基于GSM智能密码锁短信双工模式的实现
2016-10-13张柏畅林若波陈炳文黄淯斌郑淳予
张柏畅 林若波 陈炳文 黄淯斌 郑淳予
基于GSM智能密码锁短信双工模式的实现
张柏畅 林若波 陈炳文 黄淯斌 郑淳予
（揭阳职业技术学院机电工程系）
针对传统密码锁单工模式的不足，提出一种基于GSM短信双工模式智能密码锁的设计。采用摩斯密码编码技术，通过Unicode代码转换，基于GSM网络以短信方式实现用户手机与密码锁的通信；采用多级报警和动态数字密码，用户输入3次错误密码自动锁定键盘输入，启动手机远程控制，实现双工操作。测试结果表明：密码锁的报警灵敏度高，用户手机能实时控制密码锁的状态，且安全可靠。
GSM；双工模式；摩斯密码；动态密码
0 引言
数字化信息时代智能技术的普及，使传统电子密码锁等智能家居产品无法满足安全、便捷、人性化的需求，从而迫切需要一种智能型反被动为主动防御的门禁系统。近年，国内外很多科技爱好者对智能密码锁开展研究，并取得一定的成效[1-6]。杨宁等（2009）提出一种通过GPS定位功能和GSM网络功能，确定电子密码保险箱当前位置的移动式保险箱监控系统；董庆贺（2011）研究基于GSM的防盗报警密码锁系统，以手机短消息SMS形式，通过GSM网络给用户发送报警信息；赵静芬等（2013）研究一种基于FPGA的手机控制智能密码锁，系统自动断电并以短消息SMS的形式，通过GSM网络给用户发送报警信息，开锁密码使用DES加密算法进行加密保护，有效提高密码锁的安全性能；董一鸣等（2014）研究一种基于GSM模块的动态密码锁设计方案，提高密码锁的安全性能。以上研究均在不同程度、采用不同方式对密码锁提出改进，但存在相同的不足，即仅有单工模式的通信，用户手机仅能接收信息，而不能远程控制密码锁的操作。
本设计基于GSM短信双工模式，采用摩斯密码编码技术[7]，通过Unicode代码转换，实现短信报警与指令控制，与传统单工模式有明显的区别；同时采用多级报警和动态密码，根据密码出错次数启用声音报警和短信报警，3次出错则自动锁住键盘输入，自动拨打用户手机，须通过手机远程控制才能解锁，有效提高密码锁的安全性。
1 系统总体设计
智能密码锁系统关键在于GSM短信双工模式的实现，即通过GSM模块完成用户手机与单片机的通信，实现控制信号的传送。其控制主体是用户手机，以GSM短信和拨打电话作为信息传送方式；控制对象是密码锁模块，受控板由GSM模块和单片机及其外围电路组成，通过GSM网络，将用户已设定好的短信命令传输给单片机，经单片机判断处理、转换成Unicode代码后控制密码锁的操作。智能密码锁系统总体设计框图如图1所示。
本系统以单片机AT89C51为核心，通过处理器串口实现对GSM模块（以TC35i为核心）的信息交互控制，可用一对一或一对多的通信方式实现，灵活实用。
TC35i是新一代无线通信GSM模块，主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块（ASIC）、闪存、ZIF连接器和天线接口6部分组成，自带RS232通讯接口，可方便地与PC机、单片机连机通讯。模块有AT命令接口，支持文本和PUD模式的短消息；还具有电话簿、多方通话、漫游检测功能；常用工作模式有空闲模式、休眠模式和关机模式等。通过独特ZIF连接器，实现电源连接、指令、数据、语音和控制信号的双向传输。其模块内部结构示意图和模块实物图如图2、图3所示。
图1 智能密码锁系统总体设计框图
图2 TC35i模块内部结构示意图
图3 TC35i模块实物图
2 软件设计
2.1 摩斯密码编码
为提高智能密码锁的安全性和可操作性，本设计采用摩斯密码编码技术。键盘硬件设备只需通过按键即可实现密码的输入与更改，实现短信双工模式的通信。摩斯密码是1844年由美国摩尔斯发明的一种编码，又称为摩尔斯电码，20世纪使用较为广泛的电报传输编码。这种代码可以用一种音调平稳、时断时续的无线电信号来传送，通常被称为“连续波”（continuous wave，CW），它可以是电报电线里的电子脉冲，也可以是一种机械的或视觉的信号[7]。它由一个按键在输入时，通过按住间隔时间长短决定输入信息。短促的点信号“.”读“嘀”（Di）；保持一定时间的长信号“—”，读“嗒”（Da）。“嘀”间隔时间为1 t，“嗒”为3 t，“滴嗒”间为1 t，字母间为3 t，字间为5 t。摩斯码在数字电路中用1表示“－”，0表示“.”。表1和表2给出了字符与数字对应的摩斯码。由于摩斯码具有智能识别技术，有很好的保密性和可操作性，故特别适合用于密码锁的通信。本设计只取0～9数字作密码有效数字，如果输入其它字符则无效。
表1 字符—摩斯码对照表
2.2 编码算法实现
系统软件总体控制流程如图4所示，编码流程图如图5所示。利用摩斯密码编码技术，键盘输入信号经放大、A/D转换成数字信号，送往单片机进行判断处理，进行Unicode代码转换；通过GSM模块传送到手机终端，实现中文汉字输出。同时，用户手机以短信方式发送远程控制指令，通过GSM模块传送给单片机，进行Unicode代码转换，转换成数字信号，控制键盘输入操作，实现密码锁的远程控制。下面给出手机实现远程控制键盘操作的部分代码。
void gsm_send_ON( ) //键盘控制开
{
writebyte_SIM900A("AT+CMGF=0 ");
delay(400);
writebyte_SIM900A("AT+CMGS=25 ");
delay(400);
writebyte_SIM900A("0011000D9168");
// 3105497334F6 15517550216
writebyte_SIM900A("8117988943F7");
//手机号 :13509437436F 8117988943F7
writebyte_SIM900A("0008A9");
writebyte_SIM900A("0A");
writebyte_SIM900A("5F00542F952E76D8FF01");
write_SIM900A(0x1a);
}
void gsm_send_OFF( ) //键盘控制关
{
writebyte_SIM900A("AT+CMGF=0 ");
delay(400);
writebyte_SIM900A("AT+CMGS=25 ");
delay(400);
writebyte_SIM900A("0011000D9168");
// 3105497334F6 15517550216
writebyte_SIM900A("8117988943F7");
//手机号 :13509437436F 8117988943F7
writebyte_SIM900A("0008A9");
writebyte_SIM900A("0A");
writebyte_SIM900A("517395ED952E76D8FF01");
write_SIM900A(0x1a);
}
图4 系统软件控制流程图
图5 编码流程图
3 通信测试
为验证密码锁短信双工模式的通信效果，用手机和密码锁进行系统功能测试。输入非法密码后，密码锁液晶屏显示“Error”信息并发出报警音，同时密码锁发送短信到手机报警，提示“有恶意破坏行为，要求主机产出控制密码系统信息！”，如图6所示。若连续3次，则密码锁键盘被锁定，同时启动电话报警功能。
图6 密码锁和手机报警状态
若要解除报警状态，可通过手机发送短信指令“RELIEVE”，密码锁接收信息后，报警音停止，并向手机发送“解除报警！”，如图7所示。
对密码锁的其他功能分别进行测试，均能稳定实现实时监控与远程控制，达到预期的效果。
图7 警报解除状态
4 结语
1) 通过GSM模块实现短信双工远程实时通信，解决传统密码锁单一报警、无法实现远程控制的弊端，实用性更高；
2) 采用摩斯密码作为编码技术，破解难度更大，使密码锁更加安全可靠；
3) 采用动态数字密码，即用户输入3次错误密码自动锁定键盘输入，须通过手机远程控制才能解锁，有效提高安全性。
[1] 杨宁,马宪民.有GPS和GSM的电子密码保险箱监控系统[J].仪器仪表学报,2009,30(6):330-331.
[2] 韩团军.基于单片机的电子密码锁设计[J].国外电子测量技术,2010,29(7):58-61.
[3] 董庆贺.基于GSM的防盗密码锁系统设计与实现[J].电子技术应用,2011,37(9):64-66,73.
[4] 燕丽红,王飞飞,杨星.基于AT89S52 的智能家居门禁系统的设计[J].电子设计工程,2013,21(22):137-140.
[5] 赵静芬,阮海鹏,李境学.基于FPGA的手机控制智能密码锁的设计与实现[J].计算机光盘软件与应用,2013(2):228,230.
[6] 董一鸣,李东阳.基于单片机与GSM模块的动态密码锁设计[J].计算机光盘软件与应用,2014,17(16):65,67.
[7] 李建文,赵小羽.基于摩斯码原理的智能模式皮肤听声器研究[J].微电子学与计算机,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
张柏畅，男，1993年11月生，大专，电气自动化专业学生。
林若波，男，1974年生，硕士，教授，主要研究方向：机电一体化。E-mail: linruobo@126.com
2016 年广东大学生科技创新培育专项资金项目（pdjh2016b0776）
