基于GSM的防盗系统

随着人们生活水平的提高，防盗变得尤其突出，传统的机械锁由于其构造简单，难以时刻远程监控机械锁，被撬时也无法远程报警，因而被撬事件屡见不鲜。而电子锁由于其保密性高，使用灵活和方便，安全系数高，受到了广大用户的青睐。现在电子技术越来越成熟，电子锁也更加便宜和智能化，因而电子锁将逐步取代机械锁，成为主流。普通的电子密码锁，仅是通过按键输入密码来开门，开门方式单一，且不够智能化。
    因此，这里提出一种基于GSM(全球移动通信系统)的防盗系统设计方案。该系统是以富士通公司的MB95F204K单片机为控制核心，同时结合GSM通信模块和射频识别模块，可以进行短信报警，极大地提高了锁的安全性和实用性，实现对家居、实验室、办公室、仓库等的智能化防盗管理，真正让用户放心。

1 总的硬件设计方案
    该家居防盗系统主要分为4个部分：射频识别，密码锁，主控单元，GSM通信模块。模拟电路、光耦传感器电路控制其他外围电路，通过液晶屏显示及按键设置实现人机交互式显示及设置。通过串口利用易语言开发的上位机软件进行用户信息管理。本系统不仅有密码安全机制，还能设置报警电话，利用GSM模块及时发送短信报警，以便减少经济损失。利用GSM模块，用手机发送密码短信，实现无钥匙开锁，安全性高，开门方便。其硬件电路并不复杂，但使用模块较多，这就加大了编程的复杂度和调试的难度。因此应先通过单片机将每个模块单独调试后再进行整体调试。该系统硬件模块结构如图1所示。

2 各模块设计
2．1 单片机
    该系统采用富士通MB95F204K单片机，是8位单片机，ROM容量16KB，自带8位MD转换器，I／O接口最多可达17个，CMOS为15个，支持1个串口，采用DIP封装24引脚。
    此系列单片机片内Flash擦写需要+10 V的电压，而电路整体都用5 V的电源供电，存储数据时擦写不方便，故采用了24C62来存储用户名，密码，手机号等数据。由于I／O接口有限，可使用单片机内部时钟，以节省单片机引脚。
2．2 GSM模块
    GSM是Global System for Mobile Communications的缩写，意为全球移动通信系统，是世界上主要的蜂窝系统之一。GSM是基于窄带TDMA制式，允许在一个射频同时进行8组通话。GSM手机允许用户接收160字长度的短信息。
    本系统采用WAVECOM公司的GSM通信模块，支持RS-232串口输出功率：Class4(2 W@900 MHz)，Class1(1 W@l 800／1 900 MHz)，工作频率为GSM 900 M／1 800 MHz，波特率可调，可利用单片机发送AT指令进行控制。
    GSM模块用来在非正常开门时，向用户发送报警短信，同时用户也可用手机向防盗系统发送密码短信，实现无钥匙开门。由于GSM模块的默认的波特率与RF模块(19200b／s)的不同，故在对GSM模块进行初始化时，应将其波特率修改为19 200 b／s，方便用同一个串口控制。同时系统选用的GSM模块接口是RS-232的，无法直接与单片机的串口相连，如图2所示，本系统使用MAX232来对其串口进行电平转换。由于刚上电时GSM模块要搜索网络，大约需占用30 s～2 min的时间，故应当在系统上电复后定期不断向GSM模块发送是否准备好请求，若GSM模块返回‘OK’则说明GSM模块已经准备好了，可以对其进行设置，否则还需继续等待。

2．3 RF模块
    RF模块选用北京易火眼科技有限公司的RF模块，具有天线一体化，读写距离0～6 cm(卡距天线)，支持UART接口，内置ISO14443A读写芯片，Mifare标准加密，IC卡的工作频率为13．56 MHz，最大读取速度高达106 Kb／s，波特率为19 200 b／s，自动感应卡靠近天线，并产生中断。该RF模块预留有蜂鸣器的控制口，可以通过单片机的串口向RF模块发送控制命令来控制蜂鸣器发出刷卡时的“嘀嘀”声，以表明刷卡成功。由于单片机只有一个串口，GSM模块和RF模块都是通过串口控制的，本系统利用模拟开关CD4052来实现串口复用，如图2所示，即初始状态时将GSM模块与单片机串口相连，等待用户的短信，或者等待单片机信号来向用户发送报警短信，当RF模块天线感应到卡靠近天线时，产
生高电平，控制CD4052，使单片机的串口连上RF模块，单片机对RF模块进行读取信息。这样GSM模块和RF模块就正常工作。
2．4 密码锁按键、显示与报警
2．4．1 A／D按键
    4x4键盘，用1根线控制。如图3所示，利用16个串联的200 Ω电阻将Vcc进行分压，2只电阻节点处连按键开关一端，另一端接个100 Ω电位器后再连高电平(方便校正)，利用MB95F204K自带的A／D转换器，将末端电位进行采集，并译码成各个按键编号即可。利用此单片机要在其内部的A／D采样引脚处加一个0．1μF电容，以增加采样时间，提高A／D转换精度。该设计方案充分利用了MB95F204K的资源，极大地缓解了I／O不足的压力。

    对采样结果的译码有多种方案：1)直接将采样结果(8 bit)除以16。将其商调整后作为按键的编号。可调整连接电阻尾部的电位器来校正，或者在编程时将商进行校正。此方案的优点是程序简单，缺点是误码率较高，因为所串的电阻阻值存在个体差异，并非都精确等于200 Ω。不过可以用精度较高的电阻来实现，也可降低误码率。2)在硬件电路完成后，对每个按键都进行多次采样，根据实际的采样结果划分每个按键的电压范围，一个按键对应一个采样范围，避开电阻不精确的同题，这样就使得按键的准确度极大地提高，误码率非常低，缺点是程序稍显复杂，要占用一定的程序资源。本系统采用的就是这种方案。
2．4．2 显示屏
    本系统采用GJ12864C型液晶屏，128x64个点阵，具有汉字及字符库，支持串口和并口，为节省串口，利用单片机模拟串口，进行串行通信控制，用来显示时间，开门信息提示，设置提示。
2. 4．3 报警喇叭
    报警喇叭用于在非正常开门时，发出报警信号。采用了一个报警铃声的模块，并用三极管2N3904对其信号进行放大，来驱动喇叭。报警时电流较大，由单片机通过继电器控制喇叭的开断。
2. 4．4 红外传感器
    当门被打开时传感器产生触发信号，若同时用户并未正确输入密码或刷卡，则单片机控制GSM模块使之发送报警短信，喇叭发出报警声。
    在门中或门后加一个38 kHz调频的红外线收发对管，一个固定在门上，另一个固定在门框上。当门关上时，两个在一条线上，接收管能够接收到发射管的信号，当门被打开时，收发管不再一条直线上，则接收管不能接收到。采用38 kHz调频的红外线收发对管以增加其抗外界干扰能力。

3 单片机程序
3．1 AT指令
    AT即Attention，AT指令集是从终端设备(Terminal Equipment，TE)或数据终端设备(Data Terminal Equipment，DTE)向终端适配器(Terminal Adapter，TA)或数据电路终端设备(Data Circuit Terminal Equipment，DCE)发送的。通过TA，TE发送AT指令来控制移动台(Mobile Station，MS)的功能，与GSM网络业务进行交互。单片机通过发送AT指令对GSM模块进行收发的控制。例如：
    串口输入：“AT+CMGF=1＼r”，由默认的PDU模式切换到TEXT模式。
    串口输入：AT+CMGS=“15008000000” “＼r”，发短信到15008000000。
    串口输入：“xxx......xx＼xla”，发送的内容是“xxx......xx”。
3．2 单片机总系统程序
    采用富士通单片机专用的编程软件SOFTUNE V3来进行单片机编程，利用富士通单片机的专用适配器进行下载。此系统模块较多，控制较复杂，应当按照功能或者使用情况编写多个函数。倒如对RF模块和GSM模块的读写都必须用单独的函数来实现，因为这两个模块在读写时都有较为严格的时序要求，尤其是RF模块，每发送一次控翻命令之间都有严格的延时要求，延时不够时易出现读写错误，延时太久，速度又太慢，故必须耐心进行调试。通过液晶屏显示的提示信息必不可少，以方便用户通过键盘进行系统设置，但提示信息要力求简练，因为系统程序较为庞大，以节省系统资源。程序的大致的流程图如图4所示，密码验证有3种方式，刷卡要验证卡号是否有对应的用户，输入密码要验证是否是对应用户的密码，密码如果是通过手机发送的，在接收到短信时还要验证手机号是否是对应用户的手机号。

4 上位机软件
    本系统是利用易语言开发的上位机软件，防盗系统通过串口与Pc机相连，上位机软件的作用是方便管理员或用户修改用户信息，包括增加或删除用户，更改用户名、密码、手机号、IC卡以及管理员的信息。在上位机软件打开前必须加上管理员登陆窗口，对登陆者的用户名和密码进行校验，防止出现安全漏洞。

5 结束语
    本系统设计是基于GSM模块和RF模块，具有短信报警，及刷卡，密码，短信3种开门方式的防盗系统。将GSM模块的短信功能融入到防盗系统中，因而具有了短信报警功能，报警范围不再受距离的限制，使得锁更加安全、智能化。同时，管理员可以通过密码登录上位机程序，或者通过按键登录系统，可自由设置开锁方式，刷IC卡或输入密码，或同时都用；管理员可方便地进行用户删减，而不必换锁；配置可以根据需要进行增减。为了进一步的应用，可将多个系统组成一个安全防盗体系，配合防盗摄像头，通过上位机软对系统进行实时监控。