GSM網(wǎng)絡(luò )的RFID汽車(chē)防盜系統

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RF ID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RF ID （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)RF ID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?；贕SM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。系統整體結構如圖1所示。

圖1 系統結構框圖

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~ 5 m）, 采用無(wú)源感應器，結構簡(jiǎn)單，更適合隨身攜帶。

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~ 5 m）, 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R I- 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] .

2. 3 GSM 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。其功能結構如圖2所示。

圖2 TC35模塊功能框圖

TC 35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AS IC 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 9 V /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。

表1汽車(chē)接口電路說(shuō)明

（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12 V 電源穩壓成5 V 產(chǎn)生，并裝有9 V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. 1 RFID 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10 bits組成，第1 b it是H igh, 最后1 b it是Low, 第2~ 9 b it為實(shí)際發(fā)送的數據。

表2 數據存儲格式表

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H igh. 大約經(jīng)過(guò)3m s后，SC IO 開(kāi)始輸出數據，總共輸出14 Bytes數據。程序需根據數據的存儲格式對每Byte和每次讀進(jìn)的14 By tes進(jìn)行校驗，當檢測到錯誤則轉入錯誤處理程序。

4. 2 GSM 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： B lock模式、Tex t模式和PDU 模式。用B lock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Tex t和PDU 2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Tex t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。

表3 AT命令功能說(shuō)明表

（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GSM 07. 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)。

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(gè)字符轉換為標準二進(jìn)制ASC II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Tex t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(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RF ID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)RF ID系統?；蛘哒覐S(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。

主控程序的流程圖如圖3所示。

圖3 主控程序流程圖

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~ 5 m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。