基于GSM與單片機(jī)的宿舍防盜電子鎖的設(shè)計(jì)

1.引言

學(xué)校宿舍經(jīng)常發(fā)生被盜事件，而學(xué)校從學(xué)生隱私考慮，并未在宿舍安裝監(jiān)視攝像頭來消除安全隱患.宿舍安裝的普通機(jī)械鎖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易被撬開.為了增加安全保障，提出了一款基于GSM遠(yuǎn)程控制報(bào)警防盜器的設(shè)計(jì)方案.本方案以S12芯片為核心控制器，結(jié)合了TC35GSM模塊.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和蜂鳴器報(bào)警模塊，設(shè)計(jì)制作了新結(jié)構(gòu)的防盜電子鎖.該防盜電子鎖由機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成.在使用之前需要使用防盜器專用設(shè)置軟件向控制器里面寫入需要的電話號(hào)碼，以及開門指令，假設(shè)使用者在外地使用設(shè)置好的手機(jī)向GSM里面寫入開門指令，GSM接收到信號(hào)向單片機(jī)發(fā)送開門信號(hào)，單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器，帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而打開門.

2.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示.裝置的報(bào)警功能通過如下步驟實(shí)現(xiàn)：防盜裝置開啟，當(dāng)宿舍被非法入侵時(shí)，小偷撬開門鎖或者自己開門，無論何種方式宿舍門被打開的話，一律視為非法入侵.小偷開門的同時(shí)，裝置上的紅外線被阻擋，裝置內(nèi)的單片機(jī)開始運(yùn)作，首先響起蜂鳴器，同時(shí)單片機(jī)上的gsm模塊開始運(yùn)行，向預(yù)先設(shè)置的手機(jī)號(hào)碼上發(fā)送短信，提示報(bào)警.把手卡盤②卡在鎖的把手上面，當(dāng)短信發(fā)過來之后，信號(hào)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使其按照要求實(shí)現(xiàn)不同頻率的轉(zhuǎn)動(dòng)，移動(dòng)螺母③隨電機(jī)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行前后的移動(dòng)并用軟鋼絲與把手卡盤②連接，拉動(dòng)把手轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)門的打開和關(guān)閉.安裝時(shí)，外殼⑥可以從右側(cè)面卸下，先卸下外殼，裝上螺母導(dǎo)軌⑦，再將移動(dòng)螺母③裝配上，固定住電機(jī)擋板⑤.然后組合上外殼⑥的右側(cè).最后將自攻螺釘通過固定螺孔⑧固定在門上.

3.硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路包括：電源，單片機(jī)，GSM模塊，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和蜂鳴器報(bào)警模塊.電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2所示.

在使用之前需要使用防盜器專用設(shè)置軟件向控制器里面寫入需要的電話號(hào)碼，以及開門指令，假設(shè)使用者在外地使用設(shè)置好的手機(jī)向GSM里面寫入開門指令，GSM接收到信號(hào)向單片機(jī)發(fā)送開門信號(hào)，單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器，帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而打開門.

3.1 電源

電源是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，電源的選擇對(duì)整個(gè)方案至關(guān)重要.本設(shè)計(jì)用電源220V,步進(jìn)電機(jī)采用12V電壓，單片機(jī)模塊和GSM模塊為5V電壓.

為此，選用輸入電源170~264VAC,輸出電壓為12V,5V的電源，該電源外接220V交流電，輸出12V電壓為步進(jìn)電機(jī)供電，輸出5V為單片機(jī)和GSM模塊供電.

3.2 單片機(jī)

設(shè)計(jì)選擇的單片機(jī)型號(hào)為MC9S12XS128.

該機(jī)有16個(gè)AD通道，可以配置8.10.12位精度;8路PWM;2路SCI接口;1路SPI接口;1個(gè)TIM模塊，可以配置8個(gè)輸入捕捉或輸出比較通道;4路周期中斷定時(shí)器(PIT)通道;1個(gè)CAN模塊;及其豐富的IO口，方便外部設(shè)備的接入.設(shè)計(jì)中使用SCI和上位機(jī)通訊.單片機(jī)如圖3所示.

3.3 GSM模塊

TC35是一款雙頻900/1800MHZ高度集成的GSM模塊，該模塊從3.3V到5.5V電源供電，工作頻段GSM900MHZ和DCS1800MHZ,發(fā)射功率2W.設(shè)計(jì)中采用TC35進(jìn)行短信的接收與發(fā)射，實(shí)現(xiàn)報(bào)警與遠(yuǎn)程開門的功能.

3.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

步進(jìn)電機(jī)的控制器采用高性能步進(jìn)電機(jī)控制器2HD8080A,該控制器采用32bit數(shù)字處理器，引入控制理論中實(shí)時(shí)電流跟蹤控制，實(shí)現(xiàn)電流閉環(huán).8路獨(dú)立的同相PWM無差拍輸出，獨(dú)立控制全橋的上下臂，電流控制更精確.同時(shí)加入200K的基頻，徹底消除次諧波，并加入電子阻尼技術(shù)以及實(shí)時(shí)矢量合成后的PWM輸出.

使得電機(jī)的低頻.倍頻共振.高頻自激振動(dòng).電磁噪音較傳統(tǒng)開環(huán)驅(qū)動(dòng)器有很大的改善.本系統(tǒng)中，采用2HD8080A控制器控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)開鎖的功能.