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淺談GSM網(wǎng)絡(luò )的RFID汽車(chē)防盜系統設計論文
1防盜系統的特點(diǎn)
早期汽車(chē)防盜系統主要由機械結構的門(mén)鎖和車(chē)輪鎖構成.車(chē)鎖的功能從簡(jiǎn)單控制車(chē)門(mén)開(kāi)啟演變?yōu)榭刂泣c(diǎn)火和操控汽車(chē)電路等.隨著(zhù)現代電子技術(shù)的發(fā)展,芯片式和網(wǎng)絡(luò )式相結合的高端防盜系統得到了發(fā)展,它提供更有效的防盜手段.本文采用RFID芯片技術(shù)與GSM模塊技術(shù)設計并制作了汽車(chē)防盜系統,與其它防盜系統相比,其主要特點(diǎn)如下:
(1)編碼唯一性和不可復制性普通電子式防盜器是時(shí)下最流行的防盜器,它通過(guò)手持遙控裝置來(lái)設防和撤防,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,并且容易被復制.而滾動(dòng)碼方式每次發(fā)送的代碼都是唯一且不規則的,但通過(guò)專(zhuān)門(mén)的解碼器也能在幾秒鐘內解碼,且這種防盜器經(jīng)常會(huì )有誤報警的情形發(fā)生.
新方案采用了RFID(無(wú)線(xiàn)射頻身份識別)技術(shù)的芯片,該芯片出廠(chǎng)時(shí)已經(jīng)設定唯一編碼,無(wú)法復制.采用的第四代RFID芯片具有特殊診斷功能,即受權者在讀取鑰匙保密信息時(shí),能夠得到該防盜系統的歷史信息(如讀取次數、時(shí)間等),令這類(lèi)RFID芯片現已廣泛應用于各種高級安防系統中.
(2)網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)遠程防盜在防盜系統中運用網(wǎng)絡(luò )技術(shù)是目前最先進(jìn)、最有效的防盜方式之一,是現行廣泛應用GPS(全球定位系統)的網(wǎng)絡(luò )報警系統.該系統在車(chē)上安裝小型的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )終端,通過(guò)GPS模塊向網(wǎng)絡(luò )中心報告車(chē)輛運行位置,由監控中心統一完成調度、跟蹤.該網(wǎng)絡(luò )系統的缺點(diǎn)是需要建立無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )監控中心、信號中繼基站等,一般需要人工服務(wù),終端用戶(hù)要定期支付固定費用,其使用區域還受到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍的限制.
本系統采用GSM模塊,利用成熟的GSM網(wǎng)絡(luò )覆蓋全國甚至全世界,24小時(shí)在線(xiàn),通過(guò)程序控制可以在任何地方完成對失竊車(chē)輛的鎖定.該系統在不使用時(shí)不產(chǎn)生任何費用,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)現無(wú)匙進(jìn)入,還能唯一地識別車(chē)主控制的車(chē)輛,誤報警的機率更小.
2系統結構及原理
該系統由3部分組成:射頻身份識別(RFID)芯片、主控電路(MCU)、網(wǎng)絡(luò )接口模塊(TC35).通信設備采用西門(mén)子手機模塊TC35,主控芯片采用AT89C51,身份識別采用TI公司的基站芯片TMS3705和感應器,該感應器具有世界上唯一的ID號,并且不能夠進(jìn)行復制,因此保密性極佳.
2.1射頻身份識別(RFID)部分
典型的RFID系統包括感應器、閱讀器和處理數據的后端計算機.感應器也稱(chēng)射頻卡,它具有智能讀寫(xiě)及加密通信的能力.閱讀器通過(guò)調制的RF通道向感應器發(fā)出請求信號,感應器回答識別信息,然后閱讀器把收到的信號送到計算機.系統最大的特點(diǎn)是非接觸式識別,因此可以同時(shí)識別多個(gè)感應器及高速運動(dòng)的電子標簽.該系統中因為感應距離不要求很遠(0.1～5m),采用無(wú)源感應器,結構簡(jiǎn)單,更適合隨身攜帶.
該系統所選用的閱讀器是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,若感應器(本系統采用無(wú)源只讀型感應器為RI-TRP-RR2B)在有效感應范圍內,它將接收到的信號進(jìn)行最佳耦合,并對它的電容進(jìn)行充電,以供感應器內部電路工作.感應器工作時(shí),以FSK方式發(fā)射數據,閱讀器TMS3705中的射頻模塊接收并解調該信號,然后按照一定通信協(xié)議上傳給MCU進(jìn)行處理.假如感應器是合法卡,MCU下傳命令給控制單元撤防,并且打開(kāi)中央門(mén)鎖;假如該感應器是非法卡,則說(shuō)明有人持非法卡強行進(jìn)入,控制單元發(fā)出系統報警和通過(guò)手機模塊(TC35)以短信息的方式通知用戶(hù).
2.2主控部分
主控單片機采用通用芯片AT89C51以降低造價(jià).在系統中,主控單片機負責用戶(hù)身份的識別、信號的檢測、各種控制信號的產(chǎn)生和與GSM模塊的通信.
2.3GSM網(wǎng)絡(luò )接口模塊
該系統的通信網(wǎng)絡(luò )使用GSM網(wǎng)絡(luò ).采用的是西門(mén)子公司的TC35模塊,它是GSM無(wú)線(xiàn)雙頻模塊,具有語(yǔ)音、數據、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(xiàn)功能,支持快速數字接入和高速數據傳輸,可以實(shí)現對車(chē)輛的無(wú)間斷追蹤.
TC35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(zhù)模塊內各種信號的傳輸、轉換、放大等處理過(guò)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,這就對供電電路提出了較高的要求.電源ASIC部分使用線(xiàn)性電壓調節器把外部輸入的電源電壓Vbatt+進(jìn)行穩壓后供GSM基帶處理器和GSM射頻部分使用,此外它還輸出1個(gè)2.9V/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(lái)存儲一些用戶(hù)配置信息、電話(huà)本等.
3系統硬件電路設計
主機板的硬件電路包括:RFID接口電路、汽車(chē)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(xiàn)組成,其中2線(xiàn)為電源和地,另外的2線(xiàn)為數據線(xiàn)與控制線(xiàn),射頻部分通過(guò)一定的通信協(xié)議和MCU進(jìn)行數據傳輸交換,用控制線(xiàn)控制數據流向.
(2)汽車(chē)接口電路汽車(chē)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(shuō)明如表1所示.
(3)MCU控制電路在系統中,各種控制命令由控制電路完成,如啟動(dòng)切斷汽車(chē)電路和油路,以及進(jìn)行聲光報警等.其中,電路、油路和轉向燈的控制電路由MCU的輸出接口控制相應繼電器實(shí)現.報警喇叭控制電路由MCU輸出接口控制三極管實(shí)現.中央門(mén)鎖控制器和電動(dòng)窗的控制電路采用了光電耦合器件來(lái)實(shí)現隔離.電源由汽車(chē)電瓶的12V電源穩壓成5V產(chǎn)生,并裝有9V的備用電源,當電源被剪斷時(shí)備用電源就給主機板供電,同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號通知MCU發(fā)出報警信號.
(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系統軟件編程設計
4.1RFID軟件編程
數據在射頻卡中的存儲格式如表2所示.數據的每Byte由10bits組成,第1bit是High,最后1bit是Low,第2～9bit為實(shí)際發(fā)送的數據.
讀取射頻信號時(shí),先將TXCT置為L(cháng)ow,延時(shí)50ms后,再恢復成High.大約經(jīng)過(guò)3ms后,SCIO開(kāi)始輸出數據,總共輸出14Bytes數據.程序需根據數據的存儲格式對每Byte和每次讀進(jìn)的14Bytes進(jìn)行校驗,當檢測到錯誤則轉入錯誤處理程序.
4.2GSM軟件設計
GSM終端軟件設計是為了實(shí)現MCU對TC35模塊的控制,通過(guò)短信功能完成用戶(hù)與防盜系統雙向通信過(guò)程.TC35模塊與短信操作有關(guān)的AT命令可以通過(guò)3種途徑:Block模式、Text模式和PDU模式.用Block模式需要手機生產(chǎn)廠(chǎng)家提供驅動(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)現數字和字符的直接收發(fā);PDU模式是將GB2312的中文編碼轉換為Unicode編碼,實(shí)現中文編解碼收發(fā).為對產(chǎn)品提供多樣化服務(wù),本方案實(shí)現了Text和PDU2種模式.
(1)Text模式本設計主要傳送系統狀態(tài)、控制等信息,采用Text模式就可以滿(mǎn)足要求,在該模式下,控制TC35實(shí)用的AT命令如表3所示.
(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GSM07.05的定義,只要控制器通過(guò)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數據包時(shí),要根據PDU的數據格式將收到的中文信息和其它相關(guān)信息解析出來(lái).
�、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)字符轉換為標準二進(jìn)制ASCII碼,然后將后面字符的低位逐位調整到前面,補齊前面的差別.實(shí)際使用發(fā)現,由于PDU模式的純英文短信息解碼不方便,因此收發(fā)純英文字符和數字符號時(shí),最好采用Text模式.
�、谥形亩绦畔⒌木幗獯a轉換.在GSM標準中,中文編碼采用UTF-8的編碼,不是目前國內常用的GB-2312編碼,故還需要進(jìn)行中文編碼的轉換,完成2個(gè)編碼表的轉換后,才能實(shí)現顯示GB-2312漢字庫中的漢字字型.這也是編程需要考慮的.
4.3主控程序的設計
在主控程序中對2種情景進(jìn)行軟件設計:①車(chē)主持有RFID射頻卡時(shí),系統接受正確的ID,并做出響應;②車(chē)主遺失RFID射頻卡時(shí),車(chē)主通過(guò)GSM手機發(fā)送車(chē)主的認證信息以控制汽車(chē).
設計②的原因是RFID的ID號具有唯一性,當車(chē)主遺失射頻卡時(shí),需要更換整個(gè)RFID系統.或者找廠(chǎng)家,這是很困難的.為了在更換前不影響車(chē)主對汽車(chē)的操作,設置啟動(dòng)方法②并將其設置為高的優(yōu)先級別.
5小結
整個(gè)系統通過(guò)硬件制作和軟件調試,完全達到設計要求.在0.01～5m范圍內,系統工作穩定.該系統大大提高了汽車(chē)防盜性能,整體成本較低,安裝簡(jiǎn)單方便,通用性強.如果要增加全球定位跟蹤功能,隨著(zhù)GSM網(wǎng)絡(luò )本身功能的增加與性能的提高,設計方案并不需要增加專(zhuān)門(mén)的GPS(全球定位系統)硬件模塊,只通過(guò)軟件技術(shù)改進(jìn)就可以做到,其擴展優(yōu)勢是明顯的.該系統方案可以推廣到各種移動(dòng)場(chǎng)合的高級安防系統中.
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