基于RFID和GSM技術(shù)的防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)

夏 青，王 聰

（河北大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，河北 保定 071000）

目前，家庭失竊現(xiàn)象成為阻礙社會(huì)發(fā)展的一大難題，因此家居安全問(wèn)題得到人們的廣泛關(guān)注。雖然現(xiàn)在市場(chǎng)生產(chǎn)的防盜門鎖種類繁多，但是都存在一個(gè)共同的缺陷：當(dāng)門鎖被破壞后，房主不能馬上知道家庭被盜，因而造成財(cái)產(chǎn)損失。本文針對(duì)上述現(xiàn)象，提出了一種基于GSM網(wǎng)絡(luò)和RFID技術(shù)的門鎖防盜系統(tǒng)，當(dāng)門鎖被不法分子打開(kāi)時(shí)會(huì)發(fā)出警報(bào)聲，并立即自動(dòng)向房主的手機(jī)發(fā)送短信進(jìn)行提示，使得房主可以馬上采取相應(yīng)措施，防止財(cái)產(chǎn)受損。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

本文提出的門鎖防盜系統(tǒng)由射頻識(shí)別（RFID）部分、主控制器和網(wǎng)絡(luò)接口模塊（TC35）3 部分構(gòu)成。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1 射頻識(shí)別

射頻識(shí)別 RFID（Radio Frequency Identification）是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)無(wú)線射頻方式進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID系統(tǒng)主要由應(yīng)答器 （即電子標(biāo)簽）和閱讀器（即讀寫器）兩部分組成，其基本組成框圖如圖2所示。

圖2 射頻識(shí)別系統(tǒng)的組成框圖

在射頻識(shí)別系統(tǒng)中，閱讀器的讀寫終端持續(xù)不斷地發(fā)出一組頻率 （一般認(rèn)為是134.2 kHz）不變的電磁波信號(hào)。如果有電子標(biāo)簽進(jìn)入到閱讀器讀寫終端的工作區(qū)域，并且該電子標(biāo)簽內(nèi)LC串聯(lián)諧振電路的工作頻率與讀寫器的讀寫終端所發(fā)送信號(hào)的頻率相同，那么在電磁波信號(hào)的激勵(lì)下，LC諧振電路就會(huì)產(chǎn)生共振，這樣就給電子標(biāo)簽內(nèi)的電容充上了電，使電容有了電荷。此時(shí)，在電容另一端接入的一個(gè)單向?qū)娮颖镁湍軌驅(qū)⑦@個(gè)電容內(nèi)的電荷送入到另一個(gè)電容內(nèi)，并進(jìn)行存儲(chǔ)[2]。當(dāng)存儲(chǔ)電荷的累積電壓達(dá)到2 V時(shí)，這個(gè)電壓就可以當(dāng)作電子標(biāo)簽的工作電源了。這時(shí)，閱讀器和應(yīng)答器之間就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)和信號(hào)的傳遞了，最后實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能操作[3]。

1.2 GSM網(wǎng)絡(luò)接口模塊

GSM無(wú)線通信模塊是傳統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)器與GSM無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的一種數(shù)據(jù)終端設(shè)備，可以使數(shù)據(jù)和語(yǔ)音的傳輸以及短信消息等業(yè)務(wù)快速、安全、可靠地實(shí)現(xiàn)。GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，覆蓋地域通信質(zhì)量高，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，通信成本低，可以有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源[4]?；谶@些優(yōu)點(diǎn)，該系統(tǒng)采用GSM短信模塊來(lái)發(fā)送和接收短消息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭安全的監(jiān)控，使房主能夠更及時(shí)、更方便地了解到家中的安全情況。

1.3 主控制器

單片機(jī)系統(tǒng)是該門鎖防盜系統(tǒng)的核心，它可以完成射頻卡信息的讀入和分析，然后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和控制。如果在異常情況下，它就會(huì)啟動(dòng)語(yǔ)音報(bào)警和短信報(bào)警系統(tǒng)，使家居安全得到保障。

2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)

本文提出的基于RFID和GSM技術(shù)的防盜門鎖系統(tǒng)以ATMEL公司的AT89S51單片機(jī)為核心，以TMS3705作為RFID讀卡器，以ISD4004作為語(yǔ)音報(bào)警器，再加上無(wú)線通信模塊TC35，共同組成了該系統(tǒng)的硬件電路部分。

2.1 RFID接口電路

該系統(tǒng)采用射頻識(shí)別技術(shù)來(lái)完成身份認(rèn)證功能，在這里我們選用TI公司生產(chǎn)的TMS3705芯片作為RFID讀卡器。TMS3705芯片是RFID系統(tǒng)中非常典型的一種讀寫芯片，它是電子標(biāo)簽和微處理器之間的橋梁。一方面，它為應(yīng)答器提供所需的能量、交換數(shù)據(jù)信息；另一方面，它還負(fù)責(zé)應(yīng)答器和微控制器之間的數(shù)據(jù)通信。與其他芯片不同的是，TMS3705芯片與微控制器（MCU）之間的通信只需要TXCTL和SCIOL這兩根I/O口線即可，這使得電路更加簡(jiǎn)單，使用起來(lái)也更加方便[5]。

2.2 GSM網(wǎng)絡(luò)接口電路

TC35模塊是RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口，它與AT89S51之間是通過(guò)異步串行接口實(shí)現(xiàn)通信的。TC35模塊一共有40個(gè)引腳，通過(guò)一個(gè)ZIF連接器引出。由于TC35的數(shù)據(jù)接口在CMOS電平下工作，而AT89S51在TTL電平下工作[6]，因此需要在TC35模塊和AT89S51芯片之間加入電平轉(zhuǎn)換電路。本文選用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232將單片機(jī)的串行接口和TC35模塊的接口連接起來(lái)。

2.3 主控電路

本系統(tǒng)選用AT89S51單片機(jī)作為微控制器。它是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗、高性能CMOS 8 bit單片機(jī)，片內(nèi)含有4 KB ISP（In-System Programmable）的可反復(fù)擦寫1 000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 bit中央處理器和 ISP Flash存儲(chǔ)單元，AT89S51在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用[7]。此外，該芯片還增加了一些新的功能，如在線編程功能，工作頻率提升到了33 MHz，具有雙工UART串行通道等。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于閱讀器對(duì)射頻卡信息的權(quán)限判斷。如果信息正確，則正常開(kāi)啟門鎖；若信息不正確，則啟動(dòng)防盜系統(tǒng)，對(duì)指定手機(jī)發(fā)送短信進(jìn)行提示。主程序流程如圖3所示。

系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行初始化操作，然后對(duì)讀卡器中的身份信息進(jìn)行判斷，如果正確則正常開(kāi)啟門鎖，若不正確則會(huì)啟動(dòng)語(yǔ)音報(bào)警和GSM短信報(bào)警系統(tǒng)。此時(shí)，中斷處理程序會(huì)向TC35模塊寫入相應(yīng)的AT指令，完成讀取手機(jī)號(hào)碼和發(fā)送短信等功能。

圖3 系統(tǒng)主程序流程圖

本系統(tǒng)以RFID技術(shù)為基礎(chǔ)，以單片機(jī)為核心，將身份識(shí)別、語(yǔ)音防盜以及GSM短信防盜結(jié)合起來(lái)，取得了較好的防盜效果，滿足了業(yè)主對(duì)家居安全的要求。而且該系統(tǒng)價(jià)格低廉、使用方便、覆蓋范圍廣且可靠性高，這些優(yōu)點(diǎn)都使其易于推向市場(chǎng)，讓廣大用戶所接受。用戶還可以根據(jù)自身家庭情況對(duì)該系統(tǒng)做出調(diào)整，將語(yǔ)音防盜系統(tǒng)和GSM短信防盜系統(tǒng)分開(kāi)使用或是結(jié)合使用。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和思想也可以被用于其他防盜領(lǐng)域，在各種安防系統(tǒng)中發(fā)揮作用。

[1]馮明發(fā)，盧錦川.基于RFID和GSM的汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2009（8）：295-296.

[2]徐東峰，劉波峰.射頻識(shí)別芯片 TMS3705在汽車智能防盜報(bào)警裝置中的應(yīng)用[J].國(guó)外電子元器件，2004（4），4-7.

[3]陸永忠，王堅(jiān).基于GSM的汽車防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢.華中科技大學(xué)，2006.

[4]王振紅，李洋，郝承祥.ISD4004語(yǔ)音芯片的工作原理及其在智能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].電子器件，2002（1）：79-83.

[5]樊振方，彭愛(ài)華，周健，等.基于 GSM網(wǎng)絡(luò)的汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)，2006（3）：14-16.

[6]單承贛，丁傳銀.智能卡研究及基于RFID的汽車防盜裝置的設(shè)計(jì)[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2006.