基于AT89S52的智能家居門(mén)禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：隨著人們生活的快節(jié)奏化發(fā)展，人們對(duì)家居門(mén)禁的安全性要求越來(lái)越高。本文采用AT89S52單片機(jī)為核心，以嵌入式Linux系統(tǒng)為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用博創(chuàng)科技公司的UP-TECHPXA270A作為主控制端，采用西門(mén)子公司TC35i系列的GSM模塊作為無(wú)線傳輸端設(shè)計(jì)了一款靈活、便捷、成本低廉的智能門(mén)禁系統(tǒng)。該系統(tǒng)既可以在控制終端進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)又能實(shí)時(shí)進(jìn)行手機(jī)短信的信息提示，對(duì)當(dāng)今人們就安全性方面的考慮很全面，是一款值得推廣的系統(tǒng)。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生活水平的發(fā)展，及電子芯片的高度集成化和生物識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，智能化程度大大提高，人們對(duì)家居的安全性、舒適度的要求越來(lái)越高。原來(lái)的電子磁卡鎖，電子密碼鎖等電子門(mén)禁系統(tǒng)等已不能很好地滿足人們對(duì)安全、便捷、人性化的需求。而目前市場(chǎng)上大多數(shù)的門(mén)禁系統(tǒng)都采用有線的方式，有線通信具有安全、穩(wěn)定性好、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)：但同時(shí)有線通信方式安裝成本高、靈活性差、施工難度大、無(wú)法移動(dòng)、變更余地小、維護(hù)費(fèi)用高、覆蓋面積小、擴(kuò)展困難等缺陷。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入了一個(gè)新的天地。采用無(wú)線的傳輸方式，能夠克服上述缺陷。因此開(kāi)發(fā)一款靈活、便捷、成本低廉的智能門(mén)禁系統(tǒng)就顯得很有應(yīng)用價(jià)值。本文以AT89S52為核心結(jié)合控制電路，采用無(wú)線傳輸?shù)姆绞皆O(shè)計(jì)一款智能化的智能家居門(mén)禁系統(tǒng)。

1 智能家居門(mén)禁系統(tǒng)平臺(tái)的搭建

1.1 嵌入式Linux系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的構(gòu)建

系統(tǒng)采用博創(chuàng)科技公司推出的高端嵌入式教學(xué)科研平臺(tái)UP-TECHPXA270A作為主控制端，UP-TECHPXA270A基于Intel Xscale架構(gòu)的嵌入式微處理器，最高主頻可達(dá)624 MHz，穩(wěn)定運(yùn)行在520 MHz，采用13x13 mm VFBGA封裝，加入Wireless MMX技術(shù)，主頻內(nèi)部集成iwmmx指令，加速處理器對(duì)多媒體數(shù)據(jù)的處理速度。該平臺(tái)主要是面向計(jì)算機(jī)、軟件專業(yè)的高端平臺(tái)，可運(yùn)行Linux 2.4.x和Linux 2.6.x內(nèi)核，支持QT /E、miniGUI等嵌入式圖形界面，提供完整的驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用程序，UP-TECHPXA270A開(kāi)發(fā)板提供了豐富的gpio口，可以達(dá)到對(duì)智能門(mén)禁系統(tǒng)的模擬控制。同時(shí)采用便于軟件安裝升級(jí)的Linux系統(tǒng)，建立基本開(kāi)發(fā)環(huán)境。

1.2 門(mén)禁系統(tǒng)中單片機(jī)的選擇

本系統(tǒng)選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)，其CPU采用與MCS-51兼容的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。AT89S52是一款帶有8 kB可在線編程Flash存儲(chǔ)器的低功耗、高性能8位CMOS微控制器。它采用Atmel的高密非易失存儲(chǔ)制造技術(shù)并與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的80C51指令集和引腳結(jié)構(gòu)相兼容。AT89S52還提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8 KB的Flash存儲(chǔ)器、256字節(jié)RAM、32根I/O引線、看門(mén)狗定時(shí)器、兩個(gè)數(shù)據(jù)指針、3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、一個(gè)六向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)、一個(gè)全雙工通訊端口、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。上述這些功能可很好地滿足系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)要求。

1.3 GSM模塊

采用西門(mén)子公司TC35i系列GSM模塊，TC35i模塊是一款支持中文短信息的工業(yè)級(jí)的新版GSM模塊，工作在EGSM900和GSM1800雙頻段，電源范圍為直流3.3～4.8 V，休眠狀態(tài)電流消耗為3.5 mA，空閑狀態(tài)為25 mA，發(fā)射狀態(tài)為300 mA(平均)，峰值為2.5 A;可傳輸語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信號(hào)，功耗在EGSM900(4類)和GSM1800(1類)分別為2 W和1 W，通過(guò)接口連接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。SIM電壓為3 V/1.8 V，TC35i通過(guò)AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，可選波特率為300 b/s～115 kb/s，自動(dòng)波特率為1.2～115 kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS(Shoa Message Selvice，短消息)，可通過(guò)AT命令或關(guān)斷信號(hào)實(shí)現(xiàn)重啟和故障恢復(fù)。

當(dāng)門(mén)禁系統(tǒng)密碼不正確，或鍵盤(pán)連續(xù)輸入出錯(cuò)超過(guò)上限時(shí)，門(mén)禁系統(tǒng)會(huì)發(fā)出信號(hào)送至控制器，同時(shí)通過(guò)GSM模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，達(dá)到報(bào)警和預(yù)警的功能。

2 門(mén)禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)字技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展的今天門(mén)禁技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。門(mén)禁系統(tǒng)早已超越了單純的門(mén)道及鑰匙管理，它已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一套完整的出入管理系統(tǒng)。

本門(mén)禁系統(tǒng)主要由單片機(jī)來(lái)控制，采用AT89S52系列芯片由單片機(jī)系統(tǒng)、矩陣鍵盤(pán)、報(bào)警電路、LED指示燈顯示、主控制端PXA270、GSM模塊、電源以及其他周邊設(shè)備組成。

2.1 門(mén)禁系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)(如圖1所示的總體設(shè)計(jì)圖)以單片機(jī)作為門(mén)禁終端，并配合顯示屏進(jìn)行密碼輸入與修改。如果密碼錯(cuò)誤，則會(huì)給主控模塊發(fā)送消息，彈出對(duì)話框，同時(shí)通過(guò)GSM模塊給主人發(fā)送短信，進(jìn)行預(yù)警或報(bào)警。

2.2 門(mén)禁系統(tǒng)的平臺(tái)搭建

本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)在linux系統(tǒng)環(huán)境下，是在win7系統(tǒng)上安裝VMware7.0，分出大約20 G硬盤(pán)空間，512 M內(nèi)存。Linux系統(tǒng)選用Fedora12;安裝VMware的時(shí)候注意選擇磁盤(pán)路徑，F(xiàn)dora12選擇默認(rèn)安裝。

Fedora12漢化說(shuō)明：

系統(tǒng)語(yǔ)言配置文件/etc/sysconfig/i18n

系統(tǒng)用戶有自己的語(yǔ)言配置

如果想使每個(gè)系統(tǒng)用戶有各自不同的語(yǔ)言環(huán)境;可以在當(dāng)前用戶目錄下建一個(gè).i18n的文件;比如想讓fedora，這個(gè)用戶登錄中文桌面環(huán)境，只要在fedora這個(gè)用戶下建一個(gè)i18n的文件即可，內(nèi)容如下：

LANG=“zh CN.UTF-8”

SYSFONT=“latarcvrheb-sun16”

SUPPORTED=“zh CN.UTF-8：zh CN：zh”

退出保存;然后運(yùn)行重啟，第二次登錄桌面環(huán)境就能看到中文了。

2.3 門(mén)禁系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)能完成開(kāi)鎖、修改密碼、當(dāng)操作錯(cuò)誤的次數(shù)大于系統(tǒng)設(shè)置的極限時(shí)，系統(tǒng)在報(bào)警的同時(shí)還會(huì)鎖定系統(tǒng)以加強(qiáng)密碼鎖的安全性，系統(tǒng)還具有結(jié)電和掉電保護(hù)等功能。門(mén)禁系統(tǒng)電路原理圖如圖2所示，其中各功能模塊的電路如圖3所示。

2.4 GSM模塊電路設(shè)計(jì)

該模塊采用TC35模塊，其有40個(gè)引腳，通過(guò)一個(gè)ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)連接器引出。如下圖4所示GSM模塊電路圖，這40個(gè)引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。當(dāng)輸入的門(mén)禁系統(tǒng)密碼不正確，或鍵盤(pán)連續(xù)輸入出錯(cuò)超過(guò)上限時(shí)，門(mén)禁系統(tǒng)會(huì)發(fā)通過(guò)GSM模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，達(dá)到報(bào)警和預(yù)警的功能。