張柏暢 林若波 陳炳文 黃淯斌 鄭淳予

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基于GSM智能密碼鎖短信雙工模式的實現(xiàn)

張柏暢 林若波 陳炳文 黃淯斌 鄭淳予

（揭陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系）

針對傳統(tǒng)密碼鎖單工模式的不足，提出一種基于GSM短信雙工模式智能密碼鎖的設(shè)計。采用摩斯密碼編碼技術(shù)，通過Unicode代碼轉(zhuǎn)換，基于GSM網(wǎng)絡(luò)以短信方式實現(xiàn)用戶手機與密碼鎖的通信；采用多級報警和動態(tài)數(shù)字密碼，用戶輸入3次錯誤密碼自動鎖定鍵盤輸入，啟動手機遠程控制，實現(xiàn)雙工操作。測試結(jié)果表明：密碼鎖的報警靈敏度高，用戶手機能實時控制密碼鎖的狀態(tài)，且安全可靠。

GSM；雙工模式；摩斯密碼；動態(tài)密碼

0 引言

數(shù)字化信息時代智能技術(shù)的普及，使傳統(tǒng)電子密碼鎖等智能家居產(chǎn)品無法滿足安全、便捷、人性化的需求，從而迫切需要一種智能型反被動為主動防御的門禁系統(tǒng)。近年，國內(nèi)外很多科技愛好者對智能密碼鎖開展研究，并取得一定的成效[1-6]。楊寧等（2009）提出一種通過GPS定位功能和GSM網(wǎng)絡(luò)功能，確定電子密碼保險箱當前位置的移動式保險箱監(jiān)控系統(tǒng)；董慶賀（2011）研究基于GSM的防盜報警密碼鎖系統(tǒng)，以手機短消息SMS形式，通過GSM網(wǎng)絡(luò)給用戶發(fā)送報警信息；趙靜芬等（2013）研究一種基于FPGA的手機控制智能密碼鎖，系統(tǒng)自動斷電并以短消息SMS的形式，通過GSM網(wǎng)絡(luò)給用戶發(fā)送報警信息，開鎖密碼使用DES加密算法進行加密保護，有效提高密碼鎖的安全性能；董一鳴等（2014）研究一種基于GSM模塊的動態(tài)密碼鎖設(shè)計方案，提高密碼鎖的安全性能。以上研究均在不同程度、采用不同方式對密碼鎖提出改進，但存在相同的不足，即僅有單工模式的通信，用戶手機僅能接收信息，而不能遠程控制密碼鎖的操作。

本設(shè)計基于GSM短信雙工模式，采用摩斯密碼編碼技術(shù)[7]，通過Unicode代碼轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)短信報警與指令控制，與傳統(tǒng)單工模式有明顯的區(qū)別；同時采用多級報警和動態(tài)密碼，根據(jù)密碼出錯次數(shù)啟用聲音報警和短信報警，3次出錯則自動鎖住鍵盤輸入，自動撥打用戶手機，須通過手機遠程控制才能解鎖，有效提高密碼鎖的安全性。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

智能密碼鎖系統(tǒng)關(guān)鍵在于GSM短信雙工模式的實現(xiàn)，即通過GSM模塊完成用戶手機與單片機的通信，實現(xiàn)控制信號的傳送。其控制主體是用戶手機，以GSM短信和撥打電話作為信息傳送方式；控制對象是密碼鎖模塊，受控板由GSM模塊和單片機及其外圍電路組成，通過GSM網(wǎng)絡(luò)，將用戶已設(shè)定好的短信命令傳輸給單片機，經(jīng)單片機判斷處理、轉(zhuǎn)換成Unicode代碼后控制密碼鎖的操作。智能密碼鎖系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1所示。

本系統(tǒng)以單片機AT89C51為核心，通過處理器串口實現(xiàn)對GSM模塊（以TC35i為核心）的信息交互控制，可用一對一或一對多的通信方式實現(xiàn)，靈活實用。

TC35i是新一代無線通信GSM模塊，主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊（ASIC）、閃存、ZIF連接器和天線接口6部分組成，自帶RS232通訊接口，可方便地與PC機、單片機連機通訊。模塊有AT命令接口，支持文本和PUD模式的短消息；還具有電話簿、多方通話、漫游檢測功能；常用工作模式有空閑模式、休眠模式和關(guān)機模式等。通過獨特ZIF連接器，實現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音和控制信號的雙向傳輸。其模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖和模塊實物圖如圖2、圖3所示。

圖1 智能密碼鎖系統(tǒng)總體設(shè)計框圖

圖2 TC35i模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 TC35i模塊實物圖

2 軟件設(shè)計

2.1 摩斯密碼編碼

為提高智能密碼鎖的安全性和可操作性，本設(shè)計采用摩斯密碼編碼技術(shù)。鍵盤硬件設(shè)備只需通過按鍵即可實現(xiàn)密碼的輸入與更改，實現(xiàn)短信雙工模式的通信。摩斯密碼是1844年由美國摩爾斯發(fā)明的一種編碼，又稱為摩爾斯電碼，20世紀使用較為廣泛的電報傳輸編碼。這種代碼可以用一種音調(diào)平穩(wěn)、時斷時續(xù)的無線電信號來傳送，通常被稱為“連續(xù)波”（continuous wave，CW），它可以是電報電線里的電子脈沖，也可以是一種機械的或視覺的信號[7]。它由一個按鍵在輸入時，通過按住間隔時間長短決定輸入信息。短促的點信號“.”讀“嘀”（Di）；保持一定時間的長信號“—”，讀“嗒”（Da）。“嘀”間隔時間為1 t，“嗒”為3 t，“滴嗒”間為1 t，字母間為3 t，字間為5 t。摩斯碼在數(shù)字電路中用1表示“－”，0表示“.”。表1和表2給出了字符與數(shù)字對應(yīng)的摩斯碼。由于摩斯碼具有智能識別技術(shù)，有很好的保密性和可操作性，故特別適合用于密碼鎖的通信。本設(shè)計只取0～9數(shù)字作密碼有效數(shù)字，如果輸入其它字符則無效。

表1 字符—摩斯碼對照表

2.2 編碼算法實現(xiàn)

系統(tǒng)軟件總體控制流程如圖4所示，編碼流程圖如圖5所示。利用摩斯密碼編碼技術(shù)，鍵盤輸入信號經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送往單片機進行判斷處理，進行Unicode代碼轉(zhuǎn)換；通過GSM模塊傳送到手機終端，實現(xiàn)中文漢字輸出。同時，用戶手機以短信方式發(fā)送遠程控制指令，通過GSM模塊傳送給單片機，進行Unicode代碼轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，控制鍵盤輸入操作，實現(xiàn)密碼鎖的遠程控制。下面給出手機實現(xiàn)遠程控制鍵盤操作的部分代碼。

void gsm_send_ON( ) //鍵盤控制開

{

writebyte_SIM900A("AT+CMGF=0 ");

delay(400);

writebyte_SIM900A("AT+CMGS=25 ");

delay(400);

writebyte_SIM900A("0011000D9168");

// 3105497334F6 15517550216

writebyte_SIM900A("8117988943F7");

//手機號 :13509437436F 8117988943F7

writebyte_SIM900A("0008A9");

writebyte_SIM900A("0A");

writebyte_SIM900A("5F00542F952E76D8FF01");

write_SIM900A(0x1a);

}

void gsm_send_OFF( ) //鍵盤控制關(guān)

{

writebyte_SIM900A("AT+CMGF=0 ");

delay(400);

writebyte_SIM900A("AT+CMGS=25 ");

delay(400);

writebyte_SIM900A("0011000D9168");

// 3105497334F6 15517550216

writebyte_SIM900A("8117988943F7");

//手機號 :13509437436F 8117988943F7

writebyte_SIM900A("0008A9");

writebyte_SIM900A("0A");

writebyte_SIM900A("517395ED952E76D8FF01");

write_SIM900A(0x1a);

}

圖4 系統(tǒng)軟件控制流程圖

圖5 編碼流程圖

3 通信測試

為驗證密碼鎖短信雙工模式的通信效果，用手機和密碼鎖進行系統(tǒng)功能測試。輸入非法密碼后，密碼鎖液晶屏顯示“Error”信息并發(fā)出報警音，同時密碼鎖發(fā)送短信到手機報警，提示“有惡意破壞行為，要求主機產(chǎn)出控制密碼系統(tǒng)信息！”，如圖6所示。若連續(xù)3次，則密碼鎖鍵盤被鎖定，同時啟動電話報警功能。

圖6 密碼鎖和手機報警狀態(tài)

若要解除報警狀態(tài)，可通過手機發(fā)送短信指令“RELIEVE”，密碼鎖接收信息后，報警音停止，并向手機發(fā)送“解除報警！”，如圖7所示。

對密碼鎖的其他功能分別進行測試，均能穩(wěn)定實現(xiàn)實時監(jiān)控與遠程控制，達到預(yù)期的效果。

圖7 警報解除狀態(tài)

4 結(jié)語

1) 通過GSM模塊實現(xiàn)短信雙工遠程實時通信，解決傳統(tǒng)密碼鎖單一報警、無法實現(xiàn)遠程控制的弊端，實用性更高；

2) 采用摩斯密碼作為編碼技術(shù)，破解難度更大，使密碼鎖更加安全可靠；

3) 采用動態(tài)數(shù)字密碼，即用戶輸入3次錯誤密碼自動鎖定鍵盤輸入，須通過手機遠程控制才能解鎖，有效提高安全性。

[1] 楊寧,馬憲民.有GPS和GSM的電子密碼保險箱監(jiān)控系統(tǒng)[J].儀器儀表學(xué)報,2009,30(6):330-331.

[2] 韓團軍.基于單片機的電子密碼鎖設(shè)計[J].國外電子測量技術(shù),2010,29(7):58-61.

[3] 董慶賀.基于GSM的防盜密碼鎖系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2011,37(9):64-66,73.

[4] 燕麗紅,王飛飛,楊星.基于AT89S52 的智能家居門禁系統(tǒng)的設(shè)計[J].電子設(shè)計工程,2013,21(22):137-140.

[5] 趙靜芬,阮海鵬,李境學(xué).基于FPGA的手機控制智能密碼鎖的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機光盤軟件與應(yīng)用,2013(2):228,230.

[6] 董一鳴,李東陽.基于單片機與GSM模塊的動態(tài)密碼鎖設(shè)計[J].計算機光盤軟件與應(yīng)用,2014,17(16):65,67.

[7] 李建文,趙小羽.基于摩斯碼原理的智能模式皮膚聽聲器研究[J].微電子學(xué)與計算機,2011,28(1):134-137.

Realization of Intelligent Cipher-Lock Based on SMS Duplex Mode of GSM

Zhang Baichang Lin Ruobo Chen Bingwen Huang Yubin Zheng Chunyu

(Department of Mechanical and Electrical Engineering, Jieyang Vocational and Technical College)

Aiming at the shortage of simplex mode on cipher-lock, this paper puts forward a design of intelligent cipher-lock based on SMS duplex mode of GSM. Using the Morse code technology, with conversion of Unicode, the communication of mobile phone users and cipher-lock are realized with SMS based on GSM network. With the multi-level alarm and dynamic digital password, it automatically locks the keyboard operation on three wrong password and activates the phone remote control on duplex operation. The test results show that the alarm sensitivity of the cipher-lock is high, and the user's mobile phone can control the state of the cipher-lock in real time.

GSM; Duplex Mode; Morse Code; Dynamic Password

張柏暢，男，1993年11月生，大專，電氣自動化專業(yè)學(xué)生。

林若波，男，1974年生，碩士，教授，主要研究方向：機電一體化。E-mail: linruobo@126.com

2016 年廣東大學(xué)生科技創(chuàng)新培育專項資金項目（pdjh2016b0776）