淺談GSM網絡的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啓演變爲控制點火和操控汽車電路等.隨着現代電子技術的發展,芯片式和網絡式相結合的高端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芯片技術與GSM模塊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,遙控收發模塊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.而滾動碼方式每次發送的代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)技術的芯片,該芯片出廠時已經設定唯一編碼,無法複製.採用的第四代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的歷史信息(如讀取次數、時間等),令這類RFID芯片現已廣泛應用於各種高級安防系統中.

(2)網絡自動遠程防盜在防盜系統中運用網絡技術是目前最先進、最有效的防盜方式之一,是現行廣泛應用GPS(全球定位系統)的網絡報警系統.該系統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,由監控中心統一完成調度、跟蹤.該網絡系統的缺點是需要建立無線網絡監控中心、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,其使用區域還受到無線網絡覆蓋範圍的限制.

本系統採用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.該系統在不使用時不產生任何費用,適用於普通大衆.基於GSM網絡的RFID芯片式防盜器,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)芯片、主控電路(MCU)、網絡接口模塊(TC35).通信設備採用西門子手機模塊TC35,主控芯片採用AT89C51,身份識別採用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,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、閱讀器和處理數據的後端計算機.感應器也稱射頻卡,它具有智能讀寫及加密通信的能力.閱讀器通過調製的RF通道向感應器發出請求信號,感應器回答識別信息,然後閱讀器把收到的信號送到計算機.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.該系統中因爲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集成電路,可作爲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信號,若感應器(本系統採用無源只讀型感應器爲RI-TRP-RR2B)在有效感應範圍內,它將接收到的信號進行最佳耦合,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方式發射數據,閱讀器TMS3705中的射頻模塊接收並解調該信號,然後按照一定通信協議上傳給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,控制單元發出系統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

主控單片機採用通用芯片AT89C51以降低造價.在系統中,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

該系統的通信網絡使用GSM網絡.採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、數據、短消息、FAX等4種傳輸方式.它屬於GSM/GPRS模塊,支持GSM模塊的所有功能,還具有永久在線功能,支持快速數字接入和高速數據傳輸,可以實現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、基帶處理器是整個模塊的核心,控制着模塊內各種信號的傳輸、轉換、放大等處理過程射頻部分是1個單片收發器,完成射頻接收和發送等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的電壓供模塊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用來存儲一些用戶配置信息、電話本等.

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線爲電源和地,另外的2線爲數據線與控制線,射頻部分通過一定的通信協議和MCU進行數據傳輸交換,用控制線控制數據流向.

(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控制電路在系統中,各種控制命令由控制電路完成,如啓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.報警喇叭控制電路由MCU輸出接口控制三極管實現.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,同時產生一箇中斷信號通知MCU發出報警信號.

(4)網絡接口電路GSM模塊TC35和主控制器以串口的方式連接,採用一定的.波特率進行通信,簡單可靠.

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,最後1bit是Low,第2～9bit爲實際發送的數據.

讀取射頻信號時,先將TXCT置爲Low,延時50ms後,再恢復成High.大約經過3ms後,SCIO開始輸出數據,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終端軟件設計是爲了實現MCU對TC35模塊的控制,通過短信功能完成用戶與防盜系統雙向通信過程35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所取代模式較簡單,可以實現數字和字符的直接收發;PDU模式是將GB2312的中文編碼轉換爲Unicode編碼,實現中文編解碼收發.爲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、控制等信息,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模式發送和接收中文或中/英文混合的短信息必須採用PDU模式.根據GSM07.05的定義,只要控制器通過UART接口向GSM模塊下發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,要根據PDU的數據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爲標準二進制ASCII碼,然後將後面字符的低位逐位調整到前面,補齊前面的差別.實際使用發現,由於PDU模式的純英文短信息解碼不方便,因此收發純英文字符和數字符號時,最好採用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.或者找廠家,這是很困難的.爲了在更換前不影響車主對汽車的操作,設置啓動方法②並將其設置爲高的優先級別.

5小結

整個系統通過硬件製作和軟件調試,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,隨着GSM網絡本身功能的增加與性能的提高,設計方案並不需要增加專門的GPS(全球定位系統)硬件模塊,只通過軟件技術改進就可以做到,其擴展優勢是明顯的.該系統方案可以推廣到各種移動場合的高級安防系統中.