《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于GSM網(wǎng)絡(luò)的RFID汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要: 提出了一種基于GSM網(wǎng)絡(luò)與RFID技術(shù)相結(jié)合的高級(jí)汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,,通過硬件和軟件的實(shí)際制作與測(cè)試,,表明該系統(tǒng)方案完全可行,,具有很高的實(shí)用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。
Abstract:
Key words :

  摘要: 提出了一種基于GSM 網(wǎng)絡(luò)與RFID技術(shù)相結(jié)合的高級(jí)汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,, 通過硬件和軟件的實(shí)際制作與測(cè)試, 表明該系統(tǒng)方案完全可行,, 具有很高的實(shí)用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景,。

  1  防盜系統(tǒng)的特點(diǎn)

  早期汽車防盜系統(tǒng)主要由機(jī)械結(jié)構(gòu)的門鎖和車輪鎖構(gòu)成,。 車鎖的功能從簡(jiǎn)單控制車門開啟演變?yōu)榭刂泣c(diǎn)火和操控汽車電路等。 隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展,, 芯片式和網(wǎng)絡(luò)式相結(jié)合的高端防盜系統(tǒng)得到了發(fā)展,, 它提供更有效的防盜手段。 本文采用RF ID芯片技術(shù)與GSM 模塊技術(shù)設(shè)計(jì)并制作了汽車防盜系統(tǒng),, 與其它防盜系統(tǒng)相比,, 其主要特點(diǎn)如下:

  ( 1)編碼唯一性和不可復(fù)制性

  普通電子式防盜器是時(shí)下最流行的防盜器,, 它通過手持遙控裝置來設(shè)防和撤防,, 遙控收發(fā)模塊可以采用固定碼編碼和滾動(dòng)碼編碼方式。 固定編碼方式的缺點(diǎn)是地址碼容易重復(fù),, 并且容易被復(fù)制,。 而滾動(dòng)碼方式每次發(fā)送的代碼都是唯一且不規(guī)則的, 但通過專門的解碼器也能在幾秒鐘內(nèi)解碼,, 且這種防盜器經(jīng)常會(huì)有誤報(bào)警的情形發(fā)生,。

  新方案采用了RF ID (無線射頻身份識(shí)別)技術(shù)的芯片, 該芯片出廠時(shí)已經(jīng)設(shè)定唯一編碼,, 無法復(fù)制,。 采用的第四代RFID芯片具有特殊診斷功能, 即受權(quán)者在讀取鑰匙保密信息時(shí),, 能夠得到該防盜系統(tǒng)的歷史信息(如讀取次數(shù),、時(shí)間等), 令這類RF ID芯片現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種高級(jí)安防系統(tǒng)中,。

 ?。?2)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)遠(yuǎn)程防盜

  在防盜系統(tǒng)中運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是目前最先進(jìn)、最有效的防盜方式之一,, 是現(xiàn)行廣泛應(yīng)用GPS(全球定位系統(tǒng))的網(wǎng)絡(luò)報(bào)警系統(tǒng),。

  該系統(tǒng)在車上安裝小型的無線網(wǎng)絡(luò)終端, 通過GPS模塊向網(wǎng)絡(luò)中心報(bào)告車輛運(yùn)行位置,, 由監(jiān)控中心統(tǒng)一完成調(diào)度,、跟蹤。 該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的缺點(diǎn)是需要建立無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心,、信號(hào)中繼基站等,, 一般需要人工服務(wù), 終端用戶要定期支付固定費(fèi)用,, 其使用區(qū)域還受到無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的限制,。

  本系統(tǒng)采用GSM 模塊, 利用成熟的GSM 網(wǎng)絡(luò)覆蓋全國(guó)甚至全世界, 24小時(shí)在線,, 通過程序控制可以在任何地方完成對(duì)失竊車輛的鎖定,。 該系統(tǒng)在不使用時(shí)不產(chǎn)生任何費(fèi)用, 適用于普通大眾,。 基于GSM網(wǎng)絡(luò)的RFID芯片式防盜器,, 可實(shí)現(xiàn)無匙進(jìn)入, 還能唯一地識(shí)別車主控制的車輛,, 誤報(bào)警的機(jī)率更小,。

  2  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

  該系統(tǒng)由3部分組成: 射頻身份識(shí)別( RFID )芯片、主控電路(MCU ),、網(wǎng)絡(luò)接口模塊( TC35) . 通信設(shè)備采用西門子手機(jī)模塊TC35, 主控芯片采用AT89C51, 身份識(shí)別采用TI 公司的基站芯片TMS3705和感應(yīng)器,, 該感應(yīng)器具有世界上唯一的ID號(hào), 并且不能夠進(jìn)行復(fù)制,, 因此保密性極佳,。 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

  2. 1  射頻身份識(shí)別( RFID)部分

  典型的RFID 系統(tǒng)包括感應(yīng)器,、閱讀器和處理數(shù)據(jù)的后端計(jì)算機(jī),。 感應(yīng)器也稱射頻卡, 它具有智能讀寫及加密通信的能力,。 閱讀器通過調(diào)制的RF通道向感應(yīng)器發(fā)出請(qǐng)求信號(hào),, 感應(yīng)器回答識(shí)別信息,然后閱讀器把收到的信號(hào)送到計(jì)算機(jī),。 系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是非接觸式識(shí)別,, 因此可以同時(shí)識(shí)別多個(gè)感應(yīng)器及高速運(yùn)動(dòng)的電子標(biāo)簽。 該系統(tǒng)中因?yàn)楦袘?yīng)距離不要求很遠(yuǎn)( 0 1~ 5 m) , 采用無源感應(yīng)器,, 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,, 更適合隨身攜帶。

  然后閱讀器把收到的信號(hào)送到計(jì)算機(jī),。 系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是非接觸式識(shí)別,, 因此可以同時(shí)識(shí)別多個(gè)感應(yīng)器及高速運(yùn)動(dòng)的電子標(biāo)簽。 該系統(tǒng)中因?yàn)楦袘?yīng)距離不要求很遠(yuǎn)( 0 1~ 5 m) , 采用無源感應(yīng)器,, 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,, 更適合隨身攜帶。

  該系統(tǒng)所選用的閱讀器是TMS3705, 它是TI公司生產(chǎn)的低頻基站集成電路,, 可作為RFID 讀卡器,。

  當(dāng)閱讀器TMS3705接入電源時(shí), 首先發(fā)射一定頻率的射頻脈沖信號(hào),, 若感應(yīng)器(本系統(tǒng)采用無源只讀型感應(yīng)器為R I- TRP- RR2B )在有效感應(yīng)范圍內(nèi),它將接收到的信號(hào)進(jìn)行最佳耦合, 并對(duì)它的電容進(jìn)行充電,, 以供感應(yīng)器內(nèi)部電路工作,。 感應(yīng)器工作時(shí),以FSK 方式發(fā)射數(shù)據(jù),, 閱讀器TMS3705中的射頻模塊接收并解調(diào)該信號(hào),, 然后按照一定通信協(xié)議上傳給MCU 進(jìn)行處理。 假如感應(yīng)器是合法卡,, MCU 下傳命令給控制單元撤防,, 并且打開中央門鎖; 假如該感應(yīng)器是非法卡,, 則說明有人持非法卡強(qiáng)行進(jìn)入,, 控制單元發(fā)出系統(tǒng)報(bào)警和通過手機(jī)模塊( TC35)以短信息的方式通知用戶。

  2. 2  主控部分

  主控單片機(jī)采用通用芯片AT89C51以降低造價(jià),。 在系統(tǒng)中,, 主控單片機(jī)負(fù)責(zé)用戶身份的識(shí)別、信號(hào)的檢測(cè),、各種控制信號(hào)的產(chǎn)生和與GSM 模塊的通信[ 2] .

   2. 3  GSM 網(wǎng)絡(luò)接口模塊

  該系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)使用GSM網(wǎng)絡(luò),。 采用的是西門子公司的TC35模塊, 它是GSM無線雙頻模塊,, 具有語音,、數(shù)據(jù)、短消息,、FAX 等4 種傳輸方式,。 它屬于GSM /GPRS模塊, 支持GSM 模塊的所有功能,, 還具有永久在線功能,, 支持快速數(shù)字接入和高速數(shù)據(jù)傳輸, 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的無間斷追蹤,。 其功能結(jié)構(gòu)如圖2所示,。

圖2 TC35模塊功能框圖

圖2  TC35模塊功能框圖

  TC 35模塊主要由4部分組成: GSM基帶處理器、GSM 射頻部分,、電源ASIC,、Flash. GSM 基帶處理器是整個(gè)模塊的核心, 控制著模塊內(nèi)各種信號(hào)的傳輸,、轉(zhuǎn)換,、放大等處理過程。 GSM 射頻部分是1個(gè)單片收發(fā)器,, 完成射頻接收和發(fā)送等,。 GSM 模塊電流變化非常大, 這就對(duì)供電電路提出了較高的要求。

  電源AS IC 部分使用線性電壓調(diào)節(jié)器把外部輸入的電源電壓Vbatt+ 進(jìn)行穩(wěn)壓后供GSM 基帶處理器和GSM 射頻部分使用,, 此外它還輸出1 個(gè)2 9 V /70mA 的電壓供模塊外的其他電路使用,。 GSM 射頻部分的功率放大器對(duì)電源電壓要求不高, 所以直接使用外部的輸入電壓Vbatt+ . Flash 用來存儲(chǔ)一些用戶配置信息,、電話本等,。

  3  系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

  主機(jī)板的硬件電路包括: RFID 接口電路、汽車控制接口電路,、MCU 的控制電路,、TC35 網(wǎng)絡(luò)接口電路。

 ?。?1) RFID接口電路

  RFID 接口電路由4線組成,, 其中2線為電源和地, 另外的2線為數(shù)據(jù)線與控制線,, 射頻部分通過一定的通信協(xié)議和MCU 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸交換,, 用控制線控制數(shù)據(jù)流向。

 ?。?2)汽車接口電路

  汽車電路由16 針的接口與MCU 電路連接,。 其中, 接口各針的電路輸出控制說明如表1所示,。

表1汽車接口電路說明

表1 汽車接口電路說明

 ?。?3)MCU 控制電路

  在系統(tǒng)中, 各種控制命令由控制電路完成,, 如啟動(dòng)切斷汽車電路和油路,, 以及進(jìn)行聲光報(bào)警等。 其中,, 電路,、油路和轉(zhuǎn)向燈的控制電路由MCU的輸出接口控制相應(yīng)繼電器實(shí)現(xiàn)。 報(bào)警喇叭控制電路由MCU 輸出接口控制三極管實(shí)現(xiàn),。

  中央門鎖控制器和電動(dòng)窗的控制電路采用了光電耦合器件來實(shí)現(xiàn)隔離,。 電源由汽車電瓶的12 V 電源穩(wěn)壓成5 V 產(chǎn)生, 并裝有9 V的備用電源,, 當(dāng)電源被剪斷時(shí)備用電源就給主機(jī)板供電,, 同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)通知MCU 發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

 ?。?4)網(wǎng)絡(luò)接口電路

  GSM 模塊TC35和主控制器以串口的方式連接,, 采用一定的波特率進(jìn)行通信,簡(jiǎn)單可靠,。

  4  系統(tǒng)軟件編程設(shè)計(jì)

  4. 1  RFID 軟件編程

  數(shù)據(jù)在射頻卡中的存儲(chǔ)格式如表2所示,。 數(shù)據(jù)的每Byte由10 bits組成,, 第1 b it是H igh, 最后1 b it是Low, 第2~ 9 b it為實(shí)際發(fā)送的數(shù)據(jù)。

表2  數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式表

表2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式表

  讀取射頻信號(hào)時(shí),, 先將TXCT 置為L(zhǎng)ow, 延時(shí)50ms后,, 再恢復(fù)成H igh. 大約經(jīng)過3m s后, SC IO 開始輸出數(shù)據(jù),, 總共輸出14 Bytes數(shù)據(jù)。 程序需根據(jù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式對(duì)每Byte和每次讀進(jìn)的14 By tes進(jìn)行校驗(yàn),, 當(dāng)檢測(cè)到錯(cuò)誤則轉(zhuǎn)入錯(cuò)誤處理程序,。

  4. 2  GSM 軟件設(shè)計(jì)

  GSM 終端軟件設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)MCU 對(duì)TC35模塊的控制, 通過短信功能完成用戶與防盜系統(tǒng)雙向通信過程,。 TC35模塊與短信操作有關(guān)的AT命令可以通過3種途徑: B lock模式,、Tex t模式和PDU 模式。 用B lock模式需要手機(jī)生產(chǎn)廠家提供驅(qū)動(dòng)支持,。

  目前,, 這種模式已被PDU 所取代。 Text模式較簡(jiǎn)單,, 可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字和字符的直接收發(fā),; PDU 模式是將GB2312的中文編碼轉(zhuǎn)換為Unicode編碼, 實(shí)現(xiàn)中文編解碼收發(fā),。 為對(duì)產(chǎn)品提供多樣化服務(wù),, 本方案實(shí)現(xiàn)了Tex t和PDU 2種模式。

 ?。?1) Text模式

   本設(shè)計(jì)主要傳送系統(tǒng)狀態(tài),、控制等信息, 采用Tex t模式就可以滿足要求,, 在該模式下,, 控制TC35實(shí)用的AT命令如表3所示。

表3  AT命令功能說明表

表3 AT命令功能說明表

   ( 2) PDU 模式

  發(fā)送和接收中文或中/英文混合的短信息必須采用PDU 模式,。 根據(jù)GSM 07. 05的定義,, 只要控制器通過UART接口向GSM 模塊下發(fā)AT命令, 就可以直接讀取收到的PDU 模式的短信息,。 分析PDU 數(shù)據(jù)包時(shí),, 要根據(jù)PDU 的數(shù)據(jù)格式將收到的中文信息和其它相關(guān)信息解析出來。

 ?、貾DU 模式的純英文短信息解碼,。 PDU 模式的純英文短信息編碼使用GSM 字符集的7位編碼。

  首先將各個(gè)字符轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制ASC II碼,, 然后將后面字符的低位逐位調(diào)整到前面,, 補(bǔ)齊前面的差別,。 實(shí)際使用發(fā)現(xiàn), 由于PDU 模式的純英文短信息解碼不方便,, 因此收發(fā)純英文字符和數(shù)字符號(hào)時(shí),, 最好采用Tex t模式。

 ?、谥形亩绦畔⒌木幗獯a轉(zhuǎn)換,。 在GSM 標(biāo)準(zhǔn)中,中文編碼采用UTF- 8的編碼,, 不是目前國(guó)內(nèi)常用的GB - 2312編碼,, 故還需要進(jìn)行中文編碼的轉(zhuǎn)換,完成2個(gè)編碼表的轉(zhuǎn)換后,, 才能實(shí)現(xiàn)顯示GB- 2312漢字庫中的漢字字型,。 這也是編程需要考慮的。

  4. 3  主控程序的設(shè)計(jì)

  在主控程序中對(duì)2種情景進(jìn)行軟件設(shè)計(jì):①車主持有RFID 射頻卡時(shí),, 系統(tǒng)接受正確的ID, 并做出響應(yīng),;② 車主遺失RF ID射頻卡時(shí), 車主通過GSM手機(jī)發(fā)送車主的認(rèn)證信息以控制汽車,。

  設(shè)計(jì)②的原因是RFID 的ID 號(hào)具有唯一性,, 當(dāng)車主遺失射頻卡時(shí), 需要更換整個(gè)RF ID系統(tǒng),。 或者找廠家,, 這是很困難的。 為了在更換前不影響車主對(duì)汽車的操作,, 設(shè)置啟動(dòng)方法 ②并將其設(shè)置為高的優(yōu)先級(jí)別,。

  主控程序的流程圖如圖3所示。

圖3 主控程序流程圖

圖3  主控程序流程圖

  5  小結(jié)

  整個(gè)系統(tǒng)通過硬件制作和軟件調(diào)試,, 完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求,。 在0 01~ 5 m范圍內(nèi), 系統(tǒng)工作穩(wěn)定,。 該系統(tǒng)大大提高了汽車防盜性能,, 整體成本較低, 安裝簡(jiǎn)單方便,, 通用性強(qiáng),。 如果要增加全球定位跟蹤功能, 隨著GSM網(wǎng)絡(luò)本身功能的增加與性能的提高,,設(shè)計(jì)方案并不需要增加專門的GPS ( 全球定位系統(tǒng))硬件模塊,, 只通過軟件技術(shù)改進(jìn)就可以做到, 其擴(kuò)展優(yōu)勢(shì)是明顯的,。 該系統(tǒng)方案可以推廣到各種移動(dòng)場(chǎng)合的高級(jí)安防系統(tǒng)中,。

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