張柏暢 林若波 陳炳文 黃淯斌 鄭淳予

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基于GSM智能密碼鎖短信雙工模式的實(shí)現(xiàn)

張柏暢 林若波 陳炳文 黃淯斌 鄭淳予

（揭陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系）

針對(duì)傳統(tǒng)密碼鎖單工模式的不足，提出一種基于GSM短信雙工模式智能密碼鎖的設(shè)計(jì)。采用摩斯密碼編碼技術(shù)，通過(guò)Unicode代碼轉(zhuǎn)換，基于GSM網(wǎng)絡(luò)以短信方式實(shí)現(xiàn)用戶(hù)手機(jī)與密碼鎖的通信；采用多級(jí)報(bào)警和動(dòng)態(tài)數(shù)字密碼，用戶(hù)輸入3次錯(cuò)誤密碼自動(dòng)鎖定鍵盤(pán)輸入，啟動(dòng)手機(jī)遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)雙工操作。測(cè)試結(jié)果表明：密碼鎖的報(bào)警靈敏度高，用戶(hù)手機(jī)能實(shí)時(shí)控制密碼鎖的狀態(tài)，且安全可靠。

GSM；雙工模式；摩斯密碼；動(dòng)態(tài)密碼

0 引言

數(shù)字化信息時(shí)代智能技術(shù)的普及，使傳統(tǒng)電子密碼鎖等智能家居產(chǎn)品無(wú)法滿(mǎn)足安全、便捷、人性化的需求，從而迫切需要一種智能型反被動(dòng)為主動(dòng)防御的門(mén)禁系統(tǒng)。近年，國(guó)內(nèi)外很多科技愛(ài)好者對(duì)智能密碼鎖開(kāi)展研究，并取得一定的成效[1-6]。楊寧等（2009）提出一種通過(guò)GPS定位功能和GSM網(wǎng)絡(luò)功能，確定電子密碼保險(xiǎn)箱當(dāng)前位置的移動(dòng)式保險(xiǎn)箱監(jiān)控系統(tǒng)；董慶賀（2011）研究基于GSM的防盜報(bào)警密碼鎖系統(tǒng)，以手機(jī)短消息SMS形式，通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)給用戶(hù)發(fā)送報(bào)警信息；趙靜芬等（2013）研究一種基于FPGA的手機(jī)控制智能密碼鎖，系統(tǒng)自動(dòng)斷電并以短消息SMS的形式，通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)給用戶(hù)發(fā)送報(bào)警信息，開(kāi)鎖密碼使用DES加密算法進(jìn)行加密保護(hù)，有效提高密碼鎖的安全性能；董一鳴等（2014）研究一種基于GSM模塊的動(dòng)態(tài)密碼鎖設(shè)計(jì)方案，提高密碼鎖的安全性能。以上研究均在不同程度、采用不同方式對(duì)密碼鎖提出改進(jìn)，但存在相同的不足，即僅有單工模式的通信，用戶(hù)手機(jī)僅能接收信息，而不能遠(yuǎn)程控制密碼鎖的操作。

本設(shè)計(jì)基于GSM短信雙工模式，采用摩斯密碼編碼技術(shù)[7]，通過(guò)Unicode代碼轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)短信報(bào)警與指令控制，與傳統(tǒng)單工模式有明顯的區(qū)別；同時(shí)采用多級(jí)報(bào)警和動(dòng)態(tài)密碼，根據(jù)密碼出錯(cuò)次數(shù)啟用聲音報(bào)警和短信報(bào)警，3次出錯(cuò)則自動(dòng)鎖住鍵盤(pán)輸入，自動(dòng)撥打用戶(hù)手機(jī)，須通過(guò)手機(jī)遠(yuǎn)程控制才能解鎖，有效提高密碼鎖的安全性。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智能密碼鎖系統(tǒng)關(guān)鍵在于GSM短信雙工模式的實(shí)現(xiàn)，即通過(guò)GSM模塊完成用戶(hù)手機(jī)與單片機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的傳送。其控制主體是用戶(hù)手機(jī)，以GSM短信和撥打電話(huà)作為信息傳送方式；控制對(duì)象是密碼鎖模塊，受控板由GSM模塊和單片機(jī)及其外圍電路組成，通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)，將用戶(hù)已設(shè)定好的短信命令傳輸給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)判斷處理、轉(zhuǎn)換成Unicode代碼后控制密碼鎖的操作。智能密碼鎖系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

本系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C51為核心，通過(guò)處理器串口實(shí)現(xiàn)對(duì)GSM模塊（以TC35i為核心）的信息交互控制，可用一對(duì)一或一對(duì)多的通信方式實(shí)現(xiàn)，靈活實(shí)用。

TC35i是新一代無(wú)線(xiàn)通信GSM模塊，主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊（ASIC）、閃存、ZIF連接器和天線(xiàn)接口6部分組成，自帶RS232通訊接口，可方便地與PC機(jī)、單片機(jī)連機(jī)通訊。模塊有AT命令接口，支持文本和PUD模式的短消息；還具有電話(huà)簿、多方通話(huà)、漫游檢測(cè)功能；常用工作模式有空閑模式、休眠模式和關(guān)機(jī)模式等。通過(guò)獨(dú)特ZIF連接器，實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和控制信號(hào)的雙向傳輸。其模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖和模塊實(shí)物圖如圖2、圖3所示。

圖1 智能密碼鎖系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

圖2 TC35i模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 TC35i模塊實(shí)物圖

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 摩斯密碼編碼

為提高智能密碼鎖的安全性和可操作性，本設(shè)計(jì)采用摩斯密碼編碼技術(shù)。鍵盤(pán)硬件設(shè)備只需通過(guò)按鍵即可實(shí)現(xiàn)密碼的輸入與更改，實(shí)現(xiàn)短信雙工模式的通信。摩斯密碼是1844年由美國(guó)摩爾斯發(fā)明的一種編碼，又稱(chēng)為摩爾斯電碼，20世紀(jì)使用較為廣泛的電報(bào)傳輸編碼。這種代碼可以用一種音調(diào)平穩(wěn)、時(shí)斷時(shí)續(xù)的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)來(lái)傳送，通常被稱(chēng)為“連續(xù)波”（continuous wave，CW），它可以是電報(bào)電線(xiàn)里的電子脈沖，也可以是一種機(jī)械的或視覺(jué)的信號(hào)[7]。它由一個(gè)按鍵在輸入時(shí)，通過(guò)按住間隔時(shí)間長(zhǎng)短決定輸入信息。短促的點(diǎn)信號(hào)“.”讀“嘀”（Di）；保持一定時(shí)間的長(zhǎng)信號(hào)“—”，讀“嗒”（Da）?！班帧遍g隔時(shí)間為1 t，“嗒”為3 t，“滴嗒”間為1 t，字母間為3 t，字間為5 t。摩斯碼在數(shù)字電路中用1表示“－”，0表示“.”。表1和表2給出了字符與數(shù)字對(duì)應(yīng)的摩斯碼。由于摩斯碼具有智能識(shí)別技術(shù)，有很好的保密性和可操作性，故特別適合用于密碼鎖的通信。本設(shè)計(jì)只取0～9數(shù)字作密碼有效數(shù)字，如果輸入其它字符則無(wú)效。

表1 字符—摩斯碼對(duì)照表

2.2 編碼算法實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)軟件總體控制流程如圖4所示，編碼流程圖如圖5所示。利用摩斯密碼編碼技術(shù)，鍵盤(pán)輸入信號(hào)經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送往單片機(jī)進(jìn)行判斷處理，進(jìn)行Unicode代碼轉(zhuǎn)換；通過(guò)GSM模塊傳送到手機(jī)終端，實(shí)現(xiàn)中文漢字輸出。同時(shí)，用戶(hù)手機(jī)以短信方式發(fā)送遠(yuǎn)程控制指令，通過(guò)GSM模塊傳送給單片機(jī)，進(jìn)行Unicode代碼轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，控制鍵盤(pán)輸入操作，實(shí)現(xiàn)密碼鎖的遠(yuǎn)程控制。下面給出手機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制鍵盤(pán)操作的部分代碼。

void gsm_send_ON( ) //鍵盤(pán)控制開(kāi)

{

writebyte_SIM900A("AT+CMGF=0 ");

delay(400);

writebyte_SIM900A("AT+CMGS=25 ");

delay(400);

writebyte_SIM900A("0011000D9168");

// 3105497334F6 15517550216

writebyte_SIM900A("8117988943F7");

//手機(jī)號(hào) :13509437436F 8117988943F7

writebyte_SIM900A("0008A9");

writebyte_SIM900A("0A");

writebyte_SIM900A("5F00542F952E76D8FF01");

write_SIM900A(0x1a);

}

void gsm_send_OFF( ) //鍵盤(pán)控制關(guān)

{

writebyte_SIM900A("AT+CMGF=0 ");

delay(400);

writebyte_SIM900A("AT+CMGS=25 ");

delay(400);

writebyte_SIM900A("0011000D9168");

// 3105497334F6 15517550216

writebyte_SIM900A("8117988943F7");

//手機(jī)號(hào) :13509437436F 8117988943F7

writebyte_SIM900A("0008A9");

writebyte_SIM900A("0A");

writebyte_SIM900A("517395ED952E76D8FF01");

write_SIM900A(0x1a);

}

圖4 系統(tǒng)軟件控制流程圖

圖5 編碼流程圖

3 通信測(cè)試

為驗(yàn)證密碼鎖短信雙工模式的通信效果，用手機(jī)和密碼鎖進(jìn)行系統(tǒng)功能測(cè)試。輸入非法密碼后，密碼鎖液晶屏顯示“Error”信息并發(fā)出報(bào)警音，同時(shí)密碼鎖發(fā)送短信到手機(jī)報(bào)警，提示“有惡意破壞行為，要求主機(jī)產(chǎn)出控制密碼系統(tǒng)信息！”，如圖6所示。若連續(xù)3次，則密碼鎖鍵盤(pán)被鎖定，同時(shí)啟動(dòng)電話(huà)報(bào)警功能。

圖6 密碼鎖和手機(jī)報(bào)警狀態(tài)

若要解除報(bào)警狀態(tài)，可通過(guò)手機(jī)發(fā)送短信指令“RELIEVE”，密碼鎖接收信息后，報(bào)警音停止，并向手機(jī)發(fā)送“解除報(bào)警！”，如圖7所示。

對(duì)密碼鎖的其他功能分別進(jìn)行測(cè)試，均能穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控與遠(yuǎn)程控制，達(dá)到預(yù)期的效果。

圖7 警報(bào)解除狀態(tài)

4 結(jié)語(yǔ)

1) 通過(guò)GSM模塊實(shí)現(xiàn)短信雙工遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)通信，解決傳統(tǒng)密碼鎖單一報(bào)警、無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的弊端，實(shí)用性更高；

2) 采用摩斯密碼作為編碼技術(shù)，破解難度更大，使密碼鎖更加安全可靠；

3) 采用動(dòng)態(tài)數(shù)字密碼，即用戶(hù)輸入3次錯(cuò)誤密碼自動(dòng)鎖定鍵盤(pán)輸入，須通過(guò)手機(jī)遠(yuǎn)程控制才能解鎖，有效提高安全性。

[1] 楊寧,馬憲民.有GPS和GSM的電子密碼保險(xiǎn)箱監(jiān)控系統(tǒng)[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2009,30(6):330-331.

[2] 韓團(tuán)軍.基于單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù),2010,29(7):58-61.

[3] 董慶賀.基于GSM的防盜密碼鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2011,37(9):64-66,73.

[4] 燕麗紅,王飛飛,楊星.基于A(yíng)T89S52 的智能家居門(mén)禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程,2013,21(22):137-140.

[5] 趙靜芬,阮海鵬,李境學(xué).基于FPGA的手機(jī)控制智能密碼鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用,2013(2):228,230.

[6] 董一鳴,李東陽(yáng).基于單片機(jī)與GSM模塊的動(dòng)態(tài)密碼鎖設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用,2014,17(16):65,67.

[7] 李建文,趙小羽.基于摩斯碼原理的智能模式皮膚聽(tīng)聲器研究[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī),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

張柏暢，男，1993年11月生，大專(zhuān)，電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生。

林若波，男，1974年生，碩士，教授，主要研究方向：機(jī)電一體化。E-mail: linruobo@126.com

2016 年廣東大學(xué)生科技創(chuàng)新培育專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目（pdjh2016b0776）