原標(biāo)題：基于GSM網(wǎng)絡(luò)的RFID汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計

基于GSM網(wǎng)絡(luò)的RFID汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計

一、引言

隨著汽車保有量的不斷增加，汽車盜竊案件也呈現(xiàn)出上升趨勢。傳統(tǒng)的汽車防盜系統(tǒng)，如機械式防盜鎖、電子式防盜器等，存在易被破解、作用距離有限、誤報率高等問題。因此，設(shè)計一種高效、可靠、作用范圍廣的汽車防盜系統(tǒng)顯得尤為重要?；贕SM網(wǎng)絡(luò)的RFID汽車防盜系統(tǒng)，結(jié)合了RFID技術(shù)的非接觸式識別能力和GSM網(wǎng)絡(luò)的廣泛覆蓋性，為汽車防盜提供了新的解決方案。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計

基于GSM網(wǎng)絡(luò)的RFID汽車防盜系統(tǒng)主要由三部分組成：射頻身份識別（RFID）芯片、主控電路（MCU）、網(wǎng)絡(luò)接口模塊（GSM模塊）。系統(tǒng)通過RFID芯片識別車主身份，當(dāng)檢測到異常情況時，通過GSM模塊向車主手機發(fā)送報警信息，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和防盜功能。

三、優(yōu)選元器件型號及其作用

1. RFID芯片

優(yōu)選型號：TI公司的TMS3705基站芯片及無源只讀型感應(yīng)器RI-TRP-RR2B。

器件作用：

• TMS3705基站芯片：作為RFID讀卡器，負(fù)責(zé)發(fā)射射頻脈沖信號并接收感應(yīng)器返回的信號。它具有智能讀寫及加密通信的能力，能夠確保通信的安全性和可靠性。

• RI-TRP-RR2B感應(yīng)器：具有世界上唯一的ID號，無法復(fù)制，因此保密性極佳。它接收TMS3705發(fā)射的射頻脈沖信號，并返回識別信息，供主控電路進(jìn)行身份驗證。

選擇理由：

• TMS3705：作為TI公司生產(chǎn)的低頻基站集成電路，TMS3705具有高性能、低功耗的特點，適合用于汽車防盜系統(tǒng)中的RFID讀卡器。它能夠穩(wěn)定地發(fā)射和接收射頻信號，確保通信的準(zhǔn)確性和可靠性。

• RI-TRP-RR2B：作為無源只讀型感應(yīng)器，RI-TRP-RR2B不需要外部電源供電，結(jié)構(gòu)簡單，便于攜帶。同時，其唯一的ID號確保了身份驗證的唯一性和安全性。

功能描述：

• TMS3705：通過調(diào)制的RF通道向感應(yīng)器發(fā)出請求信號，并接收感應(yīng)器返回的識別信息。然后，它將收到的信號送到主控電路進(jìn)行處理。

• RI-TRP-RR2B：在接收到TMS3705發(fā)射的射頻脈沖信號后，進(jìn)行最佳耦合并對電容進(jìn)行充電以供內(nèi)部電路工作。然后，它以FSK方式發(fā)射數(shù)據(jù)供TMS3705接收并解調(diào)。

2. 主控電路（MCU）

優(yōu)選型號：AT89C51單片機。

器件作用：

• 負(fù)責(zé)用戶身份的識別、信號的檢測、各種控制信號的產(chǎn)生以及與GSM模塊的通信。它是整個系統(tǒng)的核心控制部分，協(xié)調(diào)各個模塊之間的工作。

選擇理由：

• AT89C51單片機：具有高性能、低功耗、易于編程等特點。它擁有豐富的I/O口和定時器/計數(shù)器資源，能夠滿足汽車防盜系統(tǒng)的控制需求。同時，其價格相對較低，有助于降低系統(tǒng)成本。

功能描述：

• 用戶身份識別：通過接收RFID讀卡器發(fā)送的識別信息，與預(yù)存的合法ID進(jìn)行比對，從而判斷用戶身份是否合法。

• 信號檢測：檢測來自各個傳感器的信號，如振動傳感器、傾角傳感器等，以判斷車輛是否處于異常情況。

• 控制信號產(chǎn)生：根據(jù)檢測結(jié)果產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，如啟動報警電路、切斷點火電路等。

• 與GSM模塊通信：通過串口與GSM模塊進(jìn)行通信，發(fā)送報警信息或接收來自車主手機的控制指令。

3. GSM模塊

優(yōu)選型號：西門子公司的TC35模塊。

器件作用：

• 利用GSM網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信功能，當(dāng)檢測到異常情況時向車主手機發(fā)送報警信息，并接收來自車主手機的控制指令。

選擇理由：

• TC35模塊：作為西門子公司的GSM無線雙頻模塊，TC35具有語音、數(shù)據(jù)、短消息、FAX等四種傳輸方式。它支持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。此外，TC35模塊在應(yīng)用系統(tǒng)中很容易集成，電路連接簡單，適合用于汽車防盜系統(tǒng)中。

功能描述：

• 短消息發(fā)送：當(dāng)檢測到異常情況時，通過AT命令向車主手機發(fā)送報警短消息。短消息內(nèi)容可以包含車輛狀態(tài)、報警類型等信息。

• 語音通話：雖然本系統(tǒng)主要利用短消息功能進(jìn)行通信，但TC35模塊還支持語音通話功能，可以在緊急情況下與車主進(jìn)行語音溝通。

• 數(shù)據(jù)傳輸：除了短消息和語音通話外，TC35模塊還支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸功能，可以實現(xiàn)車輛狀態(tài)信息的實時上傳和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

4. 傳感器

（1）振動傳感器

優(yōu)選型號：ND-1型高靈敏振動位移傳感器。

器件作用：

• 監(jiān)測車體的振動情況，當(dāng)車體受到外力破壞時產(chǎn)生警報信號。

選擇理由：

• ND-1型傳感器：具有高靈敏度和抗干擾能力，能夠?qū)圀w特殊頻段的振動進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測。同時，其結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便，適合用于汽車防盜系統(tǒng)中。

功能描述：

• 振動監(jiān)測：當(dāng)車體受到振動時，傳感器會產(chǎn)生相應(yīng)的電信號輸出。主控電路通過檢測這個電信號來判斷車體是否受到外力破壞。

• 靈敏度可調(diào)：通過調(diào)整電容等參數(shù)，可以改變傳感器的靈敏度，以適應(yīng)不同的使用環(huán)境。

（2）傾角傳感器

優(yōu)選型號：SCA100T傾角傳感器。

器件作用：

• 監(jiān)測車體相對于初始位置是否出現(xiàn)傾角變化，以判斷汽車是否整體被搬運。

選擇理由：

• SCA100T傳感器：采用雙軸傾角測量技術(shù)，具有高精度和穩(wěn)定性。它能夠?qū)崟r監(jiān)測車體的傾角變化，并輸出相應(yīng)的電信號供主控電路處理。

功能描述：

• 傾角測量：通過內(nèi)置的加速度計等元件測量車體的傾角變化。當(dāng)傾角變化達(dá)到設(shè)定閾值時，傳感器會產(chǎn)生報警信號。

• 閾值可調(diào)：用戶可以根據(jù)實際需要調(diào)整傾角變化的閾值，以提高系統(tǒng)的適應(yīng)性和準(zhǔn)確性。

（3）熱釋電紅外傳感器

優(yōu)選型號：BISS001型紅外成品組件。

器件作用：

• 檢測人或動物發(fā)射的紅外線輻射，以判斷是否有非法入侵者進(jìn)入車內(nèi)。

選擇理由：

• BISS001型傳感器：具有低功耗、高靈敏度、抗干擾能力強等特點。它只對中心波長為9~10μm的紅外線輻射敏感，能夠有效避免誤報情況的發(fā)生。

功能描述：

• 紅外檢測：通過檢測人或動物發(fā)射的紅外線輻射來輸出電信號。當(dāng)檢測到紅外線輻射時，傳感器會產(chǎn)生相應(yīng)的報警信號。

• 作用距離可調(diào)：通過調(diào)整菲聶爾透鏡等元件，可以改變傳感器的作用距離，以適應(yīng)不同的使用環(huán)境。

（4）霍爾開關(guān)器件

優(yōu)選型號：CS1020霍爾開關(guān)電路。

器件作用：

• 監(jiān)測汽車的車門、發(fā)動機艙蓋及后備箱蓋的非法開啟情況。

選擇理由：

• CS1020霍爾開關(guān)電路：具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強等特點。它能夠?qū)⒆兓拇判盘栟D(zhuǎn)換成數(shù)字電壓輸出，供主控電路進(jìn)行處理。

功能描述：

• 磁信號檢測：當(dāng)車門、發(fā)動機艙蓋或后備箱蓋被非法開啟時，會產(chǎn)生相應(yīng)的磁信號變化。霍爾開關(guān)電路檢測到這個變化后，會產(chǎn)生相應(yīng)的電信號輸出。

• 狀態(tài)指示：通過LED指示燈等元件，可以直觀地顯示車門、發(fā)動機艙蓋及后備箱蓋的開啟狀態(tài)。

四、系統(tǒng)硬件設(shè)計

1. 電源電路

電源電路是整個系統(tǒng)穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)。由于本系統(tǒng)需要采用汽車電瓶供電，因此要求輸入電壓為12V左右。為了滿足不同模塊對供電電壓的需求，需要設(shè)計相應(yīng)的電源轉(zhuǎn)換電路。

• TC35模塊：需要供電電壓3.3~5.5V，這里選擇3.5V。

• AT89C51單片機：需要供電電壓3.3V。

• 其他器件：如傳感器、報警電路等，需要5V供電電壓。

電源電路可以采用線性穩(wěn)壓器或開關(guān)穩(wěn)壓器來實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。線性穩(wěn)壓器具有輸出電壓穩(wěn)定、紋波小等優(yōu)點，但效率較低；開關(guān)穩(wěn)壓器則具有效率高、發(fā)熱量小等優(yōu)點，但輸出電壓紋波較大。在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)具體需求選擇合適的穩(wěn)壓器類型。

2. RFID接口電路

RFID接口電路負(fù)責(zé)連接RFID芯片和主控電路。它主要由電源和地、數(shù)據(jù)線與控制線組成。射頻部分通過一定的通信協(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。

在設(shè)計RFID接口電路時，需要考慮信號的傳輸距離、抗干擾能力等因素?？梢圆捎闷帘尉€、濾波電容等措施來提高信號的傳輸質(zhì)量和抗干擾能力。

3. GSM模塊接口電路

GSM模塊接口電路負(fù)責(zé)連接GSM模塊和主控電路。它主要通過串口進(jìn)行通信，采用異步串行通信方式。單片機的串行接口通過電平轉(zhuǎn)換芯片（如MAX202）與TC35的串口相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。

在設(shè)計GSM模塊接口電路時，需要考慮信號的穩(wěn)定性、傳輸速率等因素?？梢圆捎酶咚俾?、低誤碼率的串口通信芯片，以及合適的電平轉(zhuǎn)換芯片來確保通信的準(zhǔn)確性和可靠性。

4. 傳感器接口電路

傳感器接口電路負(fù)責(zé)連接各個傳感器和主控電路。不同類型的傳感器具有不同的輸出接口和信號類型，因此需要根據(jù)具體傳感器的特性來設(shè)計相應(yīng)的接口電路。

例如，振動傳感器可能輸出模擬信號或數(shù)字信號；傾角傳感器可能輸出模擬電壓或數(shù)字脈沖信號；熱釋電紅外傳感器可能輸出模擬電壓或數(shù)字電平信號等。在設(shè)計接口電路時，需要考慮信號的放大、濾波、整形等處理過程，以確保主控電路能夠準(zhǔn)確地接收到傳感器輸出的信號。

5. 報警電路

報警電路負(fù)責(zé)在檢測到異常情況時發(fā)出報警信號。它可以采用聲音報警（如蜂鳴器）、燈光報警（如LED燈）或聲光組合報警等方式。

在設(shè)計報警電路時，需要考慮報警聲音的響度、燈光的亮度以及報警方式的組合等因素。同時，還需要考慮報警電路的功耗、穩(wěn)定性等因素，以確保報警電路能夠長期可靠地工作。

五、系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括主控程序設(shè)計、RFID識別程序設(shè)計、GSM通信程序設(shè)計、傳感器數(shù)據(jù)采集與處理程序設(shè)計等部分。

1. 主控程序設(shè)計

主控程序負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個模塊之間的工作，實現(xiàn)系統(tǒng)的整體功能。它主要包括系統(tǒng)初始化、用戶身份識別、信號檢測與處理、報警控制、與GSM模塊通信等功能。

在編寫主控程序時，需要采用模塊化編程思想，將各個功能模塊分別編寫成獨立的子程序或函數(shù)。然后，在主程序中調(diào)用這些子程序或函數(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)的整體功能。

2. RFID識別程序設(shè)計

RFID識別程序負(fù)責(zé)接收RFID讀卡器發(fā)送的識別信息，并與預(yù)存的合法ID進(jìn)行比對。如果比對成功，則允許用戶操作車輛；如果比對失敗，則觸發(fā)報警機制。

在編寫RFID識別程序時，需要考慮識別信息的準(zhǔn)確性、識別速度等因素。可以采用高效的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來提高識別效率和準(zhǔn)確性。

3. GSM通信程序設(shè)計

GSM通信程序負(fù)責(zé)通過GSM模塊與車主手機進(jìn)行通信。它主要包括短消息發(fā)送、語音通話、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/span>

在編寫GSM通信程序時，需要熟悉GSM模塊的AT命令集，并根據(jù)具體需求編寫相應(yīng)的AT命令。同時，還需要考慮通信的穩(wěn)定性、可靠性等因素，確保報警信息能夠準(zhǔn)確地發(fā)送到車主手機。

4. 傳感器數(shù)據(jù)采集與處理程序設(shè)計

傳感器數(shù)據(jù)采集與處理程序負(fù)責(zé)采集各個傳感器的輸出信號，并進(jìn)行相應(yīng)的處理和分析。它主要包括信號濾波、特征提取、閾值判斷等功能。

在編寫傳感器數(shù)據(jù)采集與處理程序時，需要考慮傳感器的特性、信號的類型和范圍等因素?？梢圆捎煤线m的算法和數(shù)據(jù)處理方法來提高信號處理的準(zhǔn)確性和可靠性。

六、系統(tǒng)測試與優(yōu)化

在系統(tǒng)設(shè)計完成后，需要進(jìn)行全面的測試與優(yōu)化工作，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。

1. 功能測試

功能測試主要檢查系統(tǒng)是否能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的功能，如RFID識別、GSM通信、傳感器檢測與報警等。在測試過程中，需要模擬各種使用場景，確保系統(tǒng)在各種情況下都能正常工作。

2. 性能測試

性能測試主要檢查系統(tǒng)的性能指標(biāo)是否滿足設(shè)計要求，如報警延遲時間、通信距離、誤報率等。在測試過程中，需要使用專業(yè)的測試設(shè)備和方法來測量這些性能指標(biāo)，并與設(shè)計要求進(jìn)行對比。

3. 穩(wěn)定性測試

穩(wěn)定性測試主要檢查系統(tǒng)在各種環(huán)境條件下是否能夠長期穩(wěn)定地工作。在測試過程中，需要考慮溫度、濕度、振動等因素對系統(tǒng)的影響，并采取相應(yīng)的措施來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4. 優(yōu)化工作

根據(jù)測試結(jié)果，對系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化工作。例如，調(diào)整傳感器的靈敏度、優(yōu)化算法和數(shù)據(jù)處理方法、改進(jìn)電源電路等。通過不斷的優(yōu)化工作，可以提高系統(tǒng)的性能和可靠性，使其更好地滿足用戶需求。

七、結(jié)論與展望

基于GSM網(wǎng)絡(luò)的RFID汽車防盜系統(tǒng)結(jié)合了RFID技術(shù)的非接觸式識別能力和GSM網(wǎng)絡(luò)的廣泛覆蓋性，為汽車防盜提供了新的解決方案。通過優(yōu)選元器件型號、合理設(shè)計硬件電路和軟件程序，可以實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠工作。

未來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車防盜系統(tǒng)將進(jìn)一步向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。例如，可以結(jié)合GPS定位技術(shù)實現(xiàn)車輛的實時定位與追蹤；可以結(jié)合云計算技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與數(shù)據(jù)分析等。這些新技術(shù)的應(yīng)用將進(jìn)一步提高汽車防盜系統(tǒng)的性能和可靠性，為車主提供更加全面、便捷的安全保障。