基于單片機(jī)與GSM模塊的動(dòng)態(tài)密碼鎖設(shè)計(jì)

摘 要：隨著安全防范的方法也進(jìn)入了信息時(shí)代，動(dòng)態(tài)密碼鎖、電子密碼已經(jīng)出現(xiàn)在我們的日常生活中，越來越受到人們的重視。而在信息時(shí)代，單片機(jī)的廣泛運(yùn)用和GSM通信技術(shù)的成熟，克服了傳統(tǒng)的機(jī)械鎖帶來的不足，為人們提供了更加完備的安全措施來保證財(cái)產(chǎn)的安全。大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，也讓單片機(jī)和整個(gè)工藝變得小巧、穩(wěn)定，適用于更多的場(chǎng)所和不同的環(huán)境。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)密碼；單片機(jī)；GSM通信

中圖分類號(hào)：TS914.211.7

1 設(shè)計(jì)思路

本設(shè)計(jì)的主要研究對(duì)象是基于單片機(jī)和GSM模塊成的具有產(chǎn)生動(dòng)態(tài)密碼的密碼鎖的設(shè)計(jì)。在單片機(jī)中，利用其隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生函數(shù)，隨機(jī)產(chǎn)生密碼，并通過GSM模塊及時(shí)的傳送的用戶指定的手機(jī)中，用戶收到短信后，按鍵輸入正確的密碼即可打開密碼鎖，如果輸入的密碼和單片機(jī)產(chǎn)生的密碼一致將打開鎖，否則將重新產(chǎn)生密碼重新輸入。一旦超過3次輸入錯(cuò)誤，將鎖死不再產(chǎn)生密碼和接受按鍵輸入，必須由用戶用手機(jī)發(fā)送指定的指令才能夠得到解鎖。這樣的設(shè)計(jì)讓用戶具有絕對(duì)的控制權(quán)，避免了鑰匙的丟失和被盜用。

在本次的動(dòng)態(tài)密碼鎖設(shè)計(jì)中，采用模塊化設(shè)計(jì)的方法，主要分為軟件部分的設(shè)計(jì)和硬件部分的設(shè)計(jì)。在硬件部分，依舊采用模塊式分塊的設(shè)計(jì)理念，對(duì)所需要的硬件材料、電路構(gòu)成，進(jìn)行相應(yīng)的各個(gè)擊破，最終通過組合結(jié)合成相應(yīng)的完整電路。軟件部分，同樣如此，針對(duì)各個(gè)模塊，進(jìn)行相應(yīng)的子程序編寫，通過主函數(shù)以及這個(gè)子函數(shù)之間的調(diào)用完成整體的軟件部分的設(shè)計(jì)。

2 硬件選取

2.1 單片機(jī)芯片的選擇方案和論證

選取STC89C52作為主控單元。STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有強(qiáng)大的功能。雖然在內(nèi)核的處理上，它依舊采用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但在傳統(tǒng)的MCS-51內(nèi)核上做了很多的變動(dòng)，使其更好的兼容各個(gè)嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)和適應(yīng)更復(fù)雜的開發(fā)的過程。

2.2 GSM通信模塊的選取

采用西門子公司生產(chǎn)的TC35型號(hào)GSM通信模塊。在GSM通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟的今天，TC35型號(hào)GSM通信模塊繼承了西門子公司優(yōu)良的設(shè)計(jì)傳統(tǒng)和簡(jiǎn)介明了的設(shè)計(jì)理念，當(dāng)開發(fā)人員在使用TC35型號(hào)GSM通信模塊的時(shí)候能夠花費(fèi)更短的時(shí)間來開發(fā)出更加新穎別致的產(chǎn)品。尤其在遠(yuǎn)程監(jiān)控以及目前正在建設(shè)的無線電話網(wǎng)絡(luò)都離不開TC35GSM通信模塊的應(yīng)用。

2.3 顯示模塊選取方案

選取LCD1602液晶顯示芯片作為顯示模塊，LCD1602液晶顯示芯片具有強(qiáng)大的功能，尤其在顯示文字、字符、圖形等方面能夠清晰，直觀的顯示，而且在和單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的連接和數(shù)據(jù)讀寫時(shí)，雖然占用了一定的接口線，但是依舊成為設(shè)計(jì)中不錯(cuò)的選擇。

2.4 按鍵輸入方案選取

選取矩陣式鍵盤的輸入方式，利用單片機(jī)中一個(gè)端口的4跟I/O接口線作為行線，另外4跟作為列線，按鍵跨接在行線和列線上，按鍵按下時(shí)，行線和列線發(fā)生短路。行線通過上拉電阻接+5V，在沒有按鍵按下時(shí)，被鉗位在高電平狀態(tài)。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)硬件總設(shè)計(jì)概述

本智能電子密碼鎖主要由STC89C52單片機(jī)，TC35GSM通信模塊，4*4矩陣按鍵，LCD1602顯示器組成。用戶按下啟動(dòng)鍵，單片機(jī)隨機(jī)產(chǎn)生6位數(shù)字，通過GSM模塊發(fā)送給指定用戶，輸入6位密碼，以確認(rèn)鍵結(jié)束，若密碼輸入正確，則顯示屏顯示W(wǎng)elcome?。。?，然后通過開關(guān)控制電路向電磁鎖通電，門打開；若輸入錯(cuò)誤的密碼，則顯示屏提示重新輸入，若三次密碼輸入錯(cuò)誤，則系統(tǒng)蜂鳴器間斷式地響30秒，并通過GSM模塊向用戶發(fā)送報(bào)警短信，此時(shí)不能對(duì)按鍵系統(tǒng)進(jìn)行任何操作，但是用戶可以隨時(shí)通過手機(jī)向GSM模塊發(fā)送解鎖指令，采用最高級(jí)的密碼，將電子鎖置于鎖定狀態(tài)，不能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行任何操作。同時(shí)，用戶也可以發(fā)送解鎖指令，此指令獨(dú)一，只有本人知曉，只有在密碼輸入正確后才能解除密碼鎖定，恢復(fù)正常程序。

3.2 單片機(jī)系統(tǒng)的晶振電路

單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，他與單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，晶振的頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快。此外，在單片機(jī)中有許多的指令的運(yùn)行都是建立在單片機(jī)晶振所提供的時(shí)鐘頻率。在電路中的電容有以下作用：一是幫助振蕩器起振；二是對(duì)振蕩器的頻率起到微調(diào)的作用。C1C2的值設(shè)定為30pF。

3.3 TC35GSM通信模塊設(shè)計(jì)

在實(shí)際應(yīng)用中GSM模塊的連接還離不開外圍電路的設(shè)計(jì)，其中包含串口連接電路、電源電路、SIM卡連接電路、IGT電路等。在GSM模塊通信的過程中，還存在TC35的專用功能AT指令，這些指令是能夠完成GSM信息的發(fā)送、接收的必不可少的組成原件。

4 軟件設(shè)計(jì)

軟件部分的主要任務(wù)是單片機(jī)產(chǎn)生密碼，發(fā)送給指定的用戶，用戶收到密碼后通過對(duì)按鍵輸入與存儲(chǔ)單片機(jī)里的密碼進(jìn)行比對(duì)，若用戶連續(xù)輸入3次錯(cuò)誤密碼，則單片機(jī)控制GSM模塊通知用戶并報(bào)警，用戶可以遠(yuǎn)程控制密碼鎖的開關(guān)。軟件的重點(diǎn)在于單片機(jī)的編程和GSM模塊的通信。

4.1 主程序

主程序的構(gòu)成是通過各個(gè)模塊的分支函數(shù)組成的，能夠很直觀的看出來各個(gè)部分和主程序之間的聯(lián)系，以及整體的編程思路，這個(gè)有利于之后的調(diào)試和程序的調(diào)整。程序在開始部分，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行相應(yīng)的初始化，使各個(gè)部分能隨時(shí)待命，等待指令的來臨。之后通過單片機(jī)隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生函數(shù)產(chǎn)生6位的隨機(jī)密碼，通過單片機(jī)與GSM模塊間的串口通信，將密碼發(fā)送到指定的用戶手機(jī)上面；用戶收到密碼之后通過按鍵輸入密碼，由單片機(jī)進(jìn)行密碼的判定，確定是否正確，并采取相應(yīng)的功能措施；最后用戶可以通過LCD1602顯示模塊的顯示看到自己輸入的是否正確。

4.2 GSM通信模塊發(fā)送子程序設(shè)計(jì)

GSM通信模塊子程序是整個(gè)設(shè)計(jì)中的核心所在。在GSM通信模塊子程序設(shè)計(jì)，依舊采用模塊化設(shè)計(jì)思想，將每個(gè)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)，用數(shù)組將其分類，這樣便于調(diào)試和日后的維護(hù)。 在本子程序的設(shè)計(jì)中，主要是針對(duì)的TC35GSM通信模塊使用的AT指令來進(jìn)行編寫的，涉及到工作模式的確定、歸屬地短信中心號(hào)碼的設(shè)定，設(shè)置完成之后單片機(jī)會(huì)將存儲(chǔ)好的隨機(jī)密碼發(fā)送給TC35芯片，再通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給指定的用戶。為了方便用戶確認(rèn)是否發(fā)送完畢，在GSM通信子程序設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)了蜂鳴器作為密碼發(fā)送完畢的指示標(biāo)志，同時(shí)也作為通信模塊子程序的結(jié)束標(biāo)志。最后在子程序中運(yùn)用了很多的延時(shí)函數(shù)，目的是確保每一條指令都能夠運(yùn)行完成，保證密碼的發(fā)送。

5 系統(tǒng)調(diào)試

5.1 軟件調(diào)試

Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，和其他的軟件相比，它具有操作簡(jiǎn)單、功能完善等優(yōu)點(diǎn)，能夠和好的兼容單片機(jī)芯片，并且滿足市場(chǎng)上大部分單片機(jī)芯片的開發(fā)。此外，它的圖形化操作界面，能夠很快的讓程序開發(fā)人員尋找到自己的需求。因此在程序的編寫、后期的調(diào)試中是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

5.2 硬件調(diào)試

單片機(jī)運(yùn)行的過程中和他的硬件、軟件的調(diào)試是密不可分的，許多的硬件故障之后在單片機(jī)真正運(yùn)行之后才能夠被及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，從而得到相應(yīng)的處理，因此長時(shí)間的測(cè)試和運(yùn)行時(shí)保證整個(gè)系統(tǒng)能夠完好運(yùn)行的保證。

6 結(jié)束語

基于單片機(jī)與GSM模塊的動(dòng)態(tài)密碼鎖的優(yōu)勢(shì)在于其安全性好，能夠隨機(jī)設(shè)置多組電子密碼，使用戶具有絕對(duì)的控制權(quán)，避免了鑰匙的丟失和被盜用，最大可能性的保護(hù)了用戶的信息財(cái)產(chǎn)安全；與此同時(shí)，產(chǎn)品選取STC89C52作為主控單元，并采用西門子公司生產(chǎn)的TC35型號(hào)GSM通信模塊，實(shí)現(xiàn)了電子密碼鎖的低成本、高實(shí)用、安全性的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]何立民.單片機(jī)高級(jí)教程應(yīng)用與設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000.

作者單位：遼寧科技大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，遼寧鞍山 114051