声控电子锁的设计(2)

2019-03-28 18:30

电平时选通,因此在38译码器的输出端分别接上非门,脉冲信号计数器在每个脉冲上升时候计数一次,同时选通4个并联计数器中的一个,所以要脉冲信号为高电平后拍掌,由电路可以知道,必须先拍掌启动开锁电路,然后再按照正确的开锁密码开锁。当拍掌信号转化为电信号为1101时,计数器1~计数器4的Q1分别1101,计数器3输出通过非门再与其他计数器输出相与得到一个高电平,即开锁电平。开锁电平驱动开锁电路和开锁指示电路。

计数器6主要计数开锁次数,当开锁次数超过限定次数启动报警电路,同时报警信号送到放大整形电路,使放大整形电路不工作,即自锁。 二、方案二:

声音采集电路 放大电路 单稳态触发器 多谐振荡器 报警电路

图2.2 基于单稳态触发器原理框图

方案原理:采用压电陶瓷片采集声音信号,经三极管C9013反向放大后触发一个NE555芯片构成单稳态触发器,驱动蜂鸣器和发光二极管工作,发光二极管和蜂鸣器两端用稳压管使电压稳定。 方案三:

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开锁模拟指示电路 传声器 放大整形电路 1101检测 电路 开锁驱动 电路 10秒单稳延时电路及脉冲产生电路 时钟脉冲指示电路 计数器(开锁次数检测 报警器 图2.3 基于检测电路原理框图

方案原理:由原理框图可见,该电子线路以脉冲数字电路为主体,兼有音频放大部分。图中,传声器是将一个声音信号转换成一个负相尖脉冲,经过三级管放大后触发NE555产生一个正脉冲信号,相当于对信号的整形。正脉冲分两路信号分别送到检测电路和NE556。NE556内部由两个NE555构成,一个做10秒单稳态延时电路另一个做脉冲信号产生电路。由放大整形后得到的脉冲信号经过反相送到延时电路,触发单稳态电路延时,延时电路产生的正脉冲信号触发脉冲产生电路产生时钟脉冲送到检测电路,为检测电路提供一个时钟脉冲。当输入信号的信号不能使检测电路启动开锁驱动电路时,必须经过声音信号再次触发单稳态延时,延时电路产生的正脉冲送到计数器,通过计数可以知道开锁次数,当开锁次数超过限定次数时,触发报警电路报警,同时信号触发信号送到放大整形电路中,锁定放大电路,从而达到自锁的功能。

设计中的核心部分是检测电路,从1101序列脉冲作为开锁命令,进一步说明电子线路工作原理和开锁过程。第一声掌声是使脉冲检测电路进入一个工作周期的启动信号。它使10秒的单稳延时电路输出一个高电平,开启了时钟脉冲产生电路,并输出7个周期为1秒的方波,1101序列脉冲检测电路开始对输入信号进行识别。若在一连串的掌声中出现了“啪!啪!义!啪!”的节律时,意即输入信号中包含有1101序列脉冲,则检测电路有一个高电平输出高电平。此即开锁信号,继电器吸合,使开门电机运转,门被打开。

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时序逻辑电路要求输入信号x脉冲与时钟脉冲同步,即对拍手时机提出要求。由于检测电路所用JK触发器是在时钟脉冲下降沿出现时,发生状态转换,因此,当时钟脉冲高电平快要结束前拍掌,则x为1;拍掌太迟或不拍掌,则输入信号被当作00。为了满足时序电路这种同步工作的需要,掌握好拍掌时机,电路中设计了时钟脉冲指示电路。它由两个不同颜色的光二极管(黄、红)来指示时钟脉冲高、低电平,当高电平时黄色发光二极管亮,表示时钟脉冲处在高电位,此时拍掌,X输入为1信号;不拍掌或在黄光熄灭以后再拍掌,输入x为0信号。

从以上分析智能声控电子锁的工作原理中可以看出:拍掌太慢或太快,开不了锁;拍掌节律不符,开不了锁;不掌握开锁电路周期性,亦开不了锁。因此对于不懂使用方法,不知道拍掌特定节律的不速之客,乱拍手掌是绝对打不开锁的。当开锁次数超过限定次数是报警电路触发同时电路自锁增加了电路电子锁的安全性。

第二节 方案论证

方案一:当第一个掌声启动开锁电路后,启动10秒延时电路进一步启动时钟脉冲产生电路整个电路开始工作。在时钟脉冲下 依次选通计数器1~计数器4,在同步时钟脉冲下如果掌声信号输入为1101,则计数器1~计数器4的Q1端输出依次为1101,计数器三的输出经过非门变低,四路信号经过与门输出为高电平,驱动开锁驱动电路工作,门打开。

如果在同步时钟脉冲下接收的掌声信号不为1101,那么最后与门输出为低,开门电路不工作。开门次数通过一个计数器计数,当超过开门次数电路驱动报警电路报警,且同时送出一个自锁信号到放大整形电路,是整个电路自锁,在报警后在可将计数器复位,则解除自锁。

因此只有把握开门时间以及拍掌毫亿兆时节奏,才能使门打开,否则电路报警且自锁。

方案二:由于单稳态触发器是低电平触发,时间比较短暂,报警不明显,不易觉察,而且没有设置掌声信号检测电路,电路不严谨,不予采用;

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方案三:当第一个掌声输入电路经过放大整形后送到JK触发器,同时启动10秒延时电路工作,延时电路进一步启动时钟脉冲产生电路,JK触发器是脉冲触发所以输入信号要在触发信号之前输入。当输入掌声信号为1101时,JK触发器经过一系列的状态转变,最后输入一个高电平,即开锁电平,驱动开锁驱动电路工作,门打开。

当输入掌声信号不为1101时,JK触发器状态变化结果输出电平为低,即不能使门打开。经过计数器判断开门次数,当开门次数超过限定时,电路报警且信号返回到放大整形电路中使电路自锁,整个电路的安全性得到了保证。电路还设置了复位功能,使电路从新工作。

第三节 方案选择

通过论证两种方案虽然实现过程不同,但是都能够实现设计要求的功能。 通过框图我们可以看出方案一的电路结构明显比方案三的复杂,特别是在检测电路的设计中,方案一用了四个计数器。从成本考虑,方案一和方案三在实现同一个电路功能的时候,方案一明显比方案三的成本高得多。从具体制作考虑,方案一过于电路过于复杂,电路元件重复较多,方案二单稳态触发器是低电平触发,时间比较短暂,报警不明显,不易觉察,而且没有设置掌声信号检测电路,电路不严谨,不予采用。因此虽然三个方案都能实现功能,但方案二的可行性更高。

在次,方案一在每次开锁的时候都必须先拍掌一次来启动整个系统,相比之下方案三检测与启动同步,设计方面比方案一更加巧妙,比方案二更严谨。因此我们选择方案三。

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第三章 单元模块电路设计

第一节 延时及脉冲产生电路设计

选用双时基电路NE556实现延时和脉冲产生。

双时基NE556组成的双时基延时计数脉冲产生电路,有单稳态延时电路和计数脉冲产生电路2部分组成,如图所示。巧妙的电路组合,在电路设计时节约器件。其功能管脚如图3.1 所示:

图3.1 NE556的管脚图

延时及脉冲产生电路如图3.2所示。

图3.2 延时及脉冲产生电路

其工作原理是:在NE556的左边够成一个单稳态触发电路,延时10秒,即一个开锁周期。在NE556的右边够成一个多谐振荡器,且由单稳态触发电路触发。在电路

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