基于GSM與單片機的宿舍防盜電子鎖的設計

上海電機學院機械學院 王景夏 付睿云 徐棟梁 伍忠凱 辛紹杰

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構簡單，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計方案。本方案以S12芯片為核心控制器，結合了TC35GSM模塊、步進電機驅(qū)動模塊和蜂鳴器報警模塊，設計制作了新結構的防盜電子鎖。該防盜電子鎖由機械結構和控制系統(tǒng)組成。在使用之前需要使用防盜器專用設置軟件向控制器里面寫入需要的電話號碼，以及開門指令，假設使用者在外地使用設置好的手機向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。

圖1 機械結構圖

圖2 電路設計結構圖

圖3 單片機圖

圖4 報警器模塊

圖5 防盜器專用設置軟件界面

2.機械結構設計

機械結構如圖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，向預先設置的手機號碼上發(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)門的打開和關閉。安裝時，外殼⑥可以從右側面卸下，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。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。電路設計結構如圖2所示。

圖6 程序流程圖

在使用之前需要使用防盜器專用設置軟件向控制器里面寫入需要的電話號碼，以及開門指令，假設使用者在外地使用設置好的手機向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，電源的選擇對整個方案至關重要。本設計用電源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，方便外部設備的接入。設計中使用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)軟件設計

4.1 上位機軟件設計

上位機功能是進行門禁卡號的設置，短信號碼的設置，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 下位機軟件設計

本系統(tǒng)控制軟件使用CodeWarrior5.0，并用BDM作為調(diào)試工具。系統(tǒng)程序設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，如檢測到相關指令，進入相應的處理程序。

5.結束語

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

[1]樓苗然,李光飛.單片機課程設計指導[M].北京:北京航空航天大學出版社,2007.

[2]清源科技.Protel 2004電路原理及PCB設計[M].北京:清華大學出版社,2005.