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淺談GSM網絡的RFID汽車防盜系統(tǒng)設計論文
1防盜系統(tǒng)的特點
早期汽車防盜系統(tǒng)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?yōu)榭刂泣c火和操控汽車電路等.隨著現(xiàn)代電子技術的發(fā)展,芯片式和網絡式相結合的高端防盜系統(tǒng)得到了發(fā)展,它提供更有效的防盜手段.本文采用RFID芯片技術與GSM模塊技術設計并制作了汽車防盜系統(tǒng),與其它防盜系統(tǒng)相比,其主要特點如下:
(1)編碼唯一性和不可復制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(fā)模塊可以采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復,并且容易被復制.而滾動碼方式每次發(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解碼,且這種防盜器經常會有誤報警的情形發(fā)生.
新方案采用了RFID(無線射頻身份識別)技術的芯片,該芯片出廠時已經設定唯一編碼,無法復制.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,能夠得到該防盜系統(tǒng)的歷史信息(如讀取次數(shù)、時間等),令這類RFID芯片現(xiàn)已廣泛應用于各種高級安防系統(tǒng)中.
(2)網絡自動遠程防盜在防盜系統(tǒng)中運用網絡技術是目前最先進、最有效的防盜方式之一,是現(xiàn)行廣泛應用GPS(全球定位系統(tǒng))的網絡報警系統(tǒng).該系統(tǒng)在車上安裝小型的無線網絡終端,通過GPS模塊向網絡中心報告車輛運行位置,由監(jiān)控中心統(tǒng)一完成調度、跟蹤.該網絡系統(tǒng)的缺點是需要建立無線網絡監(jiān)控中心、信號中繼基站等,一般需要人工服務,終端用戶要定期支付固定費用,其使用區(qū)域還受到無線網絡覆蓋范圍的限制.
本系統(tǒng)采用GSM模塊,利用成熟的GSM網絡覆蓋全國甚至全世界,24小時在線,通過程序控制可以在任何地方完成對失竊車輛的鎖定.該系統(tǒng)在不使用時不產生任何費用,適用于普通大眾.基于GSM網絡的RFID芯片式防盜器,可實現(xiàn)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(tǒng)結構及原理
該系統(tǒng)由3部分組成:射頻身份識別(RFID)芯片、主控電路(MCU)、網絡接口模塊(TC35).通信設備采用西門子手機模塊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(tǒng)包括感應器、閱讀器和處理數(shù)據(jù)的后端計算機.感應器也稱射頻卡,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(tǒng)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簽.該系統(tǒng)中因為感應距離不要求很遠(0.1～5m),采用無源感應器,結構簡單,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,首先發(fā)射一定頻率的射頻脈沖信號,若感應器(本系統(tǒng)采用無源只讀型感應器為RI-TRP-RR2B)在有效感應范圍內,它將接收到的信號進行最佳耦合,并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(fā)射數(shù)據(jù),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(fā)出系統(tǒng)報警和通過手機模塊(TC35)以短信息的方式通知用戶.
2.2主控部分
主控單片機采用通用芯片AT89C51以降低造價.在系統(tǒng)中,主控單片機負責用戶身份的識別、信號的檢測、各種控制信號的產生和與GSM模塊的通信.
2.3GSM網絡接口模塊
該系統(tǒng)的通信網絡使用GSM網絡.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,可以實現(xiàn)對車輛的無間斷追蹤.
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基帶處理器是整個模塊的核心,控制著模塊內各種信號的傳輸、轉換、放大等處理過程.GSM射頻部分是1個單片收發(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部分使用線性電壓調節(jié)器把外部輸入的電源電壓Vbatt+進行穩(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用來存儲一些用戶配置信息、電話本等.
3系統(tǒng)硬件電路設計
主機板的硬件電路包括:RFID接口電路、汽車控制接口電路、MCU的控制電路、TC35網絡接口電路.
(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.
(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的輸出接口控制相應繼電器實現(xiàn).報警喇叭控制電路由MCU輸出接口控制三極管實現(xiàn).中央門鎖控制器和電動窗的控制電路采用了光電耦合器件來實現(xiàn)隔離.電源由汽車電瓶的12V電源穩(wěn)壓成5V產生,并裝有9V的備用電源,當電源被剪斷時備用電源就給主機板供電,同時產生一個中斷信號通知MCU發(fā)出報警信號.
(4)網絡接口電路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行通信,簡單可靠.
4系統(tǒng)軟件編程設計
4.1RFID軟件編程
數(shù)據(jù)在射頻卡中的存儲格式如表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為實際發(fā)送的數(shù)據(jù).
讀取射頻信號時,先將TXCT置為Low,延時50ms后,再恢復成High.大約經過3ms后,SCIO開始輸出數(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序.
4.2GSM軟件設計
GSM終端軟件設計是為了實現(xiàn)MCU對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持.目前,這種模式已被PDU所取代.Text模式較簡單,可以實現(xiàn)數(shù)字和字符的直接收發(fā);PDU模式是將GB2312的中文編碼轉換為Unicode編碼,實現(xiàn)中文編解碼收發(fā).為對產品提供多樣化服務,本方案實現(xiàn)了Text和PDU2種模式.
(1)Text模式本設計主要傳送系統(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,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信息解析出來.
①PDU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.首先將各個字符轉換為標準二進制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)字符號時,最好采用Text模式.
②中文短信息的編解碼轉換.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,故還需要進行中文編碼的轉換,完成2個編碼表的轉換后,才能實現(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主控程序的設計
在主控程序中對2種情景進行軟件設計:①車主持有RFID射頻卡時,系統(tǒng)接受正確的ID,并做出響應;②車主遺失RFID射頻卡時,車主通過GSM手機發(fā)送車主的認證信息以控制汽車.
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(tǒng).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,設置啟動方法②并將其設置為高的優(yōu)先級別.
5小結
整個系統(tǒng)通過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(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,安裝簡單方便,通用性強.如果要增加全球定位跟蹤功能,隨著GSM網絡本身功能的增加與性能的提高,設計方案并不需要增加專門的GPS(全球定位系統(tǒng))硬件模塊,只通過軟件技術改進就可以做到,其擴展優(yōu)勢是明顯的.該系統(tǒng)方案可以推廣到各種移動場合的高級安防系統(tǒng)中.
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