許昌學(xué)院 王 曄

許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院 馬齋愛(ài)拜

1.引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，普通的機(jī)械防盜器和單項(xiàng)防盜器在越來(lái)越高明的高科技作案手段下已經(jīng)顯得力不從心。尤其在保險(xiǎn)柜防盜領(lǐng)域更為明顯，市面上比較常見(jiàn)的保險(xiǎn)柜柜類產(chǎn)品中，普通防盜器采用的有：機(jī)械類、電子類、刷卡式、指紋類、遙控密碼箱等等。

機(jī)械類防盜器由于其原理簡(jiǎn)單，只能延緩被盜時(shí)間，因而被盜事情不斷。電子類防盜器由于其不能及時(shí)的為用戶提供異常信息，不能和用戶及時(shí)互動(dòng)，執(zhí)行用戶的遠(yuǎn)程控制命令，仍造成被盜事件不斷。并且這類單項(xiàng)防盜器都存在以下致命的缺點(diǎn)：盜竊時(shí)僅僅出現(xiàn)聲光報(bào)警，不能及時(shí)把盜竊信息發(fā)送與遠(yuǎn)處的用戶，不能讓用戶采取有效地防措施，及時(shí)的阻止盜竊事件的發(fā)生?？梢?jiàn)，設(shè)計(jì)一款新型的、安全的保險(xiǎn)柜防盜器是勢(shì)在必行。

2.新型雙向智能保險(xiǎn)柜防盜器的設(shè)計(jì)

（1）工作原理介紹

系統(tǒng)由震動(dòng)傳感器、熱釋電紅外傳感器、斷電檢測(cè)裝置檢測(cè)信號(hào)，并把信號(hào)發(fā)送與單片機(jī)，單片機(jī)檢測(cè)并判斷是否為異常信息，若是異常信息，則單片機(jī)立即發(fā)送指令給TC35I手機(jī)通信模塊。TC35I借助與GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送手機(jī)短信給用戶。用戶查看信息。并采取相應(yīng)措施。用戶還可以以編輯短信的形式發(fā)送遠(yuǎn)程指令給防盜器。TC35I接收信息，并送與單片機(jī)，單片機(jī)提取指令，并按照指令內(nèi)容控制相應(yīng)的控制部件，控制部件完成相應(yīng)的控制動(dòng)作，比如：步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)…從而達(dá)到保險(xiǎn)柜處于不被盜的狀態(tài)。

（2）硬件電路的設(shè)計(jì)

①STC89C54單片機(jī)最小系統(tǒng)

所謂單片機(jī)最小系統(tǒng)就是指在單片機(jī)的外部增加盡可能少的元件電路，組成一個(gè)讓單片機(jī)可獨(dú)立工作的系統(tǒng)，主要包括單片機(jī)的振蕩電路和復(fù)位電路。如圖3-1所示，為單片機(jī)的最小片系統(tǒng)圖。通過(guò)XTAL1和XTAL2外接石英晶體振蕩器和兩只電容構(gòu)成振蕩電路。本設(shè)計(jì)所需的石英晶體振蕩器頻率為12MHz左右。復(fù)位電路比較簡(jiǎn)單，只有兩種復(fù)位方式，即加電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)通過(guò)RST引腳外接一只電容、一只電阻和外加電源以及手動(dòng)復(fù)位開(kāi)關(guān)構(gòu)成單片機(jī)的復(fù)位電路。如圖1所示

②TC35I通信模塊簡(jiǎn)介

TC35I新版西門子工業(yè)GSM模塊是一個(gè)支持中文短信息的工業(yè)級(jí)GSM模塊，他一般工作在EGSM9OO和GSM18OO雙頻段，電源范圍為直流3.3～4.8V，電流消耗——休眠狀態(tài)為3.5mA，空閑狀態(tài)為25mA，發(fā)射狀態(tài)為3OOmA（平均），2.5A峰值；可傳輸語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信號(hào)，功耗在EGSM9OO（4類）和GSM18OO（1類）分別為2W和1W，通過(guò)接口連接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。SIM電壓為3V/1.8V，TC35i的數(shù)據(jù)接口（CMOS電平）通過(guò)AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，可選波特率為3OOb/s～115kb/s，自動(dòng)波特率為1.2kb/s～115kb/s。它支持Text（如123abc）和PDU（如漢字）格式的SMS（Short Message Service，短消息），可通過(guò)AT命令或關(guān)斷信號(hào)實(shí)現(xiàn)重啟和故障恢復(fù)。

TC35I硬件電路的組成：TC35I由供電模塊（ASIC）、閃存、ZIF連接器、天線接口等6部分組成。作為TC35i的核心基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信號(hào)，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有模擬和數(shù)字功能。

TC35I模塊有4O個(gè)引腳，這些引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。

③傳感器的選擇

在本設(shè)計(jì)中，考慮到保險(xiǎn)柜一般情況下都是靜止的，一旦安裝之后就很少變換位置，同時(shí)也考慮到盜賊在竊取貴重東西以及重要機(jī)密文件時(shí)要對(duì)保險(xiǎn)柜破解密碼，或者在不得已的情況下采取非常規(guī)的辦法，比如：切割保險(xiǎn)柜、爆破保險(xiǎn)柜等。為此，為了能更快的采取措施，本文主要采用以下幾種傳感器：振動(dòng)傳感器、熱釋電紅外傳感器、主電源檢測(cè)傳感器、機(jī)械鎖緊限位開(kāi)關(guān)。這樣無(wú)論怎樣盜竊，傳感器都能檢測(cè)到。

④主電源電路設(shè)計(jì)

電源電路為單片機(jī)、傳感器和TC35I模塊、步進(jìn)電機(jī)提供各自所需的電壓。穩(wěn)定可靠的電源設(shè)計(jì)是保障TC35I模塊正常工作的關(guān)鍵。單片機(jī)和傳感器的正常供電電壓要求為5V，TC35I的供電電壓為3.3V～4.8V，推薦值為4.2V，超出此范圍后會(huì)導(dǎo)致模塊關(guān)閉，同時(shí)供電電流要求最高可達(dá)到2.5A，且在峰值電流時(shí)壓降不能大于4OOmV，這就要求電源的內(nèi)阻和線路電阻必需小于16OmΩ。為了達(dá)到上述供電要求，選用了3A電流輸出降壓開(kāi)關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片LM2576，電源電路如圖2所示，輸入電壓為9V～12V，在此選用12V，一路降壓并通過(guò)78O5穩(wěn)壓形成5V供單片機(jī)和傳感器電路，一路由ADJ型LM2576調(diào)節(jié)成4.2V供TC35I使用。

為了避免用戶在使用保險(xiǎn)柜期間，突然斷電或者主電源電路被人為切斷等狀況，該設(shè)計(jì)在主電源電路中外加以12V鉛蓄電池，這樣，即使主電源斷電，報(bào)警器還能正常工作一段時(shí)間。

⑤電平轉(zhuǎn)換電路

由于TC35模塊輸入輸出的TTL正電平邏輯不是+5V，而是+2.9V，與設(shè)計(jì)采用的STC54單片機(jī)的邏輯電平不太匹配。為保證單片機(jī)和TC35I之間通信的準(zhǔn)確和可靠性，TC35I和單片機(jī)之間通信需要添加電平轉(zhuǎn)換電路。本設(shè)計(jì)采用MAX232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。MAX232芯片是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-V TTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。

⑥通信控制電路

在通信控制電路中，TC35I起到了關(guān)鍵性的作用，TC35I與單片機(jī)的P33引腳，他通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)對(duì)短信息的收發(fā)，并將短信息處理給單片機(jī)中斷，由單片機(jī)程序去控制所要實(shí)現(xiàn)的功能。

⑦步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

本設(shè)計(jì)在機(jī)械鎖的基礎(chǔ)上加裝一個(gè)電子鎖。安裝在保險(xiǎn)柜內(nèi)部，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。電子鎖由用戶手機(jī)發(fā)送短信指令開(kāi)啟。這樣即便有人打開(kāi)了機(jī)械鎖，仍然打不開(kāi)保險(xiǎn)柜。考慮到單片機(jī)不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，所以本設(shè)計(jì)選用UM2OO3驅(qū)動(dòng)芯片直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。

3.總結(jié)

本文闡述了利用GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送短信的方法、以及相關(guān)電路的設(shè)計(jì)原理，充分利用了系統(tǒng)的硬件和軟件資源，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)模塊的協(xié)調(diào)控制，提高了系統(tǒng)的可靠性和通用性。其中GSM短消息平臺(tái)充分借助于GSM網(wǎng)絡(luò)的短消息業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)了短消息遠(yuǎn)程報(bào)警，遠(yuǎn)程控制、具有投資少、成本低、可靠性高等特點(diǎn)，還具有良好可擴(kuò)展性和實(shí)用價(jià)值，符合未來(lái)智能安防領(lǐng)域的需求，在家庭、廠房等場(chǎng)所有著較好的應(yīng)用前景。

[1]張洪潤(rùn).傳感器應(yīng)用300例[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2007.

[2]巫傳奇,王曉雷.控制電機(jī)及其應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社,2007.

[3]史敬灼.步進(jìn)電機(jī)伺服控制技術(shù)[M].科學(xué)出版社,2008.

[4]Siemens TC35/TC37 Hardware Interface Description Vision 03.10