第四章 硬件电路的设计
图4－2电源总接线图
由上图可知，若220v电源正常通电，按下按钮SB启动电路，接触器KM的吸引线圈得电[16]，衔铁吸上，其动合主触头闭合，动断主触头断开，220V可以正常给单片机供电，电池电源在电路中被切除。若220V电源断电，接触器KM失电，吸引线圈失电，动合主触头断开，动断主触头闭合，220V转5V电路被系统切除，单片机由电池电源供电。因此在不论220V是否正常的情况下，系统都可以正常工作。同上我们在电池5V电源供电时可以按下按钮SB进行试切换，若此时220V已正常则KM通电，进入220V供电的状态，若此时220V已不能正常则KM依旧断电，进入220V供电的状态。
但是由于电池的容量较小无法长时间的提供电源，所以备用电源仅用来在应急的时刻供电，不应作为主电源。而且应当定时对电池的电量进行检测，更换电池，以防在意外情况下，指纹锁系统无法正常工作，为我们的正常的学习工作生活带来不必要的损失。
4.3 系统报警电路的设计
在第三种中我已经将报警器材选择为JN-3015的压电式蜂鸣器。所以我们的设计电路中只要将该压电式蜂鸣器，与单片机相接既可以完成。电路图如下图4-3所示。
图4－3单片机报警接线图
蜂鸣器发声原理是电流通过压电材料发生形变，因此需要一定的电流才能驱动它，单片机I/O引脚输出的电流较小，单片机输出的TTL电平基本上驱动不了
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蜂鸣器，因此需要增加一个电流放大的电路。80C51单片机实验板通过一个三极管C8550来放大驱动蜂鸣器。
如图所示，蜂鸣器的正极接到VCC（＋5V）电源上面，蜂鸣器的负极接到三极管的发射极E，三极管的基级B经过限流电阻R1后由单片机的P0.1引脚控制，当P0.1输出高电平时，三极管C8850截止，没有电流流过，蜂鸣器不发声；当P0.1输出低电平时，三极管导通，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音。因此，我们可以通过程序控制P0.1脚的电平来使蜂鸣器发出声音和关闭。
程序中改变单片机P0.1引脚输出波形的频率，就可以调整控制蜂鸣器音调，产生各种不同音色、音调的声音。另外，改变P0.1输出电平的高低电平占空比，则可以控制蜂鸣器的声音大小，这些我们都可以通过编程实验来验证。但本设计中蜂鸣器，对音色音调不做过多的考虑。
4.4 开锁电路的设计
锁的最终执行部件一个关键部分，不管采用多高级的控制方法，但最终还是要控制两件事：开锁，闭锁。在实际应用中可以采用多种方法来执行这两个动作，比如采用电磁继电器或进步电机等。电磁继电器主要由电磁系统，接触系统及传动机构等组成。当控制电路（电磁铁的线圈）中通过电流时，电磁铁即产生磁力，吸动衔铁，传动到接触系统，使触电动作，接通，断开或换接被控电路。当用于开闭锁的执行机构时可以将衔铁连接到锁芯，当控制电路（电磁铁的线圈）中通过电流时，电磁铁即产生吸力，吸动衔铁，带动锁芯缩回，开锁。当控制电路断电时，电磁铁失去吸力，衔铁在弹簧的作用下回归原位，闭锁。如果采用进步电机则可以用齿轮传动锁芯，通过控制步进电机正向或反向旋转一定角度来实现开闭锁。本设计考虑到成本的问题不采用以上方法作为执行部件，而是采用一个+5v的继电器来模拟开闭锁动作。其电路图如图4-4所示。
模拟开闭锁的工作过程为：当处理器得到开锁信号时给管脚P0.0置低点位，三极管导通，继电器线圈通电，产生磁力吸合常开弹簧开关，使发光二极管亮，模拟开锁动作。当处理器得到关门信号时给P0.0置高电位使三极管截止，继电器线圈两端电压为零，失去磁力，弹簧开关恢复断开状态，发光二极管灭，模拟闭锁动作。
图4－4开锁电路接线图
但此处要注意两点：
第四章 硬件电路的设计
（1） 继电器在三极管导通时，上面电压为上正下负，电流方向由上到下。在三
极管段时，继电器中电流突然中断，会产生感应电势，其方向是力图保持电流不变，即总想保持继电器中线圈电流中方向为由下至上。这个感应电势与电源电压叠加后加在三极管两端，容易使三极管击穿。为此要加上一个续留二极管，将继电器线圈产生的感应电势短路掉，电流方向为顺时针方向在二级管和继电器所构成的小回路里面流动，从而保护三极管。
（2） 如果采用NPN三极管C9013就需要在系统初始化使P0.0置低点位，此时
9013截止，当执行开锁命令时给P0.0置高电位使9013导通，继电器动作，80C51的P0口初始化电压为高电位，也就是说在初始化的短暂时间内会有一个的高电平的噪声，这可能造成系统上电或复位时继电器误动作。为了解决这个问题，系统采用PNP三极管C9012，它是低电位导通，当系统上电或复位时不会使继电器产生误动作。闭锁式P0.0为高电位，三极管关断，而需要开锁时，只需要将P0.0置低就行了。
4.5 密码输入电路的设计
在第三章中我们几经介绍了对键盘的选择是独立式非编码键盘，即是直接用一条I/O接口线对应连接一个按键（一键一线）的键盘电路。其优势如上文所述就是接线简单，编写程序便捷。其接线图如图3-5所示。在我们的设计当中我们选择P1作为输入密码的I/O接口，但是我们的P1口只有从P1.0~P1.7八个接口，因为我们的数字，要有0~9，共10位数字，所以不得不思考增加按键的方法。
我们的选择是在一个I/O接口上做多个按键的处理，该按键即可以为有用按键，也可为无用按键。而且我们的引线接口希望做成可插拔式的，至于一个接线盒，可以由主人自行完成接线，可自行设置密码。但我们要设置一个保持开锁或的按键在P0.2接口上，我们将门锁与接线盒的锁相连，可以同时完成开锁与闭锁的任务，只有我们的门所保持开锁的状态时才可以修改密码的接线，对密码进行修改。而我们的开锁操作要在我们输入正确密码之后由软件驱动完成。
假设我们开锁密码的顺序是P0.7，P0.6，P0.5，P0.4，将多以的三根线接到P0.0，P0.1上，完成我们接线。其接线图见下图4-5所示。
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图4－5键盘电路接线图
4.6 显示电路的设计
在单片机系统中，常常用LED数码数码管显示器来显示各种数字或符号。由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点，因此使用非常广泛。在第三章中我们对显示器材是由深圳市盈辉光电套件有限公司生产的型号为YFS-5121的数码管,其是共阴极数码管。在这里我们将选用P2口为显示的I/O接口。这里我们的数码管亮灭将有我们的软件进行控制，我们输入密码是进行提示操作，因此我们将只选用一块LED显示屏，若有需要我们可以增加译码器及静态显示接口增加显示屏，介绍一种常用静态显示电路，以使大家对静态显示有一定的了解。我们简单介绍一种常用静态显示电路，MCS-51单片机串行口方式0为移位寄存器方式，外接6片74LS164作为6位LED显示器的静态显示接口，把8031的RXD作为数据输出线，TXD作为移位时钟脉冲。74LS164为TTL单向8位移位寄存器，可实现串行输入，并行输出。其中A、B（第1、2脚）为串行数据输入端，2个引脚按逻辑与运算规律输入信号，共一个输入信号时可并接。T（第8脚）为时钟输入端，可连接到串行口的TXD端。这样便完成了一个简单的多LED屏的单片机设计。但为了节约成本不进行如此设计，以上的设计亦能很好的满足我们的设计要求。其设计电路图如图4-6所示。
第四章 硬件电路的设计
图4－6 LED电路接线图
4.7 指纹识别模块电路的设计
我们在第三章中选择了SB2000M型指纹识别模块进行指纹信息的采集与比对任务。SB2000M是已经成型的用于销售的模块产品，已在市场上进行销售。因此我们通过充分了解该模块的产品性能，技术指标，阅读其技术性文件，选择MAX232为RS-232C 接口做连接器材，按照规定对各个接线进行连接，实现SB2000M型指纹识别模块与单片机之间实现通讯。其接线图如图4-7所示. [17,18]
图4－7指纹识别模块电路接线图
4.8 总电路的设计
在本章的前几节中，我们已经依据各器件的性能对我们所设计的基于单片机的指纹防盗锁的各个器件的结构电路进行了设计。我们可以回顾一下，首先我们对单片机以及其他器件的电源进行设计，选择220V交流电转5V直流点，接下来我们设计了由干电池供电的备用电源，并与主电源进行了合并，然后我们把由JN-3015的压电式蜂鸣器组成的报警电路接到P0.1口上，将开锁电路连接到P0.0
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