隨著人們生活水平的提高,防盜變得尤其突出,傳統(tǒng)的機械鎖由于其構造簡單,難以時刻遠程監(jiān)控機械鎖,被撬時也無法遠程報警,因而被撬事件屢見不鮮。而電子鎖由于其保密性高,使用靈活和方便,安全系數(shù)高,受到了廣大用戶的青睞?,F(xiàn)在電子技術越來越成熟,電子鎖也更加便宜和智能化,因而電子鎖將逐步取代機械鎖,成為主流。普通的電子密碼鎖,僅是通過按鍵輸入密碼來開門,開門方式單一,且不夠智能化。
因此,這里提出一種基于GSM(全球移動通信系統(tǒng))的防盜系統(tǒng)設計方案。該系統(tǒng)是以富士通公司的MB95F204K單片機為控制核心,同時結合GSM通信模塊和射頻識別模塊,可以進行短信報警,極大地提高了鎖的安全性和實用性,實現(xiàn)對家居、實驗室、辦公室、倉庫等的智能化防盜管理,真正讓用戶放心。
1 總的硬件設計方案
該家居防盜系統(tǒng)主要分為4個部分:射頻識別,密碼鎖,主控單元,GSM通信模塊。模擬電路、光耦傳感器電路控制其他外圍電路,通過液晶屏顯示及按鍵設置實現(xiàn)人機交互式顯示及設置。通過串口利用易語言開發(fā)的上位機軟件進行用戶信息管理。本系統(tǒng)不僅有密碼安全機制,還能設置報警電話,利用GSM模塊及時發(fā)送短信報警,以便減少經濟損失。利用GSM模塊,用手機發(fā)送密碼短信,實現(xiàn)無鑰匙開鎖,安全性高,開門方便。其硬件電路并不復雜,但使用模塊較多,這就加大了編程的復雜度和調試的難度。因此應先通過單片機將每個模塊單獨調試后再進行整體調試。該系統(tǒng)硬件模塊結構如圖1所示。
2 各模塊設計
2.1 單片機
該系統(tǒng)采用富士通MB95F204K單片機,是8位單片機,ROM容量16KB,自帶8位MD轉換器,I/O接口最多可達17個,CMOS為15個,支持1個串口,采用DIP封裝24引腳。
此系列單片機片內Flash擦寫需要+10 V的電壓,而電路整體都用5 V的電源供電,存儲數(shù)據(jù)時擦寫不方便,故采用了24C62來存儲用戶名,密碼,手機號等數(shù)據(jù)。由于I/O接口有限,可使用單片機內部時鐘,以節(jié)省單片機引腳。
2.2 GSM模塊
GSM是Global System for Mobile Communications的縮寫,意為全球移動通信系統(tǒng),是世界上主要的蜂窩系統(tǒng)之一。GSM是基于窄帶TDMA制式,允許在一個射頻同時進行8組通話。GSM手機允許用戶接收160字長度的短信息。
本系統(tǒng)采用WAVECOM公司的GSM通信模塊,支持RS-232串口輸出功率:Class4(2 W@900 MHz),Class1(1 W@l 800/1 900 MHz),工作頻率為GSM 900 M/1 800 MHz,波特率可調,可利用單片機發(fā)送AT指令進行控制。
GSM模塊用來在非正常開門時,向用戶發(fā)送報警短信,同時用戶也可用手機向防盜系統(tǒng)發(fā)送密碼短信,實現(xiàn)無鑰匙開門。由于GSM模塊的默認的波特率與RF模塊(19200b/s)的不同,故在對GSM模塊進行初始化時,應將其波特率修改為19 200 b/s,方便用同一個串口控制。同時系統(tǒng)選用的GSM模塊接口是RS-232的,無法直接與單片機的串口相連,如圖2所示,本系統(tǒng)使用MAX232來對其串口進行電平轉換。由于剛上電時GSM模塊要搜索網(wǎng)絡,大約需占用30 s~2 min的時間,故應當在系統(tǒng)上電復后定期不斷向GSM模塊發(fā)送是否準備好請求,若GSM模塊返回‘OK’則說明GSM模塊已經準備好了,可以對其進行設置,否則還需繼續(xù)等待。
2.3 RF模塊
RF模塊選用北京易火眼科技有限公司的RF模塊,具有天線一體化,讀寫距離0~6 cm(卡距天線),支持UART接口,內置ISO14443A讀寫芯片,Mifare標準加密,IC卡的工作頻率為13.56 MHz,最大讀取速度高達106 Kb/s,波特率為19 200 b/s,自動感應卡靠近天線,并產生中斷。該RF模塊預留有蜂鳴器的控制口,可以通過單片機的串口向RF模塊發(fā)送控制命令來控制蜂鳴器發(fā)出刷卡時的“嘀嘀”聲,以表明刷卡成功。由于單片機只有一個串口,GSM模塊和RF模塊都是通過串口控制的,本系統(tǒng)利用模擬開關CD4052來實現(xiàn)串口復用,如圖2所示,即初始狀態(tài)時將GSM模塊與單片機串口相連,等待用戶的短信,或者等待單片機信號來向用戶發(fā)送報警短信,當RF模塊天線感應到卡靠近天線時,產
生高電平,控制CD4052,使單片機的串口連上RF模塊,單片機對RF模塊進行讀取信息。這樣GSM模塊和RF模塊就正常工作。
2.4 密碼鎖按鍵、顯示與報警
2.4.1 A/D按鍵
4x4鍵盤,用1根線控制。如圖3所示,利用16個串聯(lián)的200 Ω電阻將Vcc進行分壓,2只電阻節(jié)點處連按鍵開關一端,另一端接個100 Ω電位器后再連高電平(方便校正),利用MB95F204K自帶的A/D轉換器,將末端電位進行采集,并譯碼成各個按鍵編號即可。利用此單片機要在其內部的A/D采樣引腳處加一個0.1μF電容,以增加采樣時間,提高A/D轉換精度。該設計方案充分利用了MB95F204K的資源,極大地緩解了I/O不足的壓力。
對采樣結果的譯碼有多種方案:1)直接將采樣結果(8 bit)除以16。將其商調整后作為按鍵的編號??烧{整連接電阻尾部的電位器來校正,或者在編程時將商進行校正。此方案的優(yōu)點是程序簡單,缺點是誤碼率較高,因為所串的電阻阻值存在個體差異,并非都精確等于200 Ω。不過可以用精度較高的電阻來實現(xiàn),也可降低誤碼率。2)在硬件電路完成后,對每個按鍵都進行多次采樣,根據(jù)實際的采樣結果劃分每個按鍵的電壓范圍,一個按鍵對應一個采樣范圍,避開電阻不精確的同題,這樣就使得按鍵的準確度極大地提高,誤碼率非常低,缺點是程序稍顯復雜,要占用一定的程序資源。本系統(tǒng)采用的就是這種方案。
2.4.2 顯示屏
本系統(tǒng)采用GJ12864C型液晶屏,128x64個點陣,具有漢字及字符庫,支持串口和并口,為節(jié)省串口,利用單片機模擬串口,進行串行通信控制,用來顯示時間,開門信息提示,設置提示。
2. 4.3 報警喇叭
報警喇叭用于在非正常開門時,發(fā)出報警信號。采用了一個報警鈴聲的模塊,并用三極管2N3904對其信號進行放大,來驅動喇叭。報警時電流較大,由單片機通過繼電器控制喇叭的開斷。
2. 4.4 紅外傳感器
當門被打開時傳感器產生觸發(fā)信號,若同時用戶并未正確輸入密碼或刷卡,則單片機控制GSM模塊使之發(fā)送報警短信,喇叭發(fā)出報警聲。
在門中或門后加一個38 kHz調頻的紅外線收發(fā)對管,一個固定在門上,另一個固定在門框上。當門關上時,兩個在一條線上,接收管能夠接收到發(fā)射管的信號,當門被打開時,收發(fā)管不再一條直線上,則接收管不能接收到。采用38 kHz調頻的紅外線收發(fā)對管以增加其抗外界干擾能力。
3 單片機程序
3.1 AT指令
AT即Attention,AT指令集是從終端設備(Terminal Equipment,TE)或數(shù)據(jù)終端設備(Data Terminal Equipment,DTE)向終端適配器(Terminal Adapter,TA)或數(shù)據(jù)電路終端設備(Data Circuit Terminal Equipment,DCE)發(fā)送的。通過TA,TE發(fā)送AT指令來控制移動臺(Mobile Station,MS)的功能,與GSM網(wǎng)絡業(yè)務進行交互。單片機通過發(fā)送AT指令對GSM模塊進行收發(fā)的控制。例如:
串口輸入:“AT+CMGF=1\r”,由默認的PDU模式切換到TEXT模式。
串口輸入:AT+CMGS=“15008000000” “\r”,發(fā)短信到15008000000。
串口輸入:“xxx......xx\xla”,發(fā)送的內容是“xxx......xx”。
3.2 單片機總系統(tǒng)程序
采用富士通單片機專用的編程軟件SOFTUNE V3來進行單片機編程,利用富士通單片機的專用適配器進行下載。此系統(tǒng)模塊較多,控制較復雜,應當按照功能或者使用情況編寫多個函數(shù)。倒如對RF模塊和GSM模塊的讀寫都必須用單獨的函數(shù)來實現(xiàn),因為這兩個模塊在讀寫時都有較為嚴格的時序要求,尤其是RF模塊,每發(fā)送一次控翻命令之間都有嚴格的延時要求,延時不夠時易出現(xiàn)讀寫錯誤,延時太久,速度又太慢,故必須耐心進行調試。通過液晶屏顯示的提示信息必不可少,以方便用戶通過鍵盤進行系統(tǒng)設置,但提示信息要力求簡練,因為系統(tǒng)程序較為龐大,以節(jié)省系統(tǒng)資源。程序的大致的流程圖如圖4所示,密碼驗證有3種方式,刷卡要驗證卡號是否有對應的用戶,輸入密碼要驗證是否是對應用戶的密碼,密碼如果是通過手機發(fā)送的,在接收到短信時還要驗證手機號是否是對應用戶的手機號。
4 上位機軟件
本系統(tǒng)是利用易語言開發(fā)的上位機軟件,防盜系統(tǒng)通過串口與Pc機相連,上位機軟件的作用是方便管理員或用戶修改用戶信息,包括增加或刪除用戶,更改用戶名、密碼、手機號、IC卡以及管理員的信息。在上位機軟件打開前必須加上管理員登陸窗口,對登陸者的用戶名和密碼進行校驗,防止出現(xiàn)安全漏洞。
5 結束語
本系統(tǒng)設計是基于GSM模塊和RF模塊,具有短信報警,及刷卡,密碼,短信3種開門方式的防盜系統(tǒng)。將GSM模塊的短信功能融入到防盜系統(tǒng)中,因而具有了短信報警功能,報警范圍不再受距離的限制,使得鎖更加安全、智能化。同時,管理員可以通過密碼登錄上位機程序,或者通過按鍵登錄系統(tǒng),可自由設置開鎖方式,刷IC卡或輸入密碼,或同時都用;管理員可方便地進行用戶刪減,而不必換鎖;配置可以根據(jù)需要進行增減。為了進一步的應用,可將多個系統(tǒng)組成一個安全防盜體系,配合防盜攝像頭,通過上位機軟對系統(tǒng)進行實時監(jiān)控。