声控电子锁设计

声控电子锁的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 一、声控电子锁的设计 题 目 声控电子锁设计 作 者 班 级 08自动化(2)班 学 号 指导教师 2010年6月13日 说明： 声控电子锁是利用掌声的节奏开锁的，代码检测电路是系统的主要部分。 假设掌声的节奏产生的序列脉冲为011101100，当中包括了开锁代码1101（代码可由用户另行设定）时，代码检测电路输出开锁信号。因此，代码检测电路实为“1101序列检测器”。在此提供设计要点。设：X为输入、Y为输出、S为状态，则状态 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 和状态转换图为： 分析状态转换图可见，无论X等于0或1，S1和S4的次态均一样，即S1和S4等价，所以可省去S4状态。然后用Q1Q0对S0、S1、S2、S3进行编码，可以得到状态转换表。选择触发器，由状态表求得代码为(1101)的检测电路。 S Q1 Q0 S0 0 0 S1 0 1 S2 1 0 S3 1 1 二、设计要求： 1、基本部分 （1）设计一个由掌声的节奏（序列脉冲）控制的电子锁，序列脉冲由4位0、1代码构成（代码可自行设定）。当掌声产生的序列脉冲包含有自行设定的代码，使电路输出一个高电平（也可以是低电平有效），推动执行机构动作把锁打开。执行机构可由两个LED模拟，用绿灯亮、红灯灭表示开锁，用绿灯灭、红灯亮表示关锁。 （2）掌声速度应与电路的时钟一致(例如1次/秒)。 （3）自制稳压电源。 2、发挥部分 若输入一次开锁信号未将锁打开，可重复三次，否则，启动音响报警电路并自锁。 三、报告要求 1、设计部分： ​ A、课题名称、技术指标 ​ B、框图及各级工作原理及过程 ​ C、设计参数： ①时钟频率； ②直流稳压电源的计算参数。 声控电子锁的设计 1、​ 设计原理 智能声控电子锁的工作原理框图，如图1所示。 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，第1,2,3,4框的功能是把每一个掌声转换成相应的矩形脉冲。第5,-6框则适时地产生周期为一秒左右的方波，作为时序逻辑电路(序列脉冲检测器)的同步时钟脉冲。每拍一次手掌，施密特整形电路(第4框)输出两路脉冲信号，一路作为序列脉冲检测器的输入信号x;另一路作为10秒单稳延时电路(第5框)的启动信号Q，在单稳电路处于暂稳态时，信号Q触发无效。 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秒单稳延时电路输出一个高电平，开启了时钟脉冲产生电路(第6框)，并输出7个周期为1秒的方波，第9框中的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(Y=T的脉冲)。此即开锁信号，牵引磁铁拉锁栓，门被打开。 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上升沿出现时，发生状态转换(见波形图)，因此，当时钟脉冲低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，电路中设计了第7框—时钟脉冲指示电路。它由一个黄色发光二极管来指示时钟脉冲高、低电平的时间:黄光亮时，表示时钟脉冲处在低电位，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。 为了克服掌声短促给上述同步工作造成的困难，电路中设有信号延时单稳(第3框);延时时间TW，设计在时钟脉冲周期Top的一半左右，即为: TWi ≈0.5Top 应该指出的是，1101四位脉冲序列检测器的一个工作周期的长短，取决于10秒单稳延时电路的暂稳时间1: W2。设计调整时取 TW2 ≈7Top 如果一个周期内未能把锁打开，则必须由掌声重新启动，争取在下一个周期内把锁打开。为此，电路第8框的功能是:把10秒单稳延时电路由暂稳返回稳态时出现的下降沿处理出清零信号(负微分脉冲)，使1101序列脉冲检测电路中的两个JK触发器回零，即迫使该检测电路回复到初始状态(即s。状态)，为新的一轮开锁周期作好难备。这样，就大大地增加了锁的安全系数。 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。如果附加一个小电路，则可把 来访者的叩门声作为电子门铃的触发信号，更可处理成防盗报警信号，达到一锁多用的目的。 二、序列脉冲检测电路设计 序列脉冲检测电路是智能声控电子锁的“大脑，’，是判断开门与否的电路。该部分电路的设计工作，是整个电子线路的设计重点，要分好几个步骤才能完成。 (一)设计状态转换图 1.用递推设定法设计相应状态及电路状态转换主链，如图2所示，图中各状态的排列次序为输入/输出(X/Y)，以下同。 其设计思路是:设电路初始状态为S0。从初始伏态出发，依照输入X为1101的顺序，每输入一个X，便设定了一个相应的电路状态，就有S1、S2、S3、S4四个状态。用箭头把S0到S4五个状态顺序连接，并标注对应的转换条件(X/Y)，形成了状态转换主链图。在S3状态下，再输入1脉冲后，检测电路已检测到1101的序列脉冲，则电路输出Y为1，同时电路应转换到S4状态。 2.用映射比较法确定状态转换分支 上面所说的状态转换主链，是假设输入信号(用X表示)按照欲检测脉冲序列的组合顺序逐个输入，电路状态作相应的转换而组成的一条状态转换主链。但是在某一个状态下也可能输入的是另一个逻辑量，使得状态转换出现分支；此状态转换分支离开转换主链后，我们用映射比较法判定状态转换分支的转换方向。 例如，在主链中S2的状态下，输入一个X，即为1逻辑值，则已输入脉冲序列为111，将111与欲检测脉冲序列1101的前三位110作比较，不符;将111的后两位11与1101的前两位作比较，两者都是11，即映射比较结果，有两位相符(n=2)，因此，该状态转移分支从S2状态出发，仍转回到S2状态。 再如，在S4状态下，输入脉冲为1，此时已输入脉冲序列是11011。将其后四位1011与欲检测脉冲序列1101全四位相比较，不符;将其后三位011与1101前三位相比较，不符;将其后两位11与1101的前两位作比较，两者均为11，相符合位为(n=2)，则此状态转换分支应转回到S2状态。 当然，在S4状态下，亦可输入0脉冲，此时已输入脉冲为11010序列。将此脉冲序列的后四位、后三位、后两位及末位与1101脉冲序列的全四位、前三位、前两位及首位作对应比较，结果无相符合位(即n =0)，则该分支应转回到S0状态。 依此类推，可以把离开状态转换主链的所有状态转换分支的转移方向全部确定，然后逐一标注到状态转换主链图中去，并注明相应的转换条件，便得到一幅完整的1101序列脉冲检测电路的状态转换图。如图3所示。 (二)简化状态转换图 比较一下图3中的S1和S4两个状态就会发现，两个状态是相互等效的。因为从S1状态出发的两条状态转换路径的转换条件(0/0, 1/0)及所到达的目标状态(S0,S2)与从S4出发的两条状态转换路径的转换条件(0/0,1/0)及所到达的目标状态(S0,S2)是对应一致的。既然S1与S4状态等效，则在状态转换图中就可以把S4合并到S1状态去，S4状态则删去，使状态转换图得到简化。在状态转换简图中，原从S4出发的两条状态转换路径被吸收，而从S3指向S4的一条状态转换路径，改向为S1。简化后的1101序列脉冲检测电路状态转换图如图4所示。 (三)列状态表 根据状态转换简图，可列出状态表，如表1所示。 表1 状态表 X S 0 1 S/Y S0 S1 S2 S3 S0/0 S1/0 S0/0 S2/0 S3/0 S2/0 S0/0 S1/1 (四)列状态编码表 因为1101序列脉冲检测电路的状态转换简图中只用S0到S3共四个状态，所以该检测电路可用两只JK触发器产生的两位二进制码来表示四个状态。其状态编码表，如表2所列。 表2 状态编码表 (五)列编码后的状态表 编码后的状态表如表3所列。 表3 编码后的状态表 (六)列J, K端激励表 根据JK触发器的特征方程及编码后的状态表，列出各触发器J, K端的激励表，如表4所列。 由表4知J、K的触发器状态转换的激励条件，如表5所示。 (七)用卡洛图求Y及各J, K的逻辑函数式 组合逻辑电路中用两输入与非门，并希望所用与非门最少，故由卡洛图(图5)简化得下列逻辑函数式: ； ； ； ； 三、调试要点 (1)调试时钟脉冲发生器，使输出方波周期Top在1-2s之间。 (2) 10 s单稳延时时间Tw2≈7Top (3)信号单稳延时时间TWi≈ (0.5-0.7) Top (4)电容C2为防止高频自激而设计，调试时不宜取得过大。 (5)调试时:Cp、X、Q0、Q1、 Y的波形如图6所示。 四、电路 如下图7所示。电路中采用CD4069六反相器两片、CD4011四或二输入与非门两片、555定时器两片、双JK触发器一片。其余为三极管、电阻、电容等电子元器件。供电电压为5V。