《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于GSM的防盜密碼鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
來(lái)源:電子技術(shù)應(yīng)用2011年第9期
董慶賀
(桂林電子科技大學(xué) 電子工程與自動(dòng)化學(xué)院,廣西 桂林541004)
摘要: 論述一種基于GSM的防盜報(bào)警密碼鎖系統(tǒng),具有設(shè)置密碼、修改密碼、管理員權(quán)限設(shè)置、設(shè)置鍵盤鎖定時(shí)間等功能,并采用紅外裝置監(jiān)測(cè)是否正常開(kāi)門。當(dāng)用戶輸入密碼錯(cuò)誤次數(shù)超過(guò)規(guī)定值或監(jiān)測(cè)到非正常開(kāi)門時(shí),蜂鳴器報(bào)警,同時(shí)以手機(jī)短消息SMS的形式通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)給用戶發(fā)送報(bào)警信息。經(jīng)測(cè)試,系統(tǒng)使用方便、安全可靠。
關(guān)鍵詞: 密碼鎖 紅外監(jiān)測(cè) GSM
中圖分類號(hào): TP273
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
文章編號(hào): 0258-7998(2011)09-0064-03
Design and implementation of password lock security system based on GSM
Dong Qinghe
School of Electronic Engineering and Automation, Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004,China
Abstract: A password lock security system based on GSM is introduced, which can set password, modify password, set keyboard lock time and administrators. Whether the door is opened normally can be monitored by infrared ray device. In this case or when the wrong password is input continuously three times, buzzer alarm will be started. Simultaneously the alarm message will be transmitted to appointed consumer via short messaging service(SMS) of GSM network. The testing results show the system is convenient, stable and reliable.
Key words : password lock;infrared monitoring;GSM


 電子密碼鎖種類繁多,如指紋型[1]、紅外遙控[2]、無(wú)線射頻RFID[3]和GPS等。指紋密碼鎖是以人體指紋為識(shí)別載體和手段的智能鎖具,其唯一性和不可復(fù)制性決定了其為最安全的鎖種,但其價(jià)格昂貴、難以普及。紅外遙控采用紅外傳輸技術(shù),只需在不遠(yuǎn)處手執(zhí)遙控器,輸入正確密碼即可自動(dòng)開(kāi)鎖,不易被人偷窺,使用方便、安全。但鎖若被撬開(kāi)時(shí)難以有效通知用戶,缺乏遠(yuǎn)程報(bào)警功能。
    為提高密碼鎖的防盜功能,本文設(shè)計(jì)了一種基于AVR32單片機(jī)的防盜報(bào)警密碼鎖,除具有設(shè)置密碼、修改密碼、設(shè)置鍵盤鎖定時(shí)間、管理員權(quán)限設(shè)置等功能外,還具有紅外監(jiān)測(cè)是否正常開(kāi)門的功能。當(dāng)非法開(kāi)門和輸入密碼錯(cuò)誤超過(guò)3次時(shí),蜂蜜器報(bào)警并通過(guò)短信的形式發(fā)送給指定的用戶進(jìn)行報(bào)警,從而達(dá)到了遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。
1 系統(tǒng)功能及架構(gòu)
    系統(tǒng)功能:當(dāng)鎖關(guān)閉時(shí),啟動(dòng)紅外監(jiān)視模塊以監(jiān)測(cè)是否出現(xiàn)非正常開(kāi)門的情況。用戶輸入密碼,按下“確認(rèn)”鍵后,將其與設(shè)定密碼進(jìn)行比較,若一致則開(kāi)鎖,同時(shí)關(guān)閉紅外監(jiān)視裝置;若不一致,則提示重新輸入密碼,重新輸入的次數(shù)不能超過(guò)3次,若3次輸入的密碼均不正確則鎖定鍵盤,發(fā)出聲光報(bào)警,并通過(guò)GSM模塊發(fā)送短信給指定的用戶進(jìn)行報(bào)警。在開(kāi)鎖狀態(tài)下,用戶可修改密碼和設(shè)置鍵盤鎖定時(shí)間。另外,當(dāng)發(fā)生破門而入等非正常開(kāi)鎖的情況時(shí),門被打開(kāi)擋住了信號(hào)、紅外接收器接收不到信號(hào)時(shí),同樣會(huì)發(fā)出報(bào)警信息。
    系統(tǒng)由AVR32單片機(jī)、鍵盤電路、紅外發(fā)射和接收電路、液晶顯示、聲光報(bào)警和GSM電路組成。其中鍵盤作為輸入設(shè)備,用于用戶輸入和修改密碼;液晶顯示器LCD給出相應(yīng)的提示信息;紅外發(fā)射和接收電路分別放置在門兩側(cè),由單片機(jī)發(fā)射38 kHz的方波信號(hào),輸送給紅外發(fā)射電路。若接收器接收到該信號(hào),則表明門處于關(guān)閉狀態(tài);若接收不到,則表明門已被打開(kāi)。報(bào)警模塊包括蜂鳴器報(bào)警和遠(yuǎn)程報(bào)警,遠(yuǎn)程報(bào)警采用GSM模塊以短消息的方式向用戶發(fā)送報(bào)警信息。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)
2.1 鍵盤電路

    系統(tǒng)以AVR32單片機(jī)作為主控器,用于對(duì)按鍵等進(jìn)行信號(hào)處理。選擇AVR32單片機(jī)的原因主要是:(1)低功耗,ATMEG-A32運(yùn)行電壓范圍在2.7 V~5.5 V之間,功耗在正常模式下為1.1 mA,空閑模式下為0.35 mA,掉電模式下<1 &mu;A;(2)高速度,采用先進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu),具有預(yù)取指令功能,數(shù)據(jù)處理速度快,可達(dá)到1 MIPS/MHz的高速運(yùn)行處理能力;(3)片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器有32 KB、2 KB的SRAM,1 024 B的EEPROM;(4)保密性好,具有不可破解的位加密鎖Lock bit技術(shù),可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密;(5)帶有3個(gè)外部中斷,32個(gè)可編程I/O接口,方便外接外圍設(shè)備以及軟件實(shí)現(xiàn)[4]。
    選用AVR32單片機(jī)4條I/O線作為行線,4條I/O口作為列線設(shè)計(jì)為矩陣鍵盤形式,分別連接在PC口。連接在單片機(jī)外部中斷PD3端口的控制鍵,通過(guò)5.1 k?贅的限流電阻連接在VCC上。當(dāng)按下該鍵時(shí),鍵盤開(kāi)啟,否則處于關(guān)閉狀態(tài),按鍵無(wú)效,以防止密碼鎖無(wú)人使用時(shí)單片機(jī)一直對(duì)鍵盤掃描,從而降低能耗。
    16個(gè)按鍵分為功能鍵和數(shù)字健,分別是數(shù)字鍵0~9,確認(rèn)鍵E,修改密碼鍵C,重新輸入鍵A,設(shè)置鍵盤鎖定時(shí)間L,管理員權(quán)限G,開(kāi)啟鍵盤鍵O。
2.2 無(wú)線通信電路
    采用西門子公司生產(chǎn)的TC35i模塊,其功能是通過(guò)全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM網(wǎng)絡(luò)向手機(jī)發(fā)送短信[5]。該模塊支持Text和PDU格式的短消息SMS,用戶可通過(guò)AT命令進(jìn)行呼叫、短信、電話本等方面的控制,具有價(jià)格便宜、無(wú)需撥號(hào)連接和信號(hào)覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
    TC35i模塊有40個(gè)引腳,通過(guò)一個(gè)連接器ZIF引出。單片機(jī)、TC35i模塊與SIM卡之間的連接如圖2所示。其中TC35I的1~5引腳連接正電壓Vcc(推薦值4.2 V),6~10引腳接地,11和12腳為充電引腳,可以外接鋰電池。15腳是啟動(dòng)腳IGT,系統(tǒng)上電后為使TC35i進(jìn)入工作狀態(tài),必須給IGT加一個(gè)大于100 ms的低脈沖,電平下降持續(xù)時(shí)間不可超過(guò)1 ms。

 

 

    TC35I采用外接SIM卡模式,其中ZIF連接座上的CCIN(24引腳)用于檢測(cè)SIM卡是否插好,若連接正確,則CCIN引腳輸出高電平,否則為低電平。SIM卡上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND通過(guò)SIM卡閱讀器分別與TC35I的25~29引腳直接相連。
    TC35i模塊的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口是串行異步收發(fā)器,符合ITU-RS232接口標(biāo)準(zhǔn),硬件握手信號(hào)用RTS0/CTS0,軟件流量控制用XON/XOFF、CMOS電平,支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集。其中18腳RxD0、19腳TxD0為TTL的串口通信腳,需要與單片機(jī)或者PC通信,與單片機(jī)通信連接時(shí),TxD0接TxD,RxD0接RxD。
    TC35i的SYNC(32引腳)有兩種工作模式,一種是指示發(fā)射狀態(tài)時(shí)的功率增長(zhǎng)情況,另一種是指示TC35i的工作狀態(tài),可用AT命令A(yù)T+SYNC進(jìn)行切換,本系統(tǒng)采用指示TC35i的工作狀態(tài)。當(dāng)LED熄滅時(shí),表明TC35i處于關(guān)閉或睡眠狀態(tài);當(dāng)LED為600 ms亮/600 ms熄時(shí),表明SIM卡沒(méi)有插入或TC35i正在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)登錄;當(dāng)LED為75 ms亮、3 s熄時(shí),表明TC35i已登錄進(jìn)網(wǎng)絡(luò),處于待機(jī)狀態(tài)。
2.3 紅外監(jiān)測(cè)電路
    為增強(qiáng)防盜功能,系統(tǒng)在門后的兩側(cè)安裝了紅外監(jiān)測(cè)裝置[6]。其中紅外發(fā)射采用HS5100,通過(guò)單片機(jī)的PB4口控制三極管開(kāi)或關(guān),從而產(chǎn)生38 kHz頻率的發(fā)射信號(hào)。紅外接收選用HS0038,其只有3個(gè)引腳(1Out、2GND、3Vcc),脈沖信號(hào)輸出Out腳可直接與單片機(jī)I/O相連。接收不到紅外信號(hào)時(shí)輸出為高電平,反之為低電平。系統(tǒng)采用外部中斷接口PB2連接Out輸出端。如圖3所示。

3 軟件設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總流程

    系統(tǒng)上電后,單片機(jī)I/O口、LCD、內(nèi)存緩沖器初始化,同時(shí)打開(kāi)定時(shí)器和外部中斷。當(dāng)O鍵被按下時(shí),開(kāi)始掃描鍵盤,輸入密碼,期間可進(jìn)行重新輸入操作,直至按下確認(rèn)鍵E后,將其與EPROM內(nèi)保存的密碼比較,若一致則開(kāi)門,而后可修改密碼、設(shè)置允許輸錯(cuò)次數(shù)和設(shè)置鍵盤鎖定時(shí)間等操作;否則蜂鳴器響并在LCD上顯示提示信息&ldquo;密碼錯(cuò)誤,請(qǐng)重新輸入&rdquo;。當(dāng)輸錯(cuò)密碼的次數(shù)超過(guò)3次時(shí),蜂蜜器報(bào)警并發(fā)送手機(jī)短消息給指定用戶報(bào)警,并鎖定鍵盤。為提高安全性,鎖定鍵盤后,必須啟用管理員權(quán)限才可以開(kāi)鎖。此外,若在5 s內(nèi)沒(méi)有按鍵操作時(shí)就自動(dòng)關(guān)閉鍵盤。
    系統(tǒng)軟件運(yùn)行在AVR單片機(jī)上,包括主控制模塊、鍵盤掃描模塊、密碼比較判斷、修改密碼、報(bào)警模塊等。采用C語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言,總流程框圖如圖4所示。

3.2 鍵盤處理設(shè)計(jì)
    鍵盤處理模塊包括密碼輸入、修改密碼、重新輸入和管理員權(quán)限。輸入密碼采用循環(huán)掃描的方式確定按鍵值,將值存儲(chǔ)起來(lái),輸入完畢按下確認(rèn)鍵E后,將其與原來(lái)保存的密碼進(jìn)行比較,相等則開(kāi)鎖;否則報(bào)警。密碼輸入子流程如圖5所示,期間可重新輸入操作。

    在開(kāi)鎖狀態(tài)下,按下修改密碼鍵C,輸入密碼,按下確認(rèn)鍵E后,提示&ldquo;請(qǐng)?jiān)俅屋斎?amp;rdquo;,當(dāng)兩次輸入的密碼一樣時(shí),該密碼替換原來(lái)儲(chǔ)存的密碼值,并提示&ldquo;密碼修改成功&rdquo;。
    為增加系統(tǒng)的安全性和人性化,設(shè)置了管理員權(quán)限。當(dāng)因密碼輸入錯(cuò)誤而致使鍵盤被鎖時(shí),在一定的時(shí)間內(nèi)不允許再輸入密碼,避免非法侵入,之后只有使用管理員密碼才能開(kāi)鎖。
3.3 GSM軟件設(shè)計(jì)
    首先將單片機(jī)的串口接收端設(shè)置成輸入,發(fā)送端設(shè)置成輸出。GSM模塊使用前需先激活,首先置PD2端口為高電平(約10 ms),再置其為低電平(約100 ms),后再置其為高電平(約10 ms)。延時(shí)約10 s等待GSM網(wǎng)絡(luò)登錄,之后發(fā)送連機(jī)命令,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)登錄成功后設(shè)置ATE0(不回顯)、波特率、信息中心號(hào)碼、短信收發(fā)模式(此處選用txt文本模式)等,然后發(fā)送消息。
    單片機(jī)和GSM模塊之間用AT[7]指令實(shí)現(xiàn)相互之間的通信,通信數(shù)據(jù)是ASCII碼。AT指令集幾乎所有的指令都以AT(Attention)開(kāi)始,如下是主要AT指令的設(shè)置程序。
char  TC35_AWAKE[]="AT+SYNC";
char  TC35_AT[]="AT";//{0x41,0x54,0x0D};
char  TC35_ATE0[]="ATE0";//關(guān)閉字符回顯
char  TC35_IPR[]="AT+IPR=9600";//設(shè)置波特率為9 600
char  TC35_CSCA[]="AT+CSCA=";//短信服務(wù)中心地址
char  TC35_CMGF[]="AT+CMGF=1";//短信格式,1為文本,
//0為PDU
char  TC35_CMGS[]="AT+CMGS=";//發(fā)送短消息
char  TC35_CMGR[]="AT+CMGR=";//讀短信
char  TC35_CMGD[]="AT+CMGD=";//刪除短信息
char  TC35_ATOK[]="OK";
char  TC35_MSGASK[]=">";
char  TC35_NOMSG[]="+CMGR:0,,0";
char  TC35_MSGOK[]="+CMGR:";
char  TC35_SENDOK[]="+CMGS:";
char  TC35_CSCAnumber[]="+8613800773500";
char  TC35_ERROR[]="ERROR";
char  TC35_READ[]="REC READ";
char  TC35_UNREAD[]="REC UNREAD";
char  TC35_SMSO[]="AT^SMSO";//正常退出網(wǎng)絡(luò)并關(guān)機(jī)
    發(fā)送實(shí)例:某短消息服務(wù)中心向號(hào)碼為&ldquo;13737743139&rdquo;的手機(jī)發(fā)送一條報(bào)警信息,內(nèi)容為&ldquo;Password lock alarm&rdquo;。
    首先TC35i初始化和串口緩沖區(qū)清零,而后發(fā)送短信服務(wù)中心地址AT+CSCA=''+8613800138500'',以回車\r(0x0d)結(jié)束。等待回應(yīng),若設(shè)置成功則返回&ldquo;OK&rdquo;,否則為&ldquo;ERROR&rdquo;。之后發(fā)送信息,格式為:AT+CMGS=<手機(jī)號(hào)碼><CR><短信內(nèi)容><0x0d><0x1A>。即AT+CMGS=''13737743139'',回車結(jié)束,等待回應(yīng)。若設(shè)置成功則發(fā)送&ldquo;Password lock alarm&rdquo;信息,并以0x0d和0x1A結(jié)束。若發(fā)送成功則返回&ldquo;OK&rdquo;,否則為&ldquo;ERROR&rdquo;。這樣該短消息便成功發(fā)送。
    經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試,系統(tǒng)除具有普通密碼鎖的功能外,還增添了管理員權(quán)限和紅外檢測(cè)是否非正常開(kāi)門的功能,并能及時(shí)通過(guò)手機(jī)短信發(fā)送報(bào)警信息,方便快捷,且不需要支付其他費(fèi)用,提高了系統(tǒng)的安全性和遠(yuǎn)程監(jiān)控能力。
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