如何設計基于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)，設計了宿舍防盜電子鎖.通過(guò)鑰匙和遠程短信遙控方式控制電子鎖的開(kāi)啟，在非正常開(kāi)門(mén)的情況下，通過(guò)蜂鳴器進(jìn)行報警，同時(shí)以短信的方式將警報信息發(fā)送到指定人的手機上，實(shí)現遠程報警.

1.引言

學(xué)校宿舍經(jīng)常發(fā)生被盜事件，而學(xué)校從學(xué)生隱私考慮，并未在宿舍安裝監視攝像頭來(lái)消除安全隱患.宿舍安裝的普通機械鎖結構簡(jiǎn)單，容易被撬開(kāi).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(jìn)電機驅動(dòng)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組成.在使用之前需要使用防盜器專(zhuān)用設置軟件向控制器里面寫(xiě)入需要的電話(huà)號碼，以及開(kāi)門(mén)指令，假設使用者在外地使用設置好的手機向GSM里面寫(xiě)入開(kāi)門(mén)指令，GSM接收到信號向單片機發(fā)送開(kāi)門(mén)信號，單片機控制驅動(dòng)器，帶動(dòng)步進(jìn)電機轉動(dòng)，從而打開(kāi)門(mén).

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(guò)如下步驟實(shí)現：防盜裝置開(kāi)啟，當宿舍被非法入侵時(shí)，小偷撬開(kāi)門(mén)鎖或者自己開(kāi)門(mén)，無(wú)論何種方式宿舍門(mén)被打開(kāi)的話(huà)，一律視為非法入侵.小偷開(kāi)門(mén)的同時(shí)，裝置上的紅外線(xiàn)被阻擋，裝置內的單片機開(kāi)始運作，首先響起蜂鳴器，同時(shí)單片機上的gsm模塊開(kāi)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(pán)②卡在鎖的把手上面，當短信發(fā)過(guò)來(lái)之后，信號控制電機的轉動(dòng)，使其按照要求實(shí)現不同頻率的轉動(dòng)，移動(dòng)螺母③隨電機的運動(dòng)進(jìn)行前后的移動(dòng)并用軟鋼絲與把手卡盤(pán)②連接，拉動(dòng)把手轉動(dòng)，實(shí)現門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉.安裝時(shí)，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(dòng)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(guò)固定螺孔⑧固定在門(mén)上.

3.硬件電路設計

硬件電路包括：電源，單片機，GSM模塊，步進(jìn)電機驅動(dòng)模塊和蜂鳴器報警模塊.電路設計結構如圖2所示.

在使用之前需要使用防盜器專(zhuān)用設置軟件向控制器里面寫(xiě)入需要的電話(huà)號碼，以及開(kāi)門(mén)指令，假設使用者在外地使用設置好的手機向GSM里面寫(xiě)入開(kāi)門(mén)指令，GSM接收到信號向單片機發(fā)送開(kāi)門(mén)信號，單片機控制驅動(dòng)器，帶動(dòng)步進(jìn)電機轉動(dòng)，從而打開(kāi)門(mén).

3.1 電源

電源是系統的基礎，電源的選擇對整個(gè)方案至關(guān)重要.本設計用電源220V,步進(jìn)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(jìn)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(gè)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(gè)TIM模塊，可以配置8個(gè)輸入捕捉或輸出比較通道;4路周期中斷定時(shí)器(PIT)通道;1個(gè)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(jìn)行短信的接收與發(fā)射，實(shí)現報警與遠程開(kāi)門(mén)的功能.

3.4 步進(jìn)電機驅動(dòng)器

步進(jìn)電機的控制器采用高性能步進(jìn)電機控制器2HD8080A,該控制器采用32bit數字處理器，引入控制理論中實(shí)時(shí)電流跟蹤控制，實(shí)現電流閉環(huán).8路獨立的同相PWM無(wú)差拍輸出，獨立控制全橋的上下臂，電流控制更精確.同時(shí)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(shí)時(shí)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(dòng).電磁噪音較傳統開(kāi)環(huán)驅動(dòng)器有很大的改善.本系統中，采用2HD8080A控制器控制步進(jìn)電機實(shí)現開(kāi)鎖的功能.

3.5 報警喇叭

報警喇叭用于在非正常開(kāi)門(mén)時(shí)，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(jìn)行放大，來(lái)驅動(dòng)喇叭.電路如圖4所示.

4.控制系統軟件設計

4.1 上位機軟件設計

上位機功能是進(jìn)行門(mén)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(xiě)，通過(guò)串口修改GSM中的電話(huà)號碼，發(fā)送的短信內容和指令動(dòng)作.界面如圖5所示.

4.2 下位機軟件設計

本系統控制軟件使用CodeWarrior5.0,并用圖5 防盜器專(zhuān)用設置軟件界面 BDM作為調試工具.系統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(dòng)時(shí)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(kāi)門(mén)指令，串口通訊指令和門(mén)正常打開(kāi)指令，如檢測到相關(guān)指令，進(jìn)入相應的處理程序.

5.結束語(yǔ)

基于GSM網(wǎng)絡(luò )通信和單片機的控制功能，實(shí)現了宿舍防盜電子鎖的設計與制作，通過(guò)使用GSM模塊實(shí)現遠程控制及報警.該設計具有實(shí)現簡(jiǎn)單.成本低廉.專(zhuān)用性強等優(yōu)點(diǎn)，具有一定的實(shí)用性.