喬鵬，王學(xué)軍，劉玉振，楊文澤

（山東華宇工學(xué)院，山東 德州 253034）

1 引言

門鎖作為我們生活中聯(lián)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?nèi)松硪约柏?cái)產(chǎn)安全的保障。由于目前生活壓力大時(shí)常會出現(xiàn)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(fù)制，甚至不法分子趁虛而入，輕則會遭受財(cái)產(chǎn)損失，重則會危及生命安全。尤其我國已進(jìn)入老齡化，60 歲以上的老人近4 億，他們當(dāng)中出現(xiàn)“門口反應(yīng)”的概率最多，其中也包括未成年人，最易忘事。經(jīng)統(tǒng)計(jì)目前隨著門鎖結(jié)構(gòu)快速發(fā)展，不法分子很難乘虛而入，但很大程度上是因?yàn)橥洶蔚翳€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(xiàn)象，發(fā)明了一種基于GSM的智能報(bào)警系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)概述

為了解決以上出現(xiàn)忘拔鑰匙、增強(qiáng)門鎖的安全性以及智能化，設(shè)計(jì)了一種基于GSM 通訊的智能報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以與現(xiàn)有的門鎖或智能鎖一起使用，也可以單獨(dú)使用。系統(tǒng)電路主要由控制系統(tǒng)和移動(dòng)通信系統(tǒng)組成。如圖-1 所示。控制系統(tǒng)主要由MEGA2560 單片機(jī)、轉(zhuǎn)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(tǒng)包括信息的遠(yuǎn)程傳輸和信息的變化。主要由GSM 通信模塊和人機(jī)交互系統(tǒng)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(jī)的作用是作為電子備用鎖，舵機(jī)和蜂鳴器使不法分子在系統(tǒng)DANGER 模式下禁止強(qiáng)行打開門和拔走鑰匙。當(dāng)我們出行時(shí)沒有將鑰匙從門上拔下來，這時(shí)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(yuǎn)離家門，單片機(jī)發(fā)送信號給蜂鳴器響應(yīng)提示拔走鑰匙，鑰匙拔走后該系統(tǒng)關(guān)閉。人走后未拔出鑰匙該系統(tǒng)啟動(dòng)DANGER 模式這時(shí)單片機(jī)發(fā)送信號給舵機(jī)，舵機(jī)旋轉(zhuǎn)一定的角度配合機(jī)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(jī)向GSM 通信模塊發(fā)送信號，GSM 通信模塊向用戶手機(jī)發(fā)送短信，撥打手機(jī)提示鍵不拔出。當(dāng)用戶回來后通過手機(jī)給GSM 通訊模塊發(fā)送短信（其中雙方以MD5加密方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊）。單片機(jī)通過GSM 接收到信號后所有執(zhí)行系統(tǒng)回歸初始化拔走鑰匙即可。當(dāng)系統(tǒng)處于DANGER模式單片機(jī)通過超聲波傳感器沒有檢測到門外有人時(shí)用戶給GSM 發(fā)送加密短信執(zhí)行系統(tǒng)不會工作。

圖1 硬件系統(tǒng)整體圖

其中人機(jī)交互系統(tǒng)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(tǒng)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(zhí)行系統(tǒng)是在鑰匙未拔出時(shí)鎖門。此時(shí)，不能用鑰匙打開車門。同時(shí)舵機(jī)也會相應(yīng)的通過機(jī)械裝置將鑰匙鎖住在鎖孔。該系統(tǒng)主要是由MG90s 舵機(jī)來替代，mg90s 舵機(jī)尺寸是22.6mm*12.1mm*22.5mm 該舵機(jī)電壓4.5V 時(shí)的轉(zhuǎn)速和扭矩分別為0.10sec/60°和1.5Kg cm 很大程度上滿足了系統(tǒng)要求。其目的是為了降低整個(gè)系統(tǒng)的成本以及提高門鎖空間的利用率。

人機(jī)交互系統(tǒng)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(dá)更改GSM 模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)對象。液晶屏采用LCD12864 是帶有中文字庫的點(diǎn)陣式，它主要由LCD顯示屏、控制器、驅(qū)動(dòng)器和偏壓產(chǎn)生電路構(gòu)成，可以配合單片機(jī)實(shí)現(xiàn)漢字和英文字符的顯示。LCD12864 液晶屏模塊功耗低、顯示的內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，可以很好的滿足系統(tǒng)的需求。

系統(tǒng)的環(huán)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(guān)。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(zhuǎn)換成光電信號并發(fā)出。然后，接收器根據(jù)接收光的強(qiáng)度或誤差檢測目標(biāo)物體。檢測人員一般用的是人體紅外感應(yīng)，但是人體紅外檢測容易受到溫度、光源以及環(huán)境的影響應(yīng)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(yīng)。其目的除了降低成本以外可以更好地適用各種環(huán)境對于整體系統(tǒng)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(dòng)終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。如圖-2 所示。因?yàn)槟壳笆袌錾系拈T鎖報(bào)警大多是通過藍(lán)牙或者ESP8266等一些wifi 模塊與手機(jī)的APP 連接進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，通過手機(jī)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(lán)牙模塊的傳輸距離約為10 米，只要兩個(gè)設(shè)備支持藍(lán)牙通信，數(shù)據(jù)傳輸就可以在傳輸距離內(nèi)以1 Mbps 的速率進(jìn)行。與其他WiFi模塊和GSM 模塊相比，時(shí)分雙工傳輸方案具有功耗低的最大特點(diǎn)。對于WiFi 模塊，WiFi 位于2.4 GHz 頻段使用的協(xié)議是802.11 標(biāo)準(zhǔn)，大部分802.11 采用2.4 GHz ISM 頻段支持高達(dá)54 Mbps 的速度，并通過在互聯(lián)網(wǎng)連接上安裝接入點(diǎn)創(chuàng)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(zhuǎn)換。如圖3 所示，GSM 模塊相對于以上兩者模塊的優(yōu)點(diǎn)傳輸距離更遠(yuǎn)幾乎不受距離的限制只需要2G網(wǎng)就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞不受wifi 信號的限制，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊以及受制于環(huán)境的影響較小。作為數(shù)據(jù)信息的傳輸，是系統(tǒng)的最佳選擇。

圖2 SIM900A 功能圖

圖3 5V-2.8v 電平轉(zhuǎn)換

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的要求必須準(zhǔn)確的檢測鑰匙的插入、信息的及時(shí)發(fā)送、以及機(jī)械裝置的啟動(dòng)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(fā)送信息保證門鎖可以被用戶打開。系統(tǒng)軟件流程圖如圖4 所示。

5 總結(jié)

綜上所述該系統(tǒng)的成本控制相比同類產(chǎn)品沒有強(qiáng)大的優(yōu)勢，但該系統(tǒng)的安全性和可靠性具有較大的優(yōu)點(diǎn)，適用于各種工作環(huán)境，更好地解決出門忘拔鑰匙現(xiàn)象。測試結(jié)果以及實(shí)際應(yīng)用表明該系統(tǒng)已經(jīng)成熟，能夠準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)報(bào)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(cái)產(chǎn)遭受損失和危及生命安全。