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

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

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(shì)。傳統(tǒng)的汽車防盜系統(tǒng)，如機(jī)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(bào)率高等問(wèn)題。因此，設(shè)計(jì)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。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(shí)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(jì)

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(shí)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(guò)RFID芯片識(shí)別車主身份，當(dāng)檢測(cè)到異常情況時(shí)，通過(guò)GSM模塊向車主手機(jī)發(fā)送報(bào)警信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和防盜功能。

三、優(yōu)選元器件型號(hào)及其作用

1. RFID芯片

優(yōu)選型號(hào)：TI公司的TMS3705基站芯片及無(wú)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(hào)并接收感應(yīng)器返回的信號(hào)。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(hào)，無(wú)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(hào)，并返回識(shí)別信息，供主控電路進(jìn)行身份驗(yàn)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(diǎn)，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(hào)，確保通信的準(zhǔn)確性和可靠性。

• RI-TRP-RR2B：作為無(wú)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(jiǎn)單，便于攜帶。同時(shí)，其唯一的ID號(hào)確保了身份驗(yàn)證的唯一性和安全性。

功能描述：

• TMS3705：通過(guò)調(diào)制的RF通道向感應(yīng)器發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，并接收感應(yīng)器返回的識(shí)別信息。然后，它將收到的信號(hào)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(hào)后，進(jìn)行最佳耦合并對(duì)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(hào)：AT89C51單片機(jī)。

器件作用：

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

選擇理由：

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

功能描述：

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

• 信號(hào)檢測(cè)：檢測(cè)來(lái)自各個(gè)傳感器的信號(hào)，如振動(dòng)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(hào)產(chǎn)生：根據(jù)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，如啟動(dòng)報(bào)警電路、切斷點(diǎn)火電路等。

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

3. GSM模塊

優(yōu)選型號(hào)：西門子公司的TC35模塊。

器件作用：

• 利用GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信功能，當(dāng)檢測(cè)到異常情況時(shí)向車主手機(jī)發(fā)送報(bào)警信息，并接收來(lái)自車主手機(jī)的控制指令。

選擇理由：

• TC35模塊：作為西門子公司的GSM無(wú)線雙頻模塊，TC35具有語(yǔ)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(jiǎn)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(cè)到異常情況時(shí)，通過(guò)AT命令向車主手機(jī)發(fā)送報(bào)警短消息。短消息內(nèi)容可以包含車輛狀態(tài)、報(bào)警類型等信息。

• 語(yǔ)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(yǔ)音通話功能，可以在緊急情況下與車主進(jìn)行語(yǔ)音溝通。

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

4. 傳感器

（1）振動(dòng)傳感器

優(yōu)選型號(hào)：ND-1型高靈敏振動(dòng)位移傳感器。

器件作用：

• 監(jiān)測(cè)車體的振動(dòng)情況，當(dāng)車體受到外力破壞時(shí)產(chǎn)生警報(bào)信號(hào)。

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(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。同時(shí)，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(dòng)監(jiān)測(cè)：當(dāng)車體受到振動(dòng)時(shí)，傳感器會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)輸出。主控電路通過(guò)檢測(cè)這個(gè)電信號(hào)來(lái)判斷車體是否受到外力破壞。

• 靈敏度可調(diào)：通過(guò)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(hào)：SCA100T傾角傳感器。

器件作用：

• 監(jiān)測(cè)車體相對(duì)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(yùn)。

選擇理由：

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

功能描述：

• 傾角測(cè)量：通過(guò)內(nèi)置的加速度計(jì)等元件測(cè)量車體的傾角變化。當(dāng)傾角變化達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，傳感器會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

• 閾值可調(diào)：用戶可以根據(jù)實(shí)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(hào)：BISS001型紅外成品組件。

器件作用：

• 檢測(cè)人或動(dòng)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(qiáng)等特點(diǎn)。它只對(duì)中心波長(zhǎng)為9~10μm的紅外線輻射敏感，能夠有效避免誤報(bào)情況的發(fā)生。

功能描述：

• 紅外檢測(cè)：通過(guò)檢測(cè)人或動(dòng)物發(fā)射的紅外線輻射來(lái)輸出電信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到紅外線輻射時(shí)，傳感器會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)。

• 作用距離可調(diào)：通過(guò)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(kāi)關(guān)器件

優(yōu)選型號(hào)：CS1020霍爾開(kāi)關(guān)電路。

器件作用：

• 監(jiān)測(cè)汽車的車門、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋及后備箱蓋的非法開(kāi)啟情況。

選擇理由：

• CS1020霍爾開(kāi)關(guān)電路：具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。它能夠?qū)⒆兓拇判盘?hào)轉(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(hào)檢測(cè)：當(dāng)車門、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋或后備箱蓋被非法開(kāi)啟時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的磁信號(hào)變化。霍爾開(kāi)關(guān)電路檢測(cè)到這個(gè)變化后，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)輸出。

• 狀態(tài)指示：通過(guò)LED指示燈等元件，可以直觀地顯示車門、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋及后備箱蓋的開(kāi)啟狀態(tài)。

四、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1. 電源電路

電源電路是整個(gè)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(duì)供電電壓的需求，需要設(shè)計(jì)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(jī)：需要供電電壓3.3V。

• 其他器件：如傳感器、報(bào)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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器來(lái)實(shí)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(diǎn)，但效率較低；開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器則具有效率高、發(fā)熱量小等優(yōu)點(diǎn)，但輸出電壓紋波較大。在實(shí)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(guò)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(jì)RFID接口電路時(shí)，需要考慮信號(hào)的傳輸距離、抗干擾能力等因素。可以采用屏蔽線、濾波電容等措施來(lái)提高信號(hào)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(guò)串口進(jìn)行通信，采用異步串行通信方式。單片機(jī)的串行接口通過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片（如MAX202）與TC35的串口相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。

在設(shè)計(jì)GSM模塊接口電路時(shí)，需要考慮信號(hào)的穩(wěn)定性、傳輸速率等因素。可以采用高速率、低誤碼率的串口通信芯片，以及合適的電平轉(zhuǎn)換芯片來(lái)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(gè)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(hào)類型，因此需要根據(jù)具體傳感器的特性來(lái)設(shè)計(jì)相應(yīng)的接口電路。

例如，振動(dòng)傳感器可能輸出模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)；傾角傳感器可能輸出模擬電壓或數(shù)字脈沖信號(hào)；熱釋電紅外傳感器可能輸出模擬電壓或數(shù)字電平信號(hào)等。在設(shè)計(jì)接口電路時(shí)，需要考慮信號(hào)的放大、濾波、整形等處理過(guò)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(hào)。

5. 報(bào)警電路

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

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

五、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

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

1. 主控程序設(shè)計(jì)

主控程序負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個(gè)模塊之間的工作，實(shí)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(shí)別、信號(hào)檢測(cè)與處理、報(bào)警控制、與GSM模塊通信等功能。

在編寫主控程序時(shí)，需要采用模塊化編程思想，將各個(gè)功能模塊分別編寫成獨(dú)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體功能。

2. RFID識(shí)別程序設(shè)計(jì)

RFID識(shí)別程序負(fù)責(zé)接收RFID讀卡器發(fā)送的識(shí)別信息，并與預(yù)存的合法ID進(jìn)行比對(duì)。如果比對(duì)成功，則允許用戶操作車輛；如果比對(duì)失敗，則觸發(fā)報(bào)警機(jī)制。

在編寫RFID識(shí)別程序時(shí)，需要考慮識(shí)別信息的準(zhǔn)確性、識(shí)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(lái)提高識(shí)別效率和準(zhǔn)確性。

3. GSM通信程序設(shè)計(jì)

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

在編寫GSM通信程序時(shí)，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(shí)，還需要考慮通信的穩(wěn)定性、可靠性等因素，確保報(bào)警信息能夠準(zhǔn)確地發(fā)送到車主手機(jī)。

4. 傳感器數(shù)據(jù)采集與處理程序設(shè)計(jì)

傳感器數(shù)據(jù)采集與處理程序負(fù)責(zé)采集各個(gè)傳感器的輸出信號(hào)，并進(jìn)行相應(yīng)的處理和分析。它主要包括信號(hào)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(shí)，需要考慮傳感器的特性、信號(hào)的類型和范圍等因素。可以采用合適的算法和數(shù)據(jù)處理方法來(lái)提高信號(hào)處理的準(zhǔn)確性和可靠性。

六、系統(tǒng)測(cè)試與優(yōu)化

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

1. 功能測(cè)試

功能測(cè)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(shí)別、GSM通信、傳感器檢測(cè)與報(bào)警等。在測(cè)試過(guò)程中，需要模擬各種使用場(chǎng)景，確保系統(tǒng)在各種情況下都能正常工作。

2. 性能測(cè)試

性能測(cè)試主要檢查系統(tǒng)的性能指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求，如報(bào)警延遲時(shí)間、通信距離、誤報(bào)率等。在測(cè)試過(guò)程中，需要使用專業(yè)的測(cè)試設(shè)備和方法來(lái)測(cè)量這些性能指標(biāo)，并與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行對(duì)比。

3. 穩(wěn)定性測(cè)試

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

4. 優(yōu)化工作

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，對(duì)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(guò)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(shí)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(guò)優(yōu)選元器件型號(hào)、合理設(shè)計(jì)硬件電路和軟件程序，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠工作。

未來(lái)，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(shí)現(xiàn)車輛的實(shí)時(shí)定位與追蹤；可以結(jié)合云計(jì)算技術(shù)實(shí)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。