电话远程控制密码锁

摘要：针对传统密码锁的密码存在被窃取复制的危险，安全性不足的问题，提出了一种电话远程控制密码锁系统。该系统利用公共交换电话网络(PSTN)，使用多重密码，实现电话远程控制开锁。该系统由来电号码检测模块、DTMF信号检测模块、语音提示模块、E2PROM存储模块和电磁驱动模块组成。用户可以使用通信工具，根据语音提示，进行系统的设置、使用。该系统操作简单，安装方便，安全可靠。
关键词：公共交换电话网络；电话远程控制；多重密码；DTMF信号

    锁是日常防盗中一种常用的工具或产品，现在市面上的锁，主要分为机械锁和电子锁两种。机械防盗锁易被万能钥匙打开，防盗性能弱。电子锁又以键盘式电子密码锁广泛应用，但可能被旁观者窥测出来，保密性不足，其次是IC卡式电子防盗锁，但IC卡容易丢失，数据容易复制，造成安全性不足。另外公共交换电话网(Public Switched Telephone Network，PSTN)是一种用于全球语音通信的电路交换网络，是目前世界上最大的网络，拥有用户数量大约是8亿。基于PSTN进行远程控制技术成熟，可应用于各个领域。
    本系统利用PSTN，结合电话交换网的ITU及国家标准程控交换信令作为系统控制命令，语音芯片输出操作提示，存储芯片保存用户信息和密码，管理员可增加、修改、删除用户和密码，用户只能在确认成功后修改自身密码。双音频编码电路实现音频解码。电磁驱动器实现开锁和关锁。

1 系统原理
    系统由来电号码检测模块、DTMF信号检测模块、语音提示模块、E2PROM存储模块和电磁驱动模块组成。
    电话线上面有一个直流，未摘机时是-48 V，摘机后大概降到8～12 V(因为电话线供电是恒流供电)，在这个基础上叠加一个交流的音频信号(通话中)。信令是这样的：当有用户呼叫时，交换机用户电路给被叫一个铃流(25 Hz，75 V)叠加在-48 V直流上，话机振铃，此时HT90 32来电检测芯片就可以检测铃流信号中的来电号码，如果和E2PROM储存的号码匹配，则控制继电器接通电话，同时驱动语音提示输入用户密码，DTMF密码检测模块检测到密码，如果和存储的密码匹配，则进入相应的功能选择。系统架构框图如图1所示。

2 系统的硬件平台
    系统的核心处理器是STC公司的AT89C52，属于单片机中比较流行的一种。系统包含HT9032来电号码检测模块如图2所示，DTMF信号检测模块如图3所示，E2PROM存储模块和电磁驱动模块。系统使用了语音提示模块，使得系统具有人性化的人机交互功能，操作更加简单化，用户只需要根据提示，设置系统即可。

2．1 HT9032来电号码检测模块
    来电检测芯片HT9032是一种低电源的CMOS综合电路，收话端可以根据此信息来决定是否接通来电，其专为接收物理层传输信号所设计，遵循TR-NWT-000030和ITU-TV．23标准，它的基本作用是在铃声响起接收并显示主叫电话号码，收话段可以根据此信息来决定是否接通来电，同时它也提供铃流检测和载波检测线路。图2电路中，C2起到隔离电话线直流的作用。C2，R2用于采集来电显示数据，输入到HT9032C的引脚TIP。D1，R3，R4构成振铃检测电路，输入到HT9032C的引脚RDET1。在没有来电话时，R1给C5充电，把、PDWN拉至高电平，HT9032C进入节电休眠状态。当振铃时，输出低电平，PDWN被拉低并保持一段时间，此时芯片振荡器起振，开始工作，接收到来电信息时，会把解码后的串行数据通过DOUTC发送出去。
2．2 DTMF信号检测及摘机控制模块
    DTMF由高频群和低频群组成，高低频群各包含4个频率。一个高频信号和一个低频信号叠加组成一个组合信号，代表一个数字。双音多频收发电路的核心芯片为MT8880，可接收和发送DTMF全部16个信号，具有接收呼叫音和带通滤波功能，能和微处理器直接对接。DTMF其自动摘挂机可以通过单片机I／O口控制一个继电器的开关，继电器的控制端接入电话线两端，从而完成摘挂机。由来电号码检测模块可知，若拨打号码为用户号码，则单片机驱动继电器，接通电话，并驱动事先录制好语音的ISD4004，用户根据语音提示，输入密码，MT8880则解码输入的密码。
2．3 E2PROM存储模块和电磁驱动模块
    E2PROM使用I2C总线的24LC256存储器，可存储256 KB内容。24LC256掉电不易丢失，操作方便、可靠，负责用户号码及密码的存储。电磁驱动模块中由单片机控制继电器驱动电磁的通电，进而控制开锁，两模块硬件简单，在此不再详述。

3 系统软件设计
    主程序由开始初始化子函数，检测来电号码子函数、检测用户密码子函数、功能选择子函数和语音提示子函数构成。系统程序流程图如图4所示。程序中区分了户主和普通用户外，户主除了能开锁、修改密码外，还有管理普通用户功能，而普通用户没有管理普通用户功能。系统的工作过程为：

    当用户第一次启动密码锁时，任意用户使用通信工具拨入；密码锁默认拨入用户为户主，但须户主确认；若用户确认，则电话语音提示输入户主密码；若用户取消，则电话语音提示用户挂机，2 s后系统自动挂机。用户确认输入密码后，系统进入户主登陆状态，系统允许并提示用户可进行以下操作：修改户主密码；添加普通用户；删除普通用户；开锁；退出登陆(挂机)。
    当密码锁非第一次启动工作时，任意用户拨入，系统判断是否是普通用户或户主；若不是用户，则电话语音提示用户挂机，2 s后系统自动挂机。若拨入电话为普通用户，则系统进入普通用户登陆状态，允许并提示用户进行以下操作：修改普通用户本身密码；开锁；退出登陆(挂机)。若拨入电话为户主，系统会进入户主功能。户主与普通用户区别是：普通用户只有具有修改自身密码和开关门的权限，而户主具备普通用户的权限外还具备添加、删除普通用户的权限。
    开始初始化子函数：主要功能为初始化单片机串口，等待检测来电号码，初始化MT8880接收DTMF信号。
    检测来电号码子函数：主要功能为检测来电手机号码。第一次进行拨打号码为系统户主号码，以后增加、减少普通用户号码，都需要户主来设定，若拨打号码不是用户号码，则语音提示“不是用户，请挂机”。
    检测用户密码子函数：主要功能是检测用户输入的6位密码以及判别功能的选择。若用户输入的密码跟存储的密码不匹配，则可以第二次输入密码，密码正确了才能进入功能选择，若第二次密码仍错误，则语音提示“输入密码次数过多，请挂机”，只有两次密码输入机会，防止非法分子尝试破解密码。
    功能选择子函数：主要功能是用户选择并实现相应功能。

4 系统的特点
    系统的特点为：使用现今最广泛、最稳定的PSTN，为用户提供了可靠的保证，并且接入简单方便，因此该系统应用范围广泛；将用户号码作为第一层密码，因为用户号码可为手机号码和固定电话号码，若是移动手机号码，随声携带、安全，若是固定用户，也在固定地方，陌生人难以接触，大大增强了密码锁的安全性；系统要求用户输入6位数字，作为第二层密码，这些密码在手机或固定电话上输入，隐蔽性强，并且输入错误次数不能超过两次，否则系统自动挂机，可以防止不法分子尝试破解密码，也增强了电子锁的安全性；系统具有语音提示功能，设计的人机交互方式友好；系统可以使用备用电池供电，保证了系统的可靠性和稳定性。

5 结语
    该系统主要以单片机为控制核心，结合语音提示，利用PSTN验证多重密码，实现电话远程控制开锁。用户可以使用通信工具，根据语音提示，进行系统的设置，操作简单、便捷而友好。该系统所用硬件均为廉价原件，这使得本系统的成本不是很高，适合推广应用。经过功能测试和整体应用，稳定性较好。系统的远程控制功能可使用户不在现场及时给来客开门，以及用户双层密码保证了系统的安全性。因此电话远程控制密码锁将会得到广泛应用。