基于RFⅠD 的嬰兒車防盜系統研究與實現

阮家玉RUAN Jia-yu；甄枝千ZHEN Zhi-qian；李飛LⅠFei

（山東英才學院工學院，濟南 250104）

0 引言

隨著我國母嬰用品的不斷發展，母嬰產品的類別也越來越多。多數家庭對嬰兒車的追求慢慢偏向更舒適、更安全，所以防盜也成為了母嬰市場關注的熱點。然而，目前市面上大部分的防盜系統功能過于單一，只能簡單地預防盜竊，在真的遇到盜竊事件后也只能報警處理。如若采用這樣的防盜系統，對嬰兒的安全不利，對嬰兒車的使用也是不安全的。由于錯過了最佳的找尋時間，如果丟失了，需要更長的時間才能找回被盜的嬰兒車。目前這種效率低下且過于簡單的防盜系統已經無法滿足人們對防盜系統的需求。

近年來，不管是國內還是國外市場，智能嬰兒車在母嬰市場扮演著十分重要的角色，影響著母嬰產品整體行業的發展。國內的智能嬰兒車也在創新方面逐步突破，智能嬰兒車產品迅速成熟，通過產品的不斷升級和更新換代，實現由價格到價值的轉變。如國內近來迅速發展的“I.believe”研發的智能嬰兒車，嵌入了B-Touch 智能剎車系統，內置了人手感應芯片及微動觸發開關，設計了移動音樂廳，可播放音樂和童話故事等等，豐富了寶寶生活。但針對嬰兒車防盜的系統目前比較缺乏，所以本設計著重關注嬰兒車防盜系統研究與設計。本設計利用RFID 的無線射頻識別技術，實現智能的防盜防丟失系統。基于RFID 的嬰兒車防盜系統的設計推翻傳統防盜系統局限性，讓人們可以在任何有網絡覆蓋的地方使用該防盜系統，也能夠讓人們在嬰兒車被盜時做出及時處理，實時保障了嬰兒及嬰兒車的安全。

1 系統整體設計

本次設計的基于RFID 的嬰兒車防盜系統運用物聯網結構模型進行整個系統的研究，經典的物聯網結構主要分為三部分：感知層、網絡層、應用層。感知層：運用震動傳感器和RFID 的識別讀取數據，由主控芯片進行識別篩選信息，做出反饋或傳回數據。網絡層：使用GPRS 無線數據傳輸模塊傳回數據。應用層：使用百度地圖API 將接收到的經緯度轉化為實時坐標，利用第三方APP 實時查看嬰兒車的數據及位置。具有三重防盜系統：第一重防盜，以電控鎖的方式從根本上防盜；第二重防盜，通過震動傳感器感應預警防盜；第三重防盜：通過定位系統追回被盜嬰兒車。系統框圖如圖1 所示。

圖1 系統總框架圖

2 系統硬件設計

本系統將STM32-F103C8T6 作為主控模塊，控制其他模塊的通信與工作，STM32-F103C8T6 使用高性能ARMRCortexTM-M3 的RISC 內核，內置高速存儲器，工作頻率為72MHz。整個系統的供電電壓為2.0V 至3.6V，溫度范圍在-40°C 至+85°C；電控鎖防盜使用3V 輸入通電瞬間開鎖，設計荷載條件下，使用壽命大于20 萬次；震動傳感器使用無方向性震動感應觸發開關，任何角度均可觸發，震動報警作用范圍在10 米左右；GPRS 定位模塊精度為1 至3 米，刷新頻率為15 秒。

2.1 射頻識別模塊

使用M4255 -HA 作為讀寫器， 支持協議為ISO14443A，工作頻率：13.56MHZ，工作電壓為3.3V，標準白卡的讀寫距離可達6cm，工作模式有命令模式、自動讀卡號、自動讀塊數據、自動讀卡號與塊數據。主要功能：讀卡號，讀寫扇區數據塊，扇區加密，增減值等。支持兩路IO輸出，可以命令控制IO 設備，IO 輸出電平為3.3V。

M4255-HA 模塊與單片機直接連接采用UARTTT 接口，模塊的TXD 引腳接單片機的RXD 引腳，模塊的RXD引腳接單片機的TXD 引腳，GND 與單片機的GND 相連形成共地，另外模塊還需供電，VCC 引腳為模塊供電引腳電源正極。

2.2 震動傳感器模塊

SW-1801P 是一個密封彈簧型、無方向性震動感應的觸發開關，任何角度的偏移都可以觸發；開關在靜止時為開路狀態，當移動速度達到適當離心力時，或受到外力碰觸而達到相應震動力時，導電接腳會產生瞬間導通呈ON狀態；當外力消失時，開關恢復為開路狀態，SW-1801P 適用于小電流控制電路的觸發。

2.3 電控鎖模塊

電控鎖結構圖如圖2 所示。

圖2 電控鎖結構圖

2.4 GPRS 定位模塊

本設計使用游園公司的GPRS 定位模塊，此模塊使用MTK2503 主控，運算速度快，功耗低，定位穩。并且具有遠程開關機的功能。

2.5 聲音報警模塊電路設計

蜂鳴片也叫壓電陶瓷蜂鳴片，是壓電陶瓷中應用最廣的產品之一。有源自激型蜂鳴器的工作發聲原理是：直流電源輸入經過振蕩系統的放大取樣電路在諧振裝置作用下產生聲音信號。

3 系統軟件設計

3.1 系統總程序流程

本次設計選擇使用Keil5 軟件作為軟件系統設計的搭建環境。本次嬰兒車防盜系統設計分為四個小模塊，同樣的軟件設計也可以進行模塊化的編寫。將軟件設計模塊化不僅有利于軟件系統的維護和修改，還可以增加系統的運行流暢度和可讀性。把一個原本復雜的程序劃分為一個個簡單功能的集合子程序模塊，對整體而言是一種合理的編譯方法。

在軟件系統的邏輯設計之前，需要根據硬件的模塊和硬件的型號去編寫，讓實際的硬件電路根據系統的程序運行，整個系統分為射頻識別模塊、智能電控鎖模塊、震動傳感器模塊、聲音報警模塊4 個模塊，令系統的編程模塊化不僅提高了系統的可靠性和可讀性也有利于程序的設計和調試，將一個多功能復雜的程序劃分為多個簡單、功能單一的小程序模塊，又將小模塊串聯起來形成一個大系統，在編譯成功之后可以生成一個后綴名為”.hex”的文件，再用STM32 ST-LINK Utility 軟件將編譯好的程序燒錄入主控芯片內，在系統上電成功后即可完成相對應的功能。系統總程序流程圖如圖3 所示。

圖3 系統總程序流程圖

3.2 射頻識別模塊

射頻識別模塊（M4255-HA）在運行初需要等待系統穩定，然后接通RFID、打開射頻天線電路、打開防碰撞（防止識別多卡，無法讀卡），然后進行尋卡操作，在選定卡片的時候讀取卡片的信息，并且匹配讀取的IC 卡信息。如果信息匹配則向主控模塊發送“1”，若信息不匹配則發送“0”。

3.3 震動傳感器模塊

震動傳感模塊在系統穩定之后就打開，如果數值超過偏移量就報警。開關在靜止時為開路狀態，當移動速度達到適當離心力時，或受到外力碰觸而達到相應震動力時，導電接腳會產生瞬間導通呈ON 狀態；當外力消失時，開關恢復為開路狀態，適用于小電流控制電路的觸發。若RFID匹配成功，則打開電控鎖，同時關閉震動傳感器報警系統。

3.4 智能電控鎖模塊

智能電控鎖模塊只要通電就可以打開，所以在系統穩定之后只要RFID 讀取IC 卡的信息匹配成功，就會向主控芯片發送1。在主控芯片讀到信息之后給電控鎖模塊供電2 秒，打開電控鎖后斷開供電。

3.5 聲音報警模塊

聲音報警模塊會因讀卡錯誤或震動傳感器模塊觸發，在打開震動傳感器的時候就在等待命令，若觸發震動傳感器，則聲音報警模塊也會觸發。在關閉震動傳感器模塊的同時也會徹底關閉聲音報警模塊。其次，聲音報警模塊在讀取IC 卡不匹配時也會觸發。

4 系統測試與調整

4.1 第一重防盜系統測試

當讀寫器識別IC 卡的信息與庫信息相匹配時，STM32 芯片將控制電控鎖打開，反之則不打開。測試結果如圖4 所示。

圖4 第一、二重防盜測試

4.2 第二重防盜系統測試

若沒有打開電子鎖，則在晃動或移動嬰兒車時會觸發震動傳感器模塊（SW-1801P）并且觸發聲音報警器，以警示的方式防止盜竊。測試結果如圖4 所示。

4.3 第三重防盜系統測試

當嬰兒車被盜竊后，可以打開嬰兒車定位APP。可以觀察嬰兒車的運動蹤跡及實時定位（定位刷新頻率為15s）。第三重防盜測試結果如圖5 所示。

圖5 第三重防盜測試

5 結語

本產品對比市面上傳統的防盜系統，其使用RFID 射頻識別技術、GPRS 技術、震動感應技術等，設計了一個基于RFID 的智能防盜系統。本產品是一個操作使用簡單，安全性高、響應迅速的防盜系統，它不僅擁有傳統防盜系統所沒有的唯一、不可復制性，高實時性，也更具有靈活性，適用于多種防盜場景。該系統將被動防盜轉變為實時主動監控防盜，可以實時有效地保護嬰兒及嬰兒車的安全，其市場的應用價值及潛在價值很大。