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淺談GSM網(wǎng)絡(luò)的RFID汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文
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(kāi)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RFID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(guò)手持遙控裝置來(lái)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(guò)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RFID(無(wú)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(wú)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RFID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(wú)線網(wǎng)絡(luò)終端,通過(guò)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(wú)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(wú)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(guò)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(wú)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.
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(guò)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)(0.1～5m),采用無(wú)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(wú)源只讀型感應(yīng)器為RI-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(kāi)中央門鎖;假如該感應(yīng)器是非法卡,則說(shuō)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(guò)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.
2.3GSM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(wú)線雙頻模塊,具有語(yǔ)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(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,控制著模塊內(nèi)各種信號(hào)的傳輸、轉(zhuǎn)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(duì)供電電路提出了較高的要求.電源ASIC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)2.9V/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(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(lái)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(guò)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(shuō)明如表1所示.
(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(lái)實(shí)現(xiàn)隔離.電源由汽車電瓶的12V電源穩(wěn)壓成5V產(chǎn)生,并裝有9V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)
4.1RFID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10bits組成,第1bit是High,最后1bit是Low,第2～9bit為實(shí)際發(fā)送的數(shù)據(jù).
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High.大約經(jīng)過(guò)3ms后,SCIO開(kāi)始輸出數(shù)據(jù),總共輸出14Bytes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14Bytes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.
4.2GSM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(guò)短信功能完成用戶與防盜系統(tǒng)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(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Text和PDU2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Text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.
(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)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(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(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(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制ASCII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Text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(kù)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RFID射頻卡時(shí),車主通過(guò)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)RFID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.
5小結(jié)
整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)硬件制作和軟件調(diào)試,完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求.在0.01～5m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(guò)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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