新手入门：电子密码锁基于555单稳态电路设计

电子密码锁用电压比较器、555 单稳态电路、计数器、JK 触发器、UPS 电源等设计的数字逻辑电路，实现对门的电子控制，并且有各种附加电路保证电路能够安工作，有极高的安全系数。电路密码只有16 种可供修改，但由于他人不知道密码的位数，而且还要求在规定的时间内按一定的顺序开锁，所以他人开锁的几率很小。下面介绍让人感到更安全、更方便、更放心的新型电子密码锁基于555 单稳态电路的设计。

1 引言

随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的青睐。

设计本课题时构思了两种方案：一种是用以AT89C2051 为核心的单片机控制方案;另一种是用以74LS112 双JK 触发器构成的数字逻辑电路控制方案。考虑到单片机方案原理复杂，而且调试较为繁琐，所以本文采用后一种方案。

2 总体方案设计

2.1 设计思路

共设了9 个用户输入键，其中只有4 个是有效的密码按键，其它的都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入的密码无效，需要重新输入;如果用户输入密码的时间超过40 秒(一般情况下，用户不会超过40 秒，若用户觉得不便，还可以修改)电路将报警80 秒，若电路连续报警三次，电路将锁定键盘5 分钟，防止他人的非法操作。

2.2 总体方框图

3 设计原理分析

电路由两大部分组成：密码锁电路和备用电源(UPS)，其中设置UPS 电源是为了防止因为停电造成的密码锁电路失效，使用户免遭麻烦。

密码锁电路包含：键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输入次数锁定电路。

3.1 键盘输入、密码修改、密码检测、开锁及执行电路 .

其电路如下图1 所示：

图1 键盘输入、密码修改、密码检测、开锁、执行电路 3.2 报警电路

报警电路实现的功能是：当输入密码的时间超过40 秒(一般情况下用户输入不会超过)，电路报警80 秒，防止他人恶意开锁。

电路包含两大部分，2 分钟延时和40 秒延时电路。其工作原理是当用户开始输入密码时，电路开始2 分钟计时，超出40 秒，电路开始80 秒的报警。如图3 所示

图3 报警电路[!--empirenews.page--]

有人走近门时，触摸了TP 端(TP 端固定在键盘上，其灵敏度非常高，保证电路可靠的触发)，由于人体自身带的电，使IC10 的2 脚出现低电平，使IC10 的状态发生翻转，其3 脚输出高电平，T5 导通(可以通过R12 控制T1 的基极电流)，其集电极接的黄色发光二极管D3 发光，表示现在电子锁处于待命状态,T6 截止，C4 开始通过R14 充电(充电时间是40 秒,此时为用户输入密码的时间，即用户输入密码的时间不能超过40 秒，否则电路就开始报警, 由于用户经常输入密码，而且知道密码，一般输入密码的时间不会超过40 秒)，IC2 开始进入延时40 秒的状态。

开始报警:当用户输入的密码不正确或输入密码的时间超过40 秒，IC11 的2 脚电位随着C4 的充电而下降,当电位下降到1/3Vcc 时(即40 秒延时结束时候),3 脚变成高电位(延时时是低电平),通过R15 使(R15 的作用是为了限制T7 的导通电流防止电流过大烧毁三极管)T7 导通,其集电极上面接的红色发光二极管D4 发亮,表示当前处于报警状态,T8 也随之而导通,使蜂鸣器发声,令贼人生怯,实现报警.

停止报警:当达到了80 秒的报警时间，IC10 的6,7 脚接的电容C5 放电结束,IC10 的3 脚变成低电平,T5 截止,T6 导通,强制使强制电路处于稳态，IC11 的3 脚输出低电平,使T7,T8 截止,蜂鸣器停止报警;或者用户输入的密码正确，则有开锁电路中的T10 集电极输出清除报警信号，送至T12(PNP)，T12 导通，强制使T7 基极至低电位，解除报警信号。

3.3 报警次数检测及锁定电路

若用户操作连续失误超过3 次，电路将锁定5 分钟。其工作原理如下：当电路报警的次数超过3 次，由IC9(74161)构成的3 位计数器将产生进位，通过IC7，输出清零信号送往74161 的清零端，以实现重新计数。经过IC8(与门)，送到IC12(555)的2 脚，使3 脚产生5 分钟的高电平锁定脉冲(其脉冲可由公式T=1.1RC 计算得出)，经T9 倒相，送IC6 输入端，使IC6 输出低电平，使IC13 不能开锁，到锁定的目的。电路图如下图4 所示：

图4 报警次数检测及锁定电路 3.4 备用电源电路

为了防止停电情况的发生，本电路后备了UPS 电源，它包括市电供电电路，停电检测电路，电子开关切换电路，蓄电池充电电路和蓄电池组成。其电路图如下图5 所示：

图5 电源电路

220V 市电通过变压器B 降压成12V 的交流电,再经过整流桥整流,7805 稳压到5V 送往电子切换电路，由于本电路功耗较少，所以选用10W 的小型变压器。由R8，R9，R6，R7 及IC14 构成电压比较器，正常情况下，V+V- IC14 输出高电平，由T3，T4 构成的达林顿管使继电器J 开启，将其常开触电将蓄电池和电路相连，实现市电和蓄电池供电的切换，保证电子密码锁的正常工作(视电池容量而定持续时间)。其电路图如下图6 所示：

图6 停电检测及电子开关切换电路

T1，T2 构成的蓄电池自动充电电路，它在电池充满后自动停止充电，其中D1 亮为正在充电，D2 为工作指示。由R4，R5，T1 构成电压检测电路，蓄电池电压低，则T1，T2 导通，实现对其充电;充满后，T1，T2 截止，停止充电，同时D1 熄灭，电路中C4 的作用是滤除干扰信号。其电路图如图7 所示：

图7 蓄电池自动充电电路

综上所述，这个电路的密码不能遗忘，一旦遗忘，就很难打开。用开关作74LS112 的CLK 脉冲，不是很稳定，可以调换其它高速开关或计数脉冲;电路密码只有16 种可供修改，但由于他人不知道密码的位数，而且还要求在规定的时间内按一定的顺序开锁，所以他人开锁的几率很小。所以这一防盗电子密码锁还是很可靠的。