無線報警自鎖鎖的設計

無線報警自鎖鎖的設計

自中華人民共和國成立以來，這一鎖已成為保護個人隱私和生命財產(chǎn)安全的重要工具之一。隨著科學技術的高速發(fā)展,鎖的可靠性逐漸成為人們日益關注的問題。彈子鎖是一種最常見的鎖具結構,其防撬能力不足的弊端日漸明顯。針對這一問題,常用的解決方案主要是對機械方面進行改進,但這仍不足以很好地提高鎖的可靠性。本文提出了一種無線報警自鎖鎖,該鎖由蜂鳴器報警電路、無線報警電路、自鎖電路和識別電路等組成,提高了鎖的可靠性。且其設計原理也同樣適用于其他類型的機械鎖。1普通鎖不能有效防撬雖然撬鎖工具多種多樣,但共同之處都是將工具插入鎖芯,利用撬棍和扭力扳手等工具進行操作,實現(xiàn)開鎖。可見普通鎖不能有效防撬和實現(xiàn)報警。因此,為了提高鎖的可靠性,應使其不但具有鑰匙識別功能,同時還具有蜂鳴器報警、無線報警和自鎖功能。2無線傳感器鎖的設計2.1s00及其輸出端t形結構自鎖鎖的結構如圖1所示。在機械結構上,增設有鎖鉤彈簧、鎖環(huán)口、鎖鉤、鐵心線圈等;在電路設計上,增設有實現(xiàn)蜂鳴器報警、無線報警和自鎖功能的電路;在電路板1中,設有U1三端集成穩(wěn)壓器LM7805及U2“與非門”芯片74LS00,其輸出端U2Y1發(fā)出一個高電平沿導線傳送至鎖左側彈簧,從而使鎖左側彈珠始終為高電平(所有彈珠均為金屬材料),如圖1(a)所示。插入鑰匙前(如圖1(b)所示),在彈簧的作用下,鎖左側的第4排彈珠與鎖右側的第4排彈珠相接觸,形成可靠的電連接,而其余4排彈珠由于受T形彈珠槽長度的限制,左右兩側彈珠不相接觸。同時,為使鎖右側的上下彈珠形成可靠的電連接,故將鎖右側的上彈珠設計成T形結構。鎖右側的5排彈珠通過彈簧、導線自上而下依次連接至電路板2的三極管基極Q1b、Q4b、Q5b、Q6b、Q7b。由于三極管的開關作用,使發(fā)射極Q1e、Q4e、Q5e、Q6e、Q7e電位為00010。然后將電位信息傳送至電路板2的識別電路,使電路板1和電路板2構成回路。2.2排彈珠與輸出端連接經(jīng)特殊處理后,鑰匙的第1、3、5齒段為絕緣段,第2、4齒段為導電段。鑰匙結構如圖2所示。由于鎖左側的5排彈珠與輸出端U2Y1連接,所以始終為高電平。鎖右側的5排彈珠經(jīng)由彈簧、導線后分別與5個起開關作用的三極管基極相連。如圖3所示,插入鑰匙時,鑰匙的導電段能使鎖右側的彈珠得電,而絕緣段則不能。以此類推(如表1所示),鑰匙可將電位信息依次傳送給鎖右側的彈珠,然后再傳送至如圖4所示的電路板2的識別電路。2.3排彈珠關聯(lián)自鎖及報警電路電路板2可實現(xiàn)蜂鳴器報警、無線報警和自鎖功能。鎖右側的第1排彈珠關聯(lián)自鎖功能實現(xiàn)電路;第2、3排彈珠關聯(lián)蜂鳴器報警功能實現(xiàn)電路;第4、5排彈珠關聯(lián)無線報警功能實現(xiàn)電路。2.3.1彈簧控制原理蜂鳴器報警自鎖功能實現(xiàn)電路原理圖如圖5所示。將鎖右側的第1排彈珠經(jīng)彈簧、導線連接至三極管基極Q1b,第2、3排彈珠經(jīng)彈簧、導線分別連接至三極管基極Q4b、Q5b。利用三極管Q2的導通與截止控制繼電器RL1的通斷,從而決定鐵心線圈得電與失電,得電則形成自鎖。利用三極管Q3的導通與截止控制蜂鳴器LB1是否報警。在使用真鑰匙及金屬假鑰匙開鎖時,蜂鳴器報警自鎖功能實現(xiàn)電路的工作狀態(tài)如表2及表3所示。2.3.2u13、qe、q6e、3ge的電位無線報警功能實現(xiàn)電路原理圖如圖6所示。在電路板1中,5V電壓經(jīng)U9三端集成穩(wěn)壓器LM7132后降為3.2V電壓,以提供給U7編碼芯片PT2262的三態(tài)地址端引腳端A0。三極管發(fā)射極Q4e連接至“與非門”U6的A4、B4端,同時經(jīng)延時電路R22、C8后連接至鎖存器U13的LE端。此外,正常工作時延時電路的延時時間TR23、C9>TR21、C7>TR22、C8。鎖右側的第4、5排彈珠經(jīng)彈簧、導線分別連接至三極管基極Q6b、Q7b。在未插入鑰匙時,三極管發(fā)射極Q4e、Q6e、Q7e的電位為010,則輸出端U5Y4為高電平并分別經(jīng)延時電路R21、C7和R22、C8傳送至鎖存器U13的D0和LE端。其輸出端Q0跟隨D0為高電平,使輸出端U6Y2為低電平,從而控制三極管Q8截止,無線射頻發(fā)射模塊F05V不發(fā)射無線電波。同時,由于三極管發(fā)射極Q8e與自鎖功能實現(xiàn)電路的三極管Q2b相連(如圖5所示),故自鎖電路不形成自鎖。當使用齒形相同但未經(jīng)特殊處理的非金屬假鑰匙或撬鎖工具試圖開鎖時,在假鑰匙插入鎖芯前,三極管發(fā)射極Q4e(即LE)和Q6e、Q7e電位為010,輸出端U5Y4為高電平;而在假鑰匙插入鎖芯過程中,由于發(fā)射極Q4e一直為低電平,輸出端U6Y4一直為高電平,因此延時電路R22、C8正常工作,而延時電路R21、C7不能正常工作;當輸出端U5Y4由高電平變?yōu)榈碗娖綍r,由于受延時電路R22、C8作用,U13的LE端延時一段時間后由高電平變?yōu)榈碗娖?根據(jù)鎖存器的性質,輸出端U13Q0為低電平,則輸出端U6Y2變?yōu)楦唠娖?三極管Q8導通,無線射頻發(fā)射模塊F05V開始發(fā)射無線電波,發(fā)光二極管D3發(fā)光,同時,自鎖功能實現(xiàn)電路形成自鎖。在假鑰匙全部拔出鎖芯的過程中,當?shù)?齒段與第4排彈珠相分離時,發(fā)射極Q4e、Q6e、Q7e電位由000變?yōu)?10,輸出端U5Y4變?yōu)楦唠娖?。此時,鎖存器U13的D0端立即變?yōu)楦唠娖?而U13的LE端經(jīng)過一段延時后由低電平變?yōu)楦唠娖?。根?jù)鎖存器的性質,其輸出端Q0延時后由低電平變?yōu)楦唠娖?則輸出端U6Y2變?yōu)榈碗娖?無線射頻發(fā)射模塊F05V停止發(fā)射無線電波,發(fā)光二極管D3停止發(fā)光,同時,自鎖功能實現(xiàn)電路解除自鎖。2.3.3收無線電波無線報警接收器的電路圖如圖7所示。射頻接收模塊J05V用于接收無線電波。當射頻接收模塊J05V通過無線接收天線收到射頻發(fā)射模塊F05V的無線電波,U12數(shù)據(jù)管腳D0端和解碼有效確認輸出端VT輸出高電平,蜂鳴器LB2報警,發(fā)光二極管D4發(fā)光。3模擬3.1延遲電路s12、c8利用Multisim軟件對無線報警功能實現(xiàn)電路(如圖6所示)的延時電路部分進行電路仿真,以檢驗其可行性。RC延時電路接線示意圖如圖8所示。設初始狀態(tài)時,J1、J3為高電平,J2為低電平。調節(jié)J1、J2以控制U5的輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?同時,調節(jié)J3由高電平變?yōu)榈碗娖?則延時電路R22、C8正常工作。因為延時時間TR21、C7>TR22、C8,所以74HC573鎖存器U13的LE端經(jīng)過一段延時后首先由高電平變?yōu)榈碗娖?而D0端電位在LE端變?yōu)榈碗娖揭欢螘r間后才由高電平變?yōu)榈碗娖?根據(jù)鎖存器的性質,其輸出端Q0保持高電平。RC延時電路波形圖如圖9所示。由于鎖存器74HC573的輸入D到鎖存使能最小建立時間tSU約為13ns～15ns,鎖存器使能到輸入D最小保持時間th約為5ns。RC延時電路的延時時間公式為:式中,E為輸入電壓,V為電容兩端充電要達到的電壓。由式(1)可得:TR21、C7≈2.3μs,TR22、C8≈0.23μs。則:Tc=TR21、C7-TR22、C8=2.07μs>>tSU>>th,故鎖存器可以正常工作。3.2無線射頻發(fā)射模塊f05v利用Solidworks軟件對本設計進行了機械仿真,以檢驗其可行性。仿真結果表明,利用真鑰匙開鎖時,可順利完成開鎖;利用金屬假鑰匙試圖開鎖時,形成自