基于GPRS 的智能门锁系统设计与实现

于浩，赵玉荣，刘炎铭，刘大伟，张环宇

（安徽新华学院，安徽合肥，230088）

0 引言

就传统门锁而言，传统门锁一旦使用年限较长，锁芯老化，磨损严重后，会出现被相似齿轮门锁的钥匙打开的情况，尤其是现在居民小区普遍使用由开发商统一购买的同厂家同型号的门锁，这种状况发生的概率会变大。而智能门锁则可以避免这种情况，智能门锁不仅能在家庭，办公楼，短租公寓，宾馆，学校等场所，还可与小区和社会等的安全防护系统进行联合并网，实现联合报警的功能。

本文介绍了智能门锁各个模块电路，并设计了各模式的程序。该设计结合了GPRS 网络的远距离、低资费的特性，运用中断程序在内的多种程序。该智能锁锁结合了AT24C02 存储芯片，具有断电密码保存功能。从而本设计实现了多种功能模式的智能门锁。最后进行了实物焊接，调试，实物的测试。

1 系统总体设计

■1.1 功能要求

该设备拥有多种模式，各种功能如下。

拥有两种密码—用户密码和管理员密码，用户密码可以被修改，能初始化用户密码，并可以实现三种模式的转换。

模式一：可以使用用户密码解锁并可以修改用户密码，可以输入管理员密码重置用户密码，按下C键修改门锁模式，三次输入错误，发送AT 指令GPRS 模块发短信提醒用户。

模式二：使用人体感应装置自动开关门，输入管理密码可以修改模式。

模式三：只有输入管理员密码转换模式才能开门。

■1.2 设计方案

本文叙述了基于GPRS 的智能门锁的设计思路，构造和工作的原理，以及智能门锁的各个模块的相互工作原理。在GPRS 网络的基础之上，应用无线网络通信技术，人体感应技术等实现了这款多功能的GPRS 智能门锁。该GPRS 的智能门锁由SIM800L，人体感应仪，步进电机，LCD1602显示器，4x4 矩阵键盘等部分组成。图1 为系统总体结构图。

图1 系统总体结构图

2 硬件电路设计

■2.1 单片机最小系统设计

单片机的最小系统就是指用最少的元器件组成的单片机可以工作的系统。一般由电源，单片机，晶振电路，复位电路组成。电路图如图2 所示。

图2 单片机最小系统电路

■2.2 人体感应模块电路

基于GPRS 模块的智能门锁在模式二中，需要用到人体感应模块HC-SR501，当HC-SR501 感应到有人时，单片机给电机一个高电平，步进电机转动开门，待检测不到人20秒后，门锁会自动关门。该设计模式二具有全自动感应能力，当有人进入到设备监测区时，HC-SR501 会输出一个高电平，当设备未检测到人员时会输出低电平，人员持续在检测区域内时，模块会持续输出高电平，以防人体被开闭门夹伤。电路图3 所示。

图3 人体感应模块

为实现智能门锁的自动延时关闭功能，就要运用HCSR501 的感应封锁时间的功能，感应模块在输出一个感应后就会紧跟着运行一个感应封锁时间，在这个期间内感应器不会受到其他感应信号的控制[1]。这功能可实现智能锁在检测到人员离开检测区域后的延时关闭功能。同时还能有效地解决负载切换中的各种干扰问题。

图4 SIM800L 电路图

■2.3 GPRS 模块电路

本GPRS 智能密码锁采用SIM800L 芯片来实现智能门锁的通信监控报警功能[2]，SIM800L 是一款双频GPRS 模块，它由国内领先的移动通信设备企业中国上海晨讯科技集团设计的。该模块使用简单的AT 指令控制SIM 板块的收发短信。GPRS 模块在待机状态下电流仅1mA，非常省电。在无外接电源的情况下，普通干电池也能使SIM800L 持续待机运行几天的时间。通过串口，单片机可以向SIM800L 发送AT 指令，从而实现了GPRS 的发送短信报警的功能。电路图如4 所示。

■2.4 液晶显示电路

1602 液晶显示器显示的字符比较简单，容易操作。LCD 显示屏是利用液晶的物理性质达到显示的目的，液晶分子受到不同电极时的状态不一样，通过控制显示屏中各个位置的电极，让液晶分子呈现不同的状态，就能达到显示的目的。由于液晶分子的这种物理特性，LCD 显示屏在收到信号之后会恒定的显示，不会出现频闪，也不会出现图像失真现象，在这点LCD 要优于LED。具体见图5 所示。

图5 液晶显示模块电路图

3 系统软件设计

本设计程序主要由主程序，重置密码程序，修改用户密码程序，修改多种模式程序等程序组成。重置密码程序是输入正确的管理员密码，按下重置键，即可成功重置用户密码；修改用户密码的功能，用户可以输入两次正确的用户密码，智能门锁自动进入修改密码程序，连续输入两次正确的新密码即可成功修改用户密码；智能门锁拥有三种模式，输入正确的管理员密码之后，按下切换模式按键进行模式切换，即可切换成其他模式。主要程序流程如图6 所示。

图6 主要流程图

4 实物测试

■4.1 GPRS 短信报警功能测试

连续输错三次密码，LCD1602 液晶显示屏显示send message…发送短信并进入模式三，在模式三下只有输入管理员密码来进行模式切换才能解锁密码锁[3]。如图7 显示。用户手机收到短信：“密码已输错三次。”提示报警，如图8 显示。

图7 LCD 显示发送

图8 手机接收报警短信截图

■4.2 密码修改测试

修改密码需要输入正确的用户密码，步进电机转动后再次输入用户密码[4]。此时LCD 显示设置新的密码英文字样。然后输入新密码后按下D 确定键，然后再次输入相同的密码在按下D 确定按键。两次密码一致则修改成功。如图9，图10，图11 所示。

图9 设置新密码

图10 再次输入

图11 修改成功

■4.3 重置密码功能测试

本设计的密码锁具有防止密码遗忘的重置密码功能。在模式一下输入正确的管理员密码后按下B 键，即可将用户密码重置为初始化用户密码000000[5]。在重置用户密码后，LCD 显示RestPasswordOK 字样。之前的用户密码将不可开锁，管理员密码只可在程序中更改。重置密码成功后按下＊号按键即可跳转到输入密码界面，如图12 所示。

■4.4 开锁功能测试

模式一，输入用户密码，按下#号键即可开锁，开锁后20 秒后步进电机自动反转模拟关锁。如图12 所示开锁成功[6]。

图12 重置密码成功

模式二，让感应模块感应到人，步进电机正转模拟门锁打开。感应不到人20 秒后，步进电机自动模拟门锁的关闭。

模式三，该模式下不可开锁，如图13 所示。

图13 开锁成功

5 结论

随着生活的方方面面都被智能化的时候，门锁作为千家万户必不可少的生活物品，当然也避免不了被智能化。普通门锁由于只有钥匙这一种办法开锁，给生活带来了不少麻烦。现在年轻人的生活工作压力大，经常会出现钥匙忘记带进不了门，或者开门后钥匙还遗留在门锁上的现象。很多老年人和儿童他们很容易遗忘或者遗留钥匙。这些都是普通门锁可能会遇到的诸多问题。很多短租或者长租公寓的租客流动性强，出于安全，短租企业会经常更换锁具，造成运营成本提高。国内的智能门锁的普及率相较于日韩相比很低。所以，本设计具有广阔的应用前景，和实际的应用价值。