無線報(bào)警自鎖鎖的設(shè)計(jì)

無線報(bào)警自鎖鎖的設(shè)計(jì)

自中華人民共和國(guó)成立以來，這一鎖已成為保護(hù)個(gè)人隱私和生命財(cái)產(chǎn)安全的重要工具之一。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,鎖的可靠性逐漸成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。彈子鎖是一種最常見的鎖具結(jié)構(gòu),其防撬能力不足的弊端日漸明顯。針對(duì)這一問題,常用的解決方案主要是對(duì)機(jī)械方面進(jìn)行改進(jìn),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(bào)警自鎖鎖,該鎖由蜂鳴器報(bào)警電路、無線報(bào)警電路、自鎖電路和識(shí)別電路等組成,提高了鎖的可靠性。且其設(shè)計(jì)原理也同樣適用于其他類型的機(jī)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(jìn)行操作,實(shí)現(xiàn)開鎖?？梢娖胀ㄦi不能有效防撬和實(shí)現(xiàn)報(bào)警。因此,為了提高鎖的可靠性,應(yīng)使其不但具有鑰匙識(shí)別功能,同時(shí)還具有蜂鳴器報(bào)警、無線報(bào)警和自鎖功能。2無線傳感器鎖的設(shè)計(jì)2.1s00及其輸出端t形結(jié)構(gòu)自鎖鎖的結(jié)構(gòu)如圖1所示。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上,增設(shè)有鎖鉤彈簧、鎖環(huán)口、鎖鉤、鐵心線圈等;在電路設(shè)計(jì)上,增設(shè)有實(shí)現(xiàn)蜂鳴器報(bào)警、無線報(bào)警和自鎖功能的電路;在電路板1中,設(shè)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(gè)高電平沿導(dǎo)線傳送至鎖左側(cè)彈簧,從而使鎖左側(cè)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(cè)的第4排彈珠與鎖右側(cè)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(zhǎng)度的限制,左右兩側(cè)彈珠不相接觸。同時(shí),為使鎖右側(cè)的上下彈珠形成可靠的電連接,故將鎖右側(cè)的上彈珠設(shè)計(jì)成T形結(jié)構(gòu)。鎖右側(cè)的5排彈珠通過彈簧、導(dǎo)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(guān)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(shí)別電路,使電路板1和電路板2構(gòu)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(dǎo)電段。鑰匙結(jié)構(gòu)如圖2所示。由于鎖左側(cè)的5排彈珠與輸出端U2Y1連接,所以始終為高電平。鎖右側(cè)的5排彈珠經(jīng)由彈簧、導(dǎo)線后分別與5個(gè)起開關(guān)作用的三極管基極相連。如圖3所示,插入鑰匙時(shí),鑰匙的導(dǎo)電段能使鎖右側(cè)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(cè)的彈珠,然后再傳送至如圖4所示的電路板2的識(shí)別電路。2.3排彈珠關(guān)聯(lián)自鎖及報(bào)警電路電路板2可實(shí)現(xiàn)蜂鳴器報(bào)警、無線報(bào)警和自鎖功能。鎖右側(cè)的第1排彈珠關(guān)聯(lián)自鎖功能實(shí)現(xiàn)電路;第2、3排彈珠關(guān)聯(lián)蜂鳴器報(bào)警功能實(shí)現(xiàn)電路;第4、5排彈珠關(guān)聯(lián)無線報(bào)警功能實(shí)現(xiàn)電路。2.3.1彈簧控制原理蜂鳴器報(bào)警自鎖功能實(shí)現(xiàn)電路原理圖如圖5所示。將鎖右側(cè)的第1排彈珠經(jīng)彈簧、導(dǎo)線連接至三極管基極Q1b,第2、3排彈珠經(jīng)彈簧、導(dǎo)線分別連接至三極管基極Q4b、Q5b。利用三極管Q2的導(dǎo)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(dǎo)通與截止控制蜂鳴器LB1是否報(bào)警。在使用真鑰匙及金屬假鑰匙開鎖時(shí),蜂鳴器報(bào)警自鎖功能實(shí)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(bào)警功能實(shí)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(shí)經(jīng)延時(shí)電路R22、C8后連接至鎖存器U13的LE端。此外,正常工作時(shí)延時(shí)電路的延時(shí)時(shí)間TR23、C9>TR21、C7>TR22、C8。鎖右側(cè)的第4、5排彈珠經(jīng)彈簧、導(dǎo)線分別連接至三極管基極Q6b、Q7b。在未插入鑰匙時(shí),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(shí)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(shí),由于三極管發(fā)射極Q8e與自鎖功能實(shí)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(dāng)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(shí),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(shí)電路R22、C8正常工作,而延時(shí)電路R21、C7不能正常工作;當(dāng)輸出端U5Y4由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí),由于受延時(shí)電路R22、C8作用,U13的LE端延時(shí)一段時(shí)間后由高電平變?yōu)榈碗娖?根據(jù)鎖存器的性質(zhì),輸出端U13Q0為低電平,則輸出端U6Y2變?yōu)楦唠娖?三極管Q8導(dǎo)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(shí),自鎖功能實(shí)現(xiàn)電路形成自鎖。在假鑰匙全部拔出鎖芯的過程中,當(dāng)?shù)?齒段與第4排彈珠相分離時(shí),發(fā)射極Q4e、Q6e、Q7e電位由000變?yōu)?10,輸出端U5Y4變?yōu)楦唠娖健４藭r(shí),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(shí)后由低電平變?yōu)楦唠娖健８鶕?jù)鎖存器的性質(zhì),其輸出端Q0延時(shí)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(shí),自鎖功能實(shí)現(xiàn)電路解除自鎖。2.3.3收無線電波無線報(bào)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(dāng)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(rèn)輸出端VT輸出高電平,蜂鳴器LB2報(bào)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(duì)無線報(bào)警功能實(shí)現(xiàn)電路(如圖6所示)的延時(shí)電路部分進(jìn)行電路仿真,以檢驗(yàn)其可行性。RC延時(shí)電路接線示意圖如圖8所示。設(shè)初始狀態(tài)時(shí),J1、J3為高電平,J2為低電平。調(diào)節(jié)J1、J2以控制U5的輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?同時(shí),調(diào)節(jié)J3由高電平變?yōu)榈碗娖?則延時(shí)電路R22、C8正常工作。因?yàn)檠訒r(shí)時(shí)間TR21、C7>TR22、C8,所以74HC573鎖存器U13的LE端經(jīng)過一段延時(shí)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(shí)間后才由高電平變?yōu)榈碗娖?根據(jù)鎖存器的性質(zhì),其輸出端Q0保持高電平。RC延時(shí)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(shí)間tSU約為13ns～15ns,鎖存器使能到輸入D最小保持時(shí)間th約為5ns。RC延時(shí)電路的延時(shí)時(shí)間公式為:式中,E為輸入電壓,V為電容兩端充電要達(dá)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(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行了機(jī)械仿真,以檢驗(yàn)其可行性。仿真結(jié)果表明,利用真鑰匙開鎖時(shí),可順利完成開鎖;利用金屬假鑰匙試圖開鎖時(shí),形成自