原标题：基于GSM网络的RFID汽车防盗系统设计

基于GSM网络的RFID汽车防盗系统设计

一、引言

随着汽车保有量的不断增加，汽车盗窃案件也呈现出上升趋势。传统的汽车防盗系统，如机械式防盗锁、电子式防盗器等，存在易被破解、作用距离有限、误报率高等问题。因此，设计一种高效、可靠、作用范围广的汽车防盗系统显得尤为重要。基于GSM网络的RFID汽车防盗系统，结合了RFID技术的非接触式识别能力和GSM网络的广泛覆盖性，为汽车防盗提供了新的解决方案。

二、系统总体设计

基于GSM网络的RFID汽车防盗系统主要由三部分组成：射频身份识别（RFID）芯片、主控电路（MCU）、网络接口模块（GSM模块）。系统通过RFID芯片识别车主身份，当检测到异常情况时，通过GSM模块向车主手机发送报警信息，实现远程监控和防盗功能。

三、优选元器件型号及其作用

1. RFID芯片

优选型号：TI公司的TMS3705基站芯片及无源只读型感应器RI-TRP-RR2B。

器件作用：

• TMS3705基站芯片：作为RFID读卡器，负责发射射频脉冲信号并接收感应器返回的信号。它具有智能读写及加密通信的能力，能够确保通信的安全性和可靠性。

• RI-TRP-RR2B感应器：具有世界上唯一的ID号，无法复制，因此保密性极佳。它接收TMS3705发射的射频脉冲信号，并返回识别信息，供主控电路进行身份验证。

选择理由：

• TMS3705：作为TI公司生产的低频基站集成电路，TMS3705具有高性能、低功耗的特点，适合用于汽车防盗系统中的RFID读卡器。它能够稳定地发射和接收射频信号，确保通信的准确性和可靠性。

• RI-TRP-RR2B：作为无源只读型感应器，RI-TRP-RR2B不需要外部电源供电，结构简单，便于携带。同时，其唯一的ID号确保了身份验证的唯一性和安全性。

功能描述：

• TMS3705：通过调制的RF通道向感应器发出请求信号，并接收感应器返回的识别信息。然后，它将收到的信号送到主控电路进行处理。

• RI-TRP-RR2B：在接收到TMS3705发射的射频脉冲信号后，进行最佳耦合并对电容进行充电以供内部电路工作。然后，它以FSK方式发射数据供TMS3705接收并解调。

2. 主控电路（MCU）

优选型号：AT89C51单片机。

器件作用：

• 负责用户身份的识别、信号的检测、各种控制信号的产生以及与GSM模块的通信。它是整个系统的核心控制部分，协调各个模块之间的工作。

选择理由：

• AT89C51单片机：具有高性能、低功耗、易于编程等特点。它拥有丰富的I/O口和定时器/计数器资源，能够满足汽车防盗系统的控制需求。同时，其价格相对较低，有助于降低系统成本。

功能描述：

• 用户身份识别：通过接收RFID读卡器发送的识别信息，与预存的合法ID进行比对，从而判断用户身份是否合法。

• 信号检测：检测来自各个传感器的信号，如振动传感器、倾角传感器等，以判断车辆是否处于异常情况。

• 控制信号产生：根据检测结果产生相应的控制信号，如启动报警电路、切断点火电路等。

• 与GSM模块通信：通过串口与GSM模块进行通信，发送报警信息或接收来自车主手机的控制指令。

3. GSM模块

优选型号：西门子公司的TC35模块。

器件作用：

• 利用GSM网络实现远程通信功能，当检测到异常情况时向车主手机发送报警信息，并接收来自车主手机的控制指令。

选择理由：

• TC35模块：作为西门子公司的GSM无线双频模块，TC35具有语音、数据、短消息、FAX等四种传输方式。它支持GSM模块的所有功能，还具有永久在线功能，支持快速数字接入和高速数据传输。此外，TC35模块在应用系统中很容易集成，电路连接简单，适合用于汽车防盗系统中。

功能描述：

• 短消息发送：当检测到异常情况时，通过AT命令向车主手机发送报警短消息。短消息内容可以包含车辆状态、报警类型等信息。

• 语音通话：虽然本系统主要利用短消息功能进行通信，但TC35模块还支持语音通话功能，可以在紧急情况下与车主进行语音沟通。

• 数据传输：除了短消息和语音通话外，TC35模块还支持数据传输功能，可以实现车辆状态信息的实时上传和远程监控。

4. 传感器

（1）振动传感器

优选型号：ND-1型高灵敏振动位移传感器。

器件作用：

• 监测车体的振动情况，当车体受到外力破坏时产生警报信号。

选择理由：

• ND-1型传感器：具有高灵敏度和抗干扰能力，能够对车体特殊频段的振动进行准确监测。同时，其结构紧凑、安装方便，适合用于汽车防盗系统中。

功能描述：

• 振动监测：当车体受到振动时，传感器会产生相应的电信号输出。主控电路通过检测这个电信号来判断车体是否受到外力破坏。

• 灵敏度可调：通过调整电容等参数，可以改变传感器的灵敏度，以适应不同的使用环境。

（2）倾角传感器

优选型号：SCA100T倾角传感器。

器件作用：

• 监测车体相对于初始位置是否出现倾角变化，以判断汽车是否整体被搬运。

选择理由：

• SCA100T传感器：采用双轴倾角测量技术，具有高精度和稳定性。它能够实时监测车体的倾角变化，并输出相应的电信号供主控电路处理。

功能描述：

• 倾角测量：通过内置的加速度计等元件测量车体的倾角变化。当倾角变化达到设定阈值时，传感器会产生报警信号。

• 阈值可调：用户可以根据实际需要调整倾角变化的阈值，以提高系统的适应性和准确性。

（3）热释电红外传感器

优选型号：BISS001型红外成品组件。

器件作用：

• 检测人或动物发射的红外线辐射，以判断是否有非法入侵者进入车内。

选择理由：

• BISS001型传感器：具有低功耗、高灵敏度、抗干扰能力强等特点。它只对中心波长为9~10μm的红外线辐射敏感，能够有效避免误报情况的发生。

功能描述：

• 红外检测：通过检测人或动物发射的红外线辐射来输出电信号。当检测到红外线辐射时，传感器会产生相应的报警信号。

• 作用距离可调：通过调整菲聂尔透镜等元件，可以改变传感器的作用距离，以适应不同的使用环境。

（4）霍尔开关器件

优选型号：CS1020霍尔开关电路。

器件作用：

• 监测汽车的车门、发动机舱盖及后备箱盖的非法开启情况。

选择理由：

• CS1020霍尔开关电路：具有结构简单、响应速度快、抗干扰能力强等特点。它能够将变化的磁信号转换成数字电压输出，供主控电路进行处理。

功能描述：

• 磁信号检测：当车门、发动机舱盖或后备箱盖被非法开启时，会产生相应的磁信号变化。霍尔开关电路检测到这个变化后，会产生相应的电信号输出。

• 状态指示：通过LED指示灯等元件，可以直观地显示车门、发动机舱盖及后备箱盖的开启状态。

四、系统硬件设计

1. 电源电路

电源电路是整个系统稳定工作的基础。由于本系统需要采用汽车电瓶供电，因此要求输入电压为12V左右。为了满足不同模块对供电电压的需求，需要设计相应的电源转换电路。

• TC35模块：需要供电电压3.3~5.5V，这里选择3.5V。

• AT89C51单片机：需要供电电压3.3V。

• 其他器件：如传感器、报警电路等，需要5V供电电压。

电源电路可以采用线性稳压器或开关稳压器来实现电压转换。线性稳压器具有输出电压稳定、纹波小等优点，但效率较低；开关稳压器则具有效率高、发热量小等优点，但输出电压纹波较大。在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的稳压器类型。

2. RFID接口电路

RFID接口电路负责连接RFID芯片和主控电路。它主要由电源和地、数据线与控制线组成。射频部分通过一定的通信协议和MCU进行数据传输交换，用控制线控制数据流向。

在设计RFID接口电路时，需要考虑信号的传输距离、抗干扰能力等因素。可以采用屏蔽线、滤波电容等措施来提高信号的传输质量和抗干扰能力。

3. GSM模块接口电路

GSM模块接口电路负责连接GSM模块和主控电路。它主要通过串口进行通信，采用异步串行通信方式。单片机的串行接口通过电平转换芯片（如MAX202）与TC35的串口相连，实现数据的收发。

在设计GSM模块接口电路时，需要考虑信号的稳定性、传输速率等因素。可以采用高速率、低误码率的串口通信芯片，以及合适的电平转换芯片来确保通信的准确性和可靠性。

4. 传感器接口电路

传感器接口电路负责连接各个传感器和主控电路。不同类型的传感器具有不同的输出接口和信号类型，因此需要根据具体传感器的特性来设计相应的接口电路。

例如，振动传感器可能输出模拟信号或数字信号；倾角传感器可能输出模拟电压或数字脉冲信号；热释电红外传感器可能输出模拟电压或数字电平信号等。在设计接口电路时，需要考虑信号的放大、滤波、整形等处理过程，以确保主控电路能够准确地接收到传感器输出的信号。

5. 报警电路

报警电路负责在检测到异常情况时发出报警信号。它可以采用声音报警（如蜂鸣器）、灯光报警（如LED灯）或声光组合报警等方式。

在设计报警电路时，需要考虑报警声音的响度、灯光的亮度以及报警方式的组合等因素。同时，还需要考虑报警电路的功耗、稳定性等因素，以确保报警电路能够长期可靠地工作。

五、系统软件设计

系统软件设计主要包括主控程序设计、RFID识别程序设计、GSM通信程序设计、传感器数据采集与处理程序设计等部分。

1. 主控程序设计

主控程序负责协调各个模块之间的工作，实现系统的整体功能。它主要包括系统初始化、用户身份识别、信号检测与处理、报警控制、与GSM模块通信等功能。

在编写主控程序时，需要采用模块化编程思想，将各个功能模块分别编写成独立的子程序或函数。然后，在主程序中调用这些子程序或函数，实现系统的整体功能。

2. RFID识别程序设计

RFID识别程序负责接收RFID读卡器发送的识别信息，并与预存的合法ID进行比对。如果比对成功，则允许用户操作车辆；如果比对失败，则触发报警机制。

在编写RFID识别程序时，需要考虑识别信息的准确性、识别速度等因素。可以采用高效的算法和数据结构来提高识别效率和准确性。

3. GSM通信程序设计

GSM通信程序负责通过GSM模块与车主手机进行通信。它主要包括短消息发送、语音通话、数据传输等功能。

在编写GSM通信程序时，需要熟悉GSM模块的AT命令集，并根据具体需求编写相应的AT命令。同时，还需要考虑通信的稳定性、可靠性等因素，确保报警信息能够准确地发送到车主手机。

4. 传感器数据采集与处理程序设计

传感器数据采集与处理程序负责采集各个传感器的输出信号，并进行相应的处理和分析。它主要包括信号滤波、特征提取、阈值判断等功能。

在编写传感器数据采集与处理程序时，需要考虑传感器的特性、信号的类型和范围等因素。可以采用合适的算法和数据处理方法来提高信号处理的准确性和可靠性。

六、系统测试与优化

在系统设计完成后，需要进行全面的测试与优化工作，以确保系统的性能和可靠性。

1. 功能测试

功能测试主要检查系统是否能够实现预期的功能，如RFID识别、GSM通信、传感器检测与报警等。在测试过程中，需要模拟各种使用场景，确保系统在各种情况下都能正常工作。

2. 性能测试

性能测试主要检查系统的性能指标是否满足设计要求，如报警延迟时间、通信距离、误报率等。在测试过程中，需要使用专业的测试设备和方法来测量这些性能指标，并与设计要求进行对比。

3. 稳定性测试

稳定性测试主要检查系统在各种环境条件下是否能够长期稳定地工作。在测试过程中，需要考虑温度、湿度、振动等因素对系统的影响，并采取相应的措施来提高系统的稳定性。

4. 优化工作

根据测试结果，对系统进行相应的优化工作。例如，调整传感器的灵敏度、优化算法和数据处理方法、改进电源电路等。通过不断的优化工作，可以提高系统的性能和可靠性，使其更好地满足用户需求。

七、结论与展望

基于GSM网络的RFID汽车防盗系统结合了RFID技术的非接触式识别能力和GSM网络的广泛覆盖性，为汽车防盗提供了新的解决方案。通过优选元器件型号、合理设计硬件电路和软件程序，可以实现系统的稳定、可靠工作。

未来，随着物联网技术的不断发展，汽车防盗系统将进一步向智能化、网络化方向发展。例如，可以结合GPS定位技术实现车辆的实时定位与追踪；可以结合云计算技术实现远程监控与数据分析等。这些新技术的应用将进一步提高汽车防盗系统的性能和可靠性，为车主提供更加全面、便捷的安全保障。