密碼進行比較，從而判斷該輸入的密碼是否正確，若用戶輸入密碼與預設密碼相符，則電路末端將會輸出一個高電平(1.5 V左右)，通過點亮發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。在實際應用中，該高電平將會帶動外圍電路，比如在末端接一個電磁繼電器，當輸出是高電平時，電磁繼電器導通，也將會接通外圍的機械電路，比如帶動一個機械設備打開箱子或是打開門然后開鎖，實現密碼鎖的完整功能。

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 電子密碼鎖密碼識別、比較部分

4 數字電子密碼鎖原理圖設計

電子密碼鎖原理圖 (脈沖、計數和顯示部分)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UPS內部的整流濾波電路變成直流穩壓電源，再在逆變器內重新將直流電變成高質量的正弦波電源，當市電故障[9]，或是市電波動過大時[10]，利用蓄電池組繼續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間中斷的交流電源。

6 數字電子密碼鎖PCB圖的設計

PCB版圖的設計如圖9所示。

圖9 PCB版圖

7 結 語

數字電子密碼鎖裸露于外的只有一個密碼輸入的鍵盤和顯示器，對于非法用戶，沒有密碼沒法輕易地打開。同時，對已使用密碼破譯的手段的非法用戶，破譯密碼會相對耗費費時間，而且，一旦輸入錯誤，鍵盤還將自動鎖住，進一步提高了安全性能，使其應用前景進一步明朗化。

參考文獻

[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.數字電子技術實驗與綜合實訓[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，吳勇.常用電子元器件簡明手冊[M]北京:機械工業出版社，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[M].北京:人民郵電出版社，2006.

[7]楊振江，雷光純.新穎實用電子設計與制作[M].西安:西安電子科技大學出版社，2006.

[8]薛揚，李曉梅.UPS電源的研究與應用[J].中國高新技術企業， 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.