如何設(shè)計基于GSM與單片機的宿舍防盜電子鎖？

基于16位微處理器S12XS128和GSM技術(shù)，設(shè)計了宿舍防盜電子鎖.通過鑰匙和遠程短信遙控方式控制電子鎖的開啟，在非正常開門的情況下，通過蜂鳴器進行報警，同時以短信的方式將警報信息發(fā)送到指定人的手機上，實現(xiàn)遠程報警.

1.引言

學校宿舍經(jīng)常發(fā)生被盜事件，而學校從學生隱私考慮，并未在宿舍安裝監(jiān)視攝像頭來消除安全隱患.宿舍安裝的普通機械鎖結(jié)構(gòu)簡單，容易被撬開.為了增加安全保障，提出了一款基于GSM遠程控制報警防盜器的設(shè)計方案.本方案以S12芯片為核心控制器，結(jié)合了TC35GSM模塊.步進電機驅(qū)動模塊和蜂鳴器報警模塊，設(shè)計制作了新結(jié)構(gòu)的防盜電子鎖.該防盜電子鎖由機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成.在使用之前需要使用防盜器專用設(shè)置軟件向控制器里面寫入需要的電話號碼，以及開門指令，假設(shè)使用者在外地使用設(shè)置好的手機向GSM里面寫入開門指令，GSM接收到信號向單片機發(fā)送開門信號，單片機控制驅(qū)動器，帶動步進電機轉(zhuǎn)動，從而打開門.

2.機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

機械結(jié)構(gòu)如圖1所示.裝置的報警功能通過如下步驟實現(xiàn)：防盜裝置開啟，當宿舍被非法入侵時，小偷撬開門鎖或者自己開門，無論何種方式宿舍門被打開的話，一律視為非法入侵.小偷開門的同時，裝置上的紅外線被阻擋，裝置內(nèi)的單片機開始運作，首先響起蜂鳴器，同時單片機上的gsm模塊開始運行，向預(yù)先設(shè)置的手機號碼上發(fā)送短信，提示報警.把手卡盤②卡在鎖的把手上面，當短信發(fā)過來之后，信號控制電機的轉(zhuǎn)動，使其按照要求實現(xiàn)不同頻率的轉(zhuǎn)動，移動螺母③隨電機的運動進行前后的移動并用軟鋼絲與把手卡盤②連接，拉動把手轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)門的打開和關(guān)閉.安裝時，外殼⑥可以從右側(cè)面卸下，先卸下外殼，裝上螺母導軌⑦，再將移動螺母③裝配上，固定住電機擋板⑤.然后組合上外殼 ⑥的右側(cè).最后將自攻螺釘通過固定螺孔⑧固定在門上.

3.硬件電路設(shè)計

硬件電路包括：電源，單片機，GSM模塊，步進電機驅(qū)動模塊和蜂鳴器報警模塊.電路設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖2所示.

在使用之前需要使用防盜器專用設(shè)置軟件向控制器里面寫入需要的電話號碼，以及開門指令，假設(shè)使用者在外地使用設(shè)置好的手機向GSM里面寫入開門指令，GSM接收到信號向單片機發(fā)送開門信號，單片機控制驅(qū)動器，帶動步進電機轉(zhuǎn)動，從而打開門.

3.1 電源

電源是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，電源的選擇對整個方案至關(guān)重要.本設(shè)計用電源220V,步進電機采用12V電壓，單片機模塊和GSM模塊為5V電壓.

為此，選用輸入電源170~264VAC,輸出電壓為12V,5V的電源，該電源外接220V交流電，輸出12V電壓為步進電機供電，輸出5V為單片機和GSM模塊供電.

3.2 單片機

設(shè)計選擇的單片機型號為MC9S12XS128.

該機有16個AD通道，可以配置8.10.12位精度;8路PWM;2路SCI接口;1路SPI接口;1個TIM模塊，可以配置8個輸入捕捉或輸出比較通道;4路周期中斷定時器(PIT)通道;1個CAN模塊;及其豐富的IO口，方便外部設(shè)備的接入.設(shè)計中使用SCI和上位機通訊.單片機如圖3所示.

3.3 GSM模塊

TC35是一款雙頻900/1800MHZ高度集成的GSM模塊，該模塊從3.3V到5.5V電源供電，工作頻段GSM900MHZ和DCS1800MHZ,發(fā)射功率2W.設(shè)計中采用TC35進行短信的接收與發(fā)射，實現(xiàn)報警與遠程開門的功能.

3.4 步進電機驅(qū)動器

步進電機的控制器采用高性能步進電機控制器2HD8080A,該控制器采用32bit數(shù)字處理器，引入控制理論中實時電流跟蹤控制，實現(xiàn)電流閉環(huán).8路獨立的同相PWM無差拍輸出，獨立控制全橋的上下臂，電流控制更精確.同時加入200K的基頻，徹底消除次諧波，并加入電子阻尼技術(shù)以及實時矢量合成后的 PWM輸出.

使得電機的低頻.倍頻共振.高頻自激振動.電磁噪音較傳統(tǒng)開環(huán)驅(qū)動器有很大的改善.本系統(tǒng)中，采用2HD8080A控制器控制步進電機實現(xiàn)開鎖的功能.

3.5 報警喇叭

報警喇叭用于在非正常開門時，發(fā)出報警信號.采用了報警鈴聲的模塊，并用三極管9014對其信號進行放大，來驅(qū)動喇叭.電路如圖4所示.

4.控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 上位機軟件設(shè)計

上位機功能是進行門禁卡號的設(shè)置，短信號碼的設(shè)置，發(fā)送短信和顯示接收的短信.上位機的軟件基于labview編寫，通過串口修改GSM中的電話號碼，發(fā)送的短信內(nèi)容和指令動作.界面如圖5所示.

4.2 下位機軟件設(shè)計

本系統(tǒng)控制軟件使用CodeWarrior5.0,并用圖5 防盜器專用設(shè)置軟件界面 BDM作為調(diào)試工具.系統(tǒng)程序設(shè)計由單片機初始化模塊，GSM初始化模塊和初始化模塊組成.程序流程如圖6所示.

程序啟動時對單片機硬件初始化，對GSM模塊初始化，然后一直判斷是否有開門指令，串口通訊指令和門正常打開指令，如檢測到相關(guān)指令，進入相應(yīng)的處理程序.

5.結(jié)束語

基于GSM網(wǎng)絡(luò)通信和單片機的控制功能，實現(xiàn)了宿舍防盜電子鎖的設(shè)計與制作，通過使用GSM模塊實現(xiàn)遠程控制及報警.該設(shè)計具有實現(xiàn)簡單.成本低廉.專用性強等優(yōu)點，具有一定的實用性.