基于纯模数电路的家居密码锁设计

王林

摘要：现如今关于家居门密码锁的使用，几乎达到全覆盖。那么关于传统钥匙锁这方面，很容易因钥匙丢失从而使换锁的悲剧发生，又或如今市面上基于单片机语音智能密码锁也会出现程序漏洞会死机等重大问题。基于此类问题，我设计了这一款完全数字化智能密码锁，不但完美避开上述缺点，而且还能实现声光报警、重置密码、复杂密码设计、低功耗及超时锁定等功能。

关键词：数字化智能密码锁;声光报警;低功耗;重置密码

1.整体设计及功能

本文设计一个全数字化的智能语音密码锁，以4位2进制密码锁设计为例。若有更多位数与十进制数的设计要求只需要进行稍微改动就能实现复杂全数字智能化密码锁，并对解锁时间与密码输入次数进行了要求：若超过30s解锁时间或连续五次输错密码，则会触发声光报警模块，并锁住按键不能继续输入，从而达到防盗的功能。相比于市面上的传统锁芯钥匙类与智能程序控制类的优点：不仅功耗低、价格便宜、而且忘记密码之后只需要进行重置密码，不需像上面两者一样，耗时耗力耗钱。

（1）解锁成功绿灯亮，倒计时锁定，方便后续操作。若在规定时间输错密码，则红灯亮，同时蜂鸣器报警，锁住时间倒计时;若在规定时间未完成输入密码，密码锁被锁定，不管密码是否正确，都会触发蜂鸣器报警。

（2）当我们在输入密码的时，不小心输入错误，我们可以采用清除按钮。

（3）设置完密码之后，倒计时30s开始计时，输入密码，只有当我们按下确认键之后，再进行开锁，进而判断解锁是否成功。

（4）同时我们对本次设计中主要采用的芯片进行了充分利用，以及对按键进行了消抖处理，保证输出脉冲高，低电平不被干扰。

（5）采用外接5v电源，电源要求不高，可操作性增强。

2.主要部分电路设计

2.1  30秒倒计时电路

本部分电路由74LS192、75LS47D与555芯片构成。计数器中的秒脉冲发生电路由555振荡电路来完成，用两个数码管显示倒计时，将两个数码管与47D芯片连接好，然后47D 芯片与74LS192之间连接按照要求来连接好，最后将秒脉冲的脉冲接到低位的减法计数器的B0端口，来一个脉冲开始从30秒开始倒计时，对于这个秒脉冲产生之后开始计时的条件必须与后面我们输入密码打开确认开关之后，才使脉冲能够起到减数计数的功能。

2.2 密码存储电路

采用74LS164D与74LS173D芯片完成信号的写入与存储功能，74LS164D 芯片是一个8位边沿触发式、串行输入的移位寄存器，利用该芯片对我们按键产生的高低电平，当按键被按下与弹起过程中，产生的脉冲信号变化，然后利用74LS164D的触发条件为上升沿，来一个高电平进行移位，来一个移位，我们在这个里面只需要用到四个移位寄存器，就实现了对密码的输入与存储功能。

最后，利用芯片74LS173D里面的四个D触发器，将移位寄存器存储的密码作为输入D1，D2，D3，D4，然后各自对应的四个Q1，Q2，Q3，Q4。在输入端口对于设计的四位二进制密码用四个发光二极管的亮灭来代表1或0，同样方法在经过D触发器后的输出端Q1～Q4也分别接一个发光二极管。

2.3 密码比较电路

在该部分电路中，我们通过对D触发器的输入输出的二极管的亮灭依次进行比较，从而判断出密码是否正确。

利用74LS86D中的与非门，分别对四个输入输出进行比较，若每一个输入对应的输出均相同，则四个输入输出经过与非门之后为0，再过非门对结果变换为1，最后利用一個四输入与非门74LS20D对结果与非之后，又变换为0，再将这个输出作为输入接到非门上，实现了0到1的转换，则出来结果为高电平。

总的来说，当四位输入输出分别对应相等经过我们与非门的转换比较之后，结果为高电平，此时我们就可以进行后续操作，让代表开锁成功的发光二极管点亮，代表开锁成功;否则，只要在四位输入输出当中，只要有一个输入输出对应不相等，都会使得最终经过与非门的信号变化为低电平，再对低电平进行控制变换处理，让代表解锁失败的发光二极管被点亮同时启动蜂鸣器报警。

2.4 对减法计数进行控制

我们将前面通过密码锁比较电路出来的高电平信号给到二输入与门芯片74LS08D的一个输入引脚3B，3A是来自减法倒计时的高位74LS192的BO13引脚，此时两个均为高电平，再将其输出3Y接到4A，然后给一个确认开关接到4B，这两个的输出4Y为高电平，作为解锁成功的发光二极管的信号，从而使发光二极管被点亮，同时将其4Y的输出也作为控制计数器停止计数的一个输入，经过一个双输入四异或门作为其的输入1A，然后将控制确认开关的信号作为另一个输入信号1B，此时在密码正确以及确认开关打开的情况下，两个输入信号均为高电平，则经过与非门之后的输出1Y为低电平，对应接入的解锁失败与蜂鸣器不能点亮与发出声响，则代表解锁成功;否则，解锁失败。

对于到了30秒计时之后，密码锁锁定，我们输入正确密码，也不能正常解锁成功。这里我们已经将高位74LS192芯片的13引脚接到了与门的1A，1B接到2Y，输出1Y给到低位减法计数引脚口，从而控制了在确认开关被打开或者30倒计时结束，都会使得最终异或门的输出结果为低电平，从而密码锁锁定。

2.5 按键消抖电路

按键消抖通常的按键所用开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，为了不产生这种现象而作的措施就是按键消抖。

3.结论

基于全数字化智能家居密码锁的优点。我坚信，在未来一定会有其立足之地的。不但能够实现防盗报警与密码错误锁定与重置，而且低功耗、价格便宜等特点。设计过程中，对于锁定与重置等方面查询了很多相关资料，才得以完成，将全数字化密码锁的带入人们的视野。

参考文献：

[1]康华光.模拟电子技术基础（第五版）[M].北京.高等教育出版社.2006.

[2]彭华林.数字电子技术[M].长沙.湖南大学出版社.2004.