淺談GSM網路的RFID汽車防盜系統設計論文
1防盜系統的特點
早期汽車防盜系統主要由機械結構的門鎖和車輪鎖構成.車鎖的功能從簡單控制車門開啟演變為控制點火和操控汽車電路等.隨著現代電子技術的發展,晶片式和網路式相結合的高階防盜系統得到了發展,它提供更有效的防盜手段.本文采用RFID晶片技術與GSM模組技術設計並製作了汽車防盜系統,與其它防盜系統相比,其主要特點如下:
(1)編碼唯一性和不可複製性普通電子式防盜器是時下最流行的防盜器,它通過手持遙控裝置來設防和撤防,遙控收發模組可以採用固定碼編碼和滾動碼編碼方式.固定編碼方式的缺點是地址碼容易重複,並且容易被複制.而滾動碼方式每次傳送的程式碼都是唯一且不規則的,但通過專門的解碼器也能在幾秒鐘內解碼,且這種防盜器經常會有誤報警的情形發生.
新方案採用了RFID(無線射頻身份識別)技術的晶片,該晶片出廠時已經設定唯一編碼,無法複製.採用的第四代RFID晶片具有特殊診斷功能,即受權者在讀取鑰匙保密資訊時,能夠得到該防盜系統的歷史資訊(如讀取次數、時間等),令這類RFID晶片現已廣泛應用於各種高階安防系統中.
(2)網路自動遠端防盜在防盜系統中運用網路技術是目前最先進、最有效的防盜方式之一,是現行廣泛應用GPS(全球定位系統)的網路報警系統.該系統在車上安裝小型的無線網路終端,通過GPS模組向網路中心報告車輛執行位置,由監控中心統一完成排程、跟蹤.該網路系統的缺點是需要建立無線網路監控中心、訊號中繼基站等,一般需要人工服務,終端使用者要定期支付固定費用,其使用區域還受到無線網路覆蓋範圍的限制.
本系統採用GSM模組,利用成熟的GSM網路覆蓋全國甚至全世界,24小時線上,通過程式控制可以在任何地方完成對失竊車輛的鎖定.該系統在不使用時不產生任何費用,適用於普通大眾.基於GSM網路的RFID晶片式防盜器,可實現無匙進入,還能唯一地識別車主控制的車輛,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)晶片、主控電路(MCU)、網路介面模組(TC35).通訊裝置採用西門子手機模組TC35,主控晶片採用AT89C51,身份識別採用TI公司的基站晶片TMS3705和感應器,該感應器具有世界上唯一的ID號,並且不能夠進行復制,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、閱讀器和處理資料的後端計算機.感應器也稱射頻卡,它具有智慧讀寫及加密通訊的能力.閱讀器通過調製的RF通道向感應器發出請求訊號,感應器回答識別資訊,然後閱讀器把收到的訊號送到計算機.系統最大的特點是非接觸式識別,因此可以同時識別多個感應器及高速運動的電子標籤.該系統中因為感應距離不要求很遠(0.1～5m),採用無源感應器,結構簡單,更適合隨身攜帶.
該系統所選用的閱讀器是TMS3705,它是TI公司生產的低頻基站積體電路,可作為RFID讀卡器.當閱讀器TMS3705接入電源時,首先發射一定頻率的射頻脈衝訊號,若感應器(本系統採用無源只讀型感應器為RI-TRP-RR2B)在有效感應範圍內,它將接收到的訊號進行最佳耦合,並對它的電容進行充電,以供感應器內部電路工作.感應器工作時,以FSK方式發射資料,閱讀器TMS3705中的射頻模組接收並解調該訊號,然後按照一定通訊協議上傳給MCU進行處理.假如感應器是合法卡,MCU下傳命令給控制單元撤防,並且開啟中央門鎖;假如該感應器是非法卡,則說明有人持非法卡強行進入,控制單元發出系統報警和通過手機模組(TC35)以簡訊息的方式通知使用者.
2.2主控部分
主控微控制器採用通用晶片AT89C51以降低造價.在系統中,主控微控制器負責使用者身份的識別、訊號的檢測、各種控制訊號的產生和與GSM模組的通訊.
2.3GSM網路介面模組
該系統的通訊網路使用GSM網路.採用的是西門子公司的TC35模組,它是GSM無線雙頻模組,具有語音、資料、短訊息、FAX等4種傳輸方式.它屬於GSM/GPRS模組,支援GSM模組的所有功能,還具有永久線上功能,支援快速數字接入和高速資料傳輸,可以實現對車輛的無間斷追蹤.
TC35模組主要由4部分組成:GSM基帶處理器、GSM射頻部分、電源ASIC、基帶處理器是整個模組的核心,控制著模組內各種訊號的傳輸、轉換、放大等處理過程射頻部分是1個單片收發器,完成射頻接收和傳送等模組電流變化非常大,這就對供電電路提出了較高的要求.電源ASIC部分使用線性電壓調節器把外部輸入的電源電壓Vbatt+進行穩壓後供GSM基帶處理器和GSM射頻部分使用,此外它還輸出1個2.9V/70mA的電壓供模組外的其他電路使用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+h用來儲存一些使用者配置資訊、電話本等.
3系統硬體電路設計
主機板的硬體電路包括:RFID介面電路、汽車控制介面電路、MCU的控制電路、TC35網路介面電路.
(1)RFID介面電路RFID介面電路由4線組成,其中2線為電源和地,另外的2線為資料線與控制線,射頻部分通過一定的通訊協議和MCU進行資料傳輸交換,用控制線控制資料流向.
(2)汽車介面電路汽車電路由16針的介面與MCU電路連線.其中,介面各針的電路輸出控制說明如表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,如啟動切斷汽車電路和油路,以及進行聲光報警等.其中,電路、油路和轉向燈的控制電路由MCU的輸出介面控制相應繼電器實現.報警喇叭控制電路由MCU輸出介面控制三極體實現.中央門鎖控制器和電動窗的控制電路採用了光電耦合器件來實現隔離.電源由汽車電瓶的12V電源穩壓成5V產生,並裝有9V的備用電源,當電源被剪斷時備用電源就給主機板供電,同時產生一箇中斷訊號通知MCU發出報警訊號.
(4)網路介面電路GSM模組TC35和主控制器以串列埠的方式連線,採用一定的.波特率進行通訊,簡單可靠.
4系統軟體程式設計設計
4.1RFID軟體程式設計
資料在射頻卡中的儲存格式如表2所示.資料的每Byte由10bits組成,第1bit是High,最後1bit是Low,第2～9bit為實際傳送的資料.
讀取射頻訊號時,先將TXCT置為Low,延時50ms後,再恢復成High.大約經過3ms後,SCIO開始輸出資料,總共輸出14Bytes資料.程式需根據資料的儲存格式對每Byte和每次讀進的14Bytes進行校驗,當檢測到錯誤則轉入錯誤處理程式.
4.2GSM軟體設計
GSM終端軟體設計是為了實現MCU對TC35模組的控制,通過簡訊功能完成使用者與防盜系統雙向通訊過程35模組與簡訊操作有關的AT命令可以通過3種途徑:Block模式、Text模式和PDU模式.用Block模式需要手機生產廠家提供驅動支援.目前,這種模式已被PDU所取代模式較簡單,可以實現數字和字元的直接收發;PDU模式是將GB2312的中文編碼轉換為Unicode編碼,實現中文編解碼收發.為對產品提供多樣化服務,本方案實現了Text和PDU2種模式.
(1)Text模式本設計主要傳送系統狀態、控制等資訊,採用Text模式就可以滿足要求,在該模式下,控制TC35實用的AT命令如表3所示.
(2)PDU模式傳送和接收中文或中/英文混合的簡訊息必須採用PDU模式.根據GSM07.05的定義,只要控制器通過UART介面向GSM模組下發AT命令,就可以直接讀取收到的PDU模式的簡訊息.分析PDU資料包時,要根據PDU的資料格式將收到的中文資訊和其它相關資訊解析出來.
①PDU模式的純英文簡訊息解碼模式的純英文簡訊息編碼使用GSM字符集的7位編碼.首先將各個字元轉換為標準二進位制ASCII碼,然後將後面字元的低位逐位調整到前面,補齊前面的差別.實際使用發現,由於PDU模式的純英文簡訊息解碼不方便,因此收發純英文字元和數字符號時,最好採用Text模式.
②中文簡訊息的編解碼轉換.在GSM標準中,中文編碼採用UTF-8的編碼,不是目前國內常用的GB-2312編碼,故還需要進行中文編碼的轉換,完成2個編碼表的轉換後,才能實現顯示GB-2312漢字型檔中的漢字字型.這也是程式設計需要考慮的.
4.3主控程式的設計
在主控程式中對2種情景進行軟體設計:①車主持有RFID射頻卡時,系統接受正確的ID,並做出響應;②車主遺失RFID射頻卡時,車主通過GSM手機發送車主的認證資訊以控制汽車.
設計②的原因是RFID的ID號具有唯一性,當車主遺失射頻卡時,需要更換整個RFID系統.或者找廠家,這是很困難的.為了在更換前不影響車主對汽車的操作,設定啟動方法②並將其設定為高的優先級別.
5小結
整個系統通過硬體製作和軟體除錯,完全達到設計要求.在0.01～5m範圍內,系統工作穩定.該系統大大提高了汽車防盜效能,整體成本較低,安裝簡單方便,通用性強.如果要增加全球定位跟蹤功能,隨著GSM網路本身功能的增加與效能的提高,設計方案並不需要增加專門的GPS(全球定位系統)硬體模組,只通過軟體技術改進就可以做到,其擴充套件優勢是明顯的.該系統方案可以推廣到各種移動場合的高階安防系統中.
