基于GSM 通訊的智能門鎖報警系統＊

喬鵬，王學軍，劉玉振，楊文澤

（山東華宇工學院，山東 德州 253034）

1 引言

門鎖作為我們生活中聯系最為緊密的物件之一，是我們生活中不可缺少的一份子，是我們人身以及財產安全的保障。由于目前生活壓力大時常會出現打開房門會將鑰匙遺留在門鎖上，如果鑰匙被他人拿走或被復制，甚至不法分子趁虛而入，輕則會遭受財產損失，重則會危及生命安全。尤其我國已進入老齡化，60 歲以上的老人近4 億，他們當中出現“門口反應”的概率最多，其中也包括未成年人，最易忘事。經統計目前隨著門鎖結構快速發展，不法分子很難乘虛而入，但很大程度上是因為忘記拔掉鑰匙而給家庭帶來追悔莫及的損失。為了防止忘記拔除鑰匙的現象，發明了一種基于GSM的智能報警系統。

2 系統概述

為了解決以上出現忘拔鑰匙、增強門鎖的安全性以及智能化，設計了一種基于GSM 通訊的智能報警系統。該系統可以與現有的門鎖或智能鎖一起使用，也可以單獨使用。系統電路主要由控制系統和移動通信系統組成。如圖-1 所示。控制系統主要由MEGA2560 單片機、轉向器、超聲波傳感器、蜂鳴器、激光反火傳感器等組成。GSM 通信系統包括信息的遠程傳輸和信息的變化。主要由GSM 通信模塊和人機交互系統組成。其中激光對射傳感器主要是檢測鑰匙的插入和拔出，舵機的作用是作為電子備用鎖，舵機和蜂鳴器使不法分子在系統DANGER 模式下禁止強行打開門和拔走鑰匙。當我們出行時沒有將鑰匙從門上拔下來，這時激光對射傳感器檢測到鑰匙遺留在門上并且超聲波傳感器檢測到人沒有遠離家門，單片機發送信號給蜂鳴器響應提示拔走鑰匙，鑰匙拔走后該系統關閉。人走后未拔出鑰匙該系統啟動DANGER 模式這時單片機發送信號給舵機，舵機旋轉一定的角度配合機械裝置將門和鑰匙全部固定在門上，防止不法分子拔走鑰匙和打開房門。單片機向GSM 通信模塊發送信號，GSM 通信模塊向用戶手機發送短信，撥打手機提示鍵不拔出。當用戶回來后通過手機給GSM 通訊模塊發送短信（其中雙方以MD5加密方式進行數據通訊）。單片機通過GSM 接收到信號后所有執行系統回歸初始化拔走鑰匙即可。當系統處于DANGER模式單片機通過超聲波傳感器沒有檢測到門外有人時用戶給GSM 發送加密短信執行系統不會工作。

圖1 硬件系統整體圖

其中人機交互系統為用戶更改信息提供了巨大的便利性，通過顯示屏顯示智能鎖系統的工作過程以及更改號碼提供可視化操作。

3 硬件的選擇

執行系統是在鑰匙未拔出時鎖門。此時，不能用鑰匙打開車門。同時舵機也會相應的通過機械裝置將鑰匙鎖住在鎖孔。該系統主要是由MG90s 舵機來替代，mg90s 舵機尺寸是22.6mm*12.1mm*22.5mm 該舵機電壓4.5V 時的轉速和扭矩分別為0.10sec/60°和1.5Kg cm 很大程度上滿足了系統要求。其目的是為了降低整個系統的成本以及提高門鎖空間的利用率。

人機交互系統的目的是為了方便用戶通過矩陣模塊的輸入和顯示屏的視覺傳達更改GSM 模塊發送的數據對象。液晶屏采用LCD12864 是帶有中文字庫的點陣式，它主要由LCD顯示屏、控制器、驅動器和偏壓產生電路構成，可以配合單片機實現漢字和英文字符的顯示。LCD12864 液晶屏模塊功耗低、顯示的內容豐富等特點，可以很好的滿足系統的需求。

系統的環境感知目的是檢測人員以及鑰匙的插入與拔出。它主要由激光傳感器和超聲波傳感器組成。激光傳感器采用M3 激光反火開關。它使用被檢測對象對同步回路選擇的光束的屏蔽或反射。它的主要工作原理是將輸入電流在變送器上轉換成光電信號并發出。然后，接收器根據接收光的強度或誤差檢測目標物體。檢測人員一般用的是人體紅外感應，但是人體紅外檢測容易受到溫度、光源以及環境的影響應用受到很大的局限性，所以在此使用的是超聲波傳感器代替人體紅外感應。其目的除了降低成本以外可以更好地適用各種環境對于整體系統的可靠性提供了一些保障。

對于通訊模塊并沒有使用目前常見的wifi 模塊，而是選擇sim900A 通訊模塊與移動終端進行數據通信。如圖-2 所示。因為目前市場上的門鎖報警大多是通過藍牙或者ESP8266等一些wifi 模塊與手機的APP 連接進行數據通訊，通過手機APP 打開門鎖，雖然這種門鎖在成本上控制稍微好一些，但是對于GSM 模塊來說也存在著很大缺陷。首先，藍牙模塊的傳輸距離約為10 米，只要兩個設備支持藍牙通信，數據傳輸就可以在傳輸距離內以1 Mbps 的速率進行。與其他WiFi模塊和GSM 模塊相比，時分雙工傳輸方案具有功耗低的最大特點。對于WiFi 模塊，WiFi 位于2.4 GHz 頻段使用的協議是802.11 標準，大部分802.11 采用2.4 GHz ISM 頻段支持高達54 Mbps 的速度，并通過在互聯網連接上安裝接入點創建，傳輸距離約為300 英尺。GSM 通訊模塊主要由sim900A 代替但是需要電壓轉換。如圖3 所示，GSM 模塊相對于以上兩者模塊的優點傳輸距離更遠幾乎不受距離的限制只需要2G網就可以實現數據的傳遞不受wifi 信號的限制，應用領域廣闊以及受制于環境的影響較小。作為數據信息的傳輸，是系統的最佳選擇。

圖2 SIM900A 功能圖

圖3 5V-2.8v 電平轉換

4 系統軟件設計

根據系統的要求必須準確的檢測鑰匙的插入、信息的及時發送、以及機械裝置的啟動保證鑰匙不被拿走，門不被打開。然后以GSM 通訊模塊作為媒介接收發送信息保證門鎖可以被用戶打開。系統軟件流程圖如圖4 所示。

5 總結

綜上所述該系統的成本控制相比同類產品沒有強大的優勢，但該系統的安全性和可靠性具有較大的優點，適用于各種工作環境，更好地解決出門忘拔鑰匙現象。測試結果以及實際應用表明該系統已經成熟，能夠準確的實現報警功能，從而解決了鑰匙遺留在鎖上被不法分子利用，避免財產遭受損失和危及生命安全。