基于GPRS 的智能門鎖系統設計與實現

于浩，趙玉榮，劉炎銘，劉大偉，張環宇

（安徽新華學院，安徽合肥，230088）

0 引言

就傳統門鎖而言，傳統門鎖一旦使用年限較長，鎖芯老化，磨損嚴重后，會出現被相似齒輪門鎖的鑰匙打開的情況，尤其是現在居民小區普遍使用由開發商統一購買的同廠家同型號的門鎖，這種狀況發生的概率會變大。而智能門鎖則可以避免這種情況，智能門鎖不僅能在家庭，辦公樓，短租公寓，賓館，學校等場所，還可與小區和社會等的安全防護系統進行聯合并網，實現聯合報警的功能。

本文介紹了智能門鎖各個模塊電路，并設計了各模式的程序。該設計結合了GPRS 網絡的遠距離、低資費的特性，運用中斷程序在內的多種程序。該智能鎖鎖結合了AT24C02 存儲芯片，具有斷電密碼保存功能。從而本設計實現了多種功能模式的智能門鎖。最后進行了實物焊接，調試，實物的測試。

1 系統總體設計

■1.1 功能要求

該設備擁有多種模式，各種功能如下。

擁有兩種密碼—用戶密碼和管理員密碼，用戶密碼可以被修改，能初始化用戶密碼，并可以實現三種模式的轉換。

模式一：可以使用用戶密碼解鎖并可以修改用戶密碼，可以輸入管理員密碼重置用戶密碼，按下C鍵修改門鎖模式，三次輸入錯誤，發送AT 指令GPRS 模塊發短信提醒用戶。

模式二：使用人體感應裝置自動開關門，輸入管理密碼可以修改模式。

模式三：只有輸入管理員密碼轉換模式才能開門。

■1.2 設計方案

本文敘述了基于GPRS 的智能門鎖的設計思路，構造和工作的原理，以及智能門鎖的各個模塊的相互工作原理。在GPRS 網絡的基礎之上，應用無線網絡通信技術，人體感應技術等實現了這款多功能的GPRS 智能門鎖。該GPRS 的智能門鎖由SIM800L，人體感應儀，步進電機，LCD1602顯示器，4x4 矩陣鍵盤等部分組成。圖1 為系統總體結構圖。

圖1 系統總體結構圖

2 硬件電路設計

■2.1 單片機最小系統設計

單片機的最小系統就是指用最少的元器件組成的單片機可以工作的系統。一般由電源，單片機，晶振電路，復位電路組成。電路圖如圖2 所示。

圖2 單片機最小系統電路

■2.2 人體感應模塊電路

基于GPRS 模塊的智能門鎖在模式二中，需要用到人體感應模塊HC-SR501，當HC-SR501 感應到有人時，單片機給電機一個高電平，步進電機轉動開門，待檢測不到人20秒后，門鎖會自動關門。該設計模式二具有全自動感應能力，當有人進入到設備監測區時，HC-SR501 會輸出一個高電平，當設備未檢測到人員時會輸出低電平，人員持續在檢測區域內時，模塊會持續輸出高電平，以防人體被開閉門夾傷。電路圖3 所示。

圖3 人體感應模塊

為實現智能門鎖的自動延時關閉功能，就要運用HCSR501 的感應封鎖時間的功能，感應模塊在輸出一個感應后就會緊跟著運行一個感應封鎖時間，在這個期間內感應器不會受到其他感應信號的控制[1]。這功能可實現智能鎖在檢測到人員離開檢測區域后的延時關閉功能。同時還能有效地解決負載切換中的各種干擾問題。

圖4 SIM800L 電路圖

■2.3 GPRS 模塊電路

本GPRS 智能密碼鎖采用SIM800L 芯片來實現智能門鎖的通信監控報警功能[2]，SIM800L 是一款雙頻GPRS 模塊，它由國內領先的移動通信設備企業中國上海晨訊科技集團設計的。該模塊使用簡單的AT 指令控制SIM 板塊的收發短信。GPRS 模塊在待機狀態下電流僅1mA，非常省電。在無外接電源的情況下，普通干電池也能使SIM800L 持續待機運行幾天的時間。通過串口，單片機可以向SIM800L 發送AT 指令，從而實現了GPRS 的發送短信報警的功能。電路圖如4 所示。

■2.4 液晶顯示電路

1602 液晶顯示器顯示的字符比較簡單，容易操作。LCD 顯示屏是利用液晶的物理性質達到顯示的目的，液晶分子受到不同電極時的狀態不一樣，通過控制顯示屏中各個位置的電極，讓液晶分子呈現不同的狀態，就能達到顯示的目的。由于液晶分子的這種物理特性，LCD 顯示屏在收到信號之后會恒定的顯示，不會出現頻閃，也不會出現圖像失真現象，在這點LCD 要優于LED。具體見圖5 所示。

圖5 液晶顯示模塊電路圖

3 系統軟件設計

本設計程序主要由主程序，重置密碼程序，修改用戶密碼程序，修改多種模式程序等程序組成。重置密碼程序是輸入正確的管理員密碼，按下重置鍵，即可成功重置用戶密碼；修改用戶密碼的功能，用戶可以輸入兩次正確的用戶密碼，智能門鎖自動進入修改密碼程序，連續輸入兩次正確的新密碼即可成功修改用戶密碼；智能門鎖擁有三種模式，輸入正確的管理員密碼之后，按下切換模式按鍵進行模式切換，即可切換成其他模式。主要程序流程如圖6 所示。

圖6 主要流程圖

4 實物測試

■4.1 GPRS 短信報警功能測試

連續輸錯三次密碼，LCD1602 液晶顯示屏顯示send message…發送短信并進入模式三，在模式三下只有輸入管理員密碼來進行模式切換才能解鎖密碼鎖[3]。如圖7 顯示。用戶手機收到短信：“密碼已輸錯三次。”提示報警，如圖8 顯示。

圖7 LCD 顯示發送

圖8 手機接收報警短信截圖

■4.2 密碼修改測試

修改密碼需要輸入正確的用戶密碼，步進電機轉動后再次輸入用戶密碼[4]。此時LCD 顯示設置新的密碼英文字樣。然后輸入新密碼后按下D 確定鍵，然后再次輸入相同的密碼在按下D 確定按鍵。兩次密碼一致則修改成功。如圖9，圖10，圖11 所示。

圖9 設置新密碼

圖10 再次輸入

圖11 修改成功

■4.3 重置密碼功能測試

本設計的密碼鎖具有防止密碼遺忘的重置密碼功能。在模式一下輸入正確的管理員密碼后按下B 鍵，即可將用戶密碼重置為初始化用戶密碼000000[5]。在重置用戶密碼后，LCD 顯示RestPasswordOK 字樣。之前的用戶密碼將不可開鎖，管理員密碼只可在程序中更改。重置密碼成功后按下＊號按鍵即可跳轉到輸入密碼界面，如圖12 所示。

■4.4 開鎖功能測試

模式一，輸入用戶密碼，按下#號鍵即可開鎖，開鎖后20 秒后步進電機自動反轉模擬關鎖。如圖12 所示開鎖成功[6]。

圖12 重置密碼成功

模式二，讓感應模塊感應到人，步進電機正轉模擬門鎖打開。感應不到人20 秒后，步進電機自動模擬門鎖的關閉。

模式三，該模式下不可開鎖，如圖13 所示。

圖13 開鎖成功

5 結論

隨著生活的方方面面都被智能化的時候，門鎖作為千家萬戶必不可少的生活物品，當然也避免不了被智能化。普通門鎖由于只有鑰匙這一種辦法開鎖，給生活帶來了不少麻煩。現在年輕人的生活工作壓力大，經常會出現鑰匙忘記帶進不了門，或者開門后鑰匙還遺留在門鎖上的現象。很多老年人和兒童他們很容易遺忘或者遺留鑰匙。這些都是普通門鎖可能會遇到的諸多問題。很多短租或者長租公寓的租客流動性強，出于安全，短租企業會經常更換鎖具，造成運營成本提高。國內的智能門鎖的普及率相較于日韓相比很低。所以，本設計具有廣闊的應用前景，和實際的應用價值。